蕪湖單軌UTO全電子聯鎖系統技術特點

摘要：文章選擇蕪湖跨座式單軌全自動無人駕駛線路使用的EBILock950全電子計算機聯鎖系統作為研究對象，從該系統使用到的硬件架構原理、軟件設計原理到全電子接口單元的典型配置分別展開闡述，同時也闡述了單軌道岔接口電路設計原理，全面展示了龐巴迪EBILock950全電子計算機聯鎖系統的主要技術特點，供業內人士了解單軌線路信號系統軌旁設計和全電子聯鎖應用技術參考。

關鍵詞：EBILock950計算機聯鎖；全電子執行單元；二乘二取二冗余結構；單軌道岔控制

Technical Characteristics of Wuhu Monorail UTO Fully Electronic Interlocking System

LIU Tingting

（CRRC Nanjing Puzhen Vehicle Co.， Ltd.， Nanjing 210031， China）

Abstract： The article selects the EBILock950 fully electronic computer interlocking system used on the Wuhu straddle type monorail fully automatic unmanned driving line as the research object， and elaborates on the hardware architecture principle， software design principle， and typical configuration of the fully electronic interface unit used in the system. At the same time， it also elaborates on the principle of monorail turnout interface circuit design， It comprehensively showcases the main technical features of the Bombardier EBILock950 fully electronic computer interlocking system， which can serve as a reference for industry insiders to understand the trackside design of monorail signal systems and the application technology of fully electronic interlocking.

Key words： EBILock950 computer interlocking; fully electronic execution unit; two times two out of two redundant structure; monorail turnout control

瑞典ABB公司于1978年成功研制出了全球第一套計算機聯鎖，目前CITIFLO650信號系統FULL方案的核心設備就是基于此發展出來的EBILock950，如今已經被廣泛運用于亞歐美洲眾多國家軌道交通項目上，經過不斷的技術革新與實踐檢驗的推動，該系統核心產品設計已經經歷了四次技術革新。如今，該系統在我國多地的地鐵線上獲得了推廣，如深圳地鐵3號線及延伸線、哈爾濱地鐵2號線和天津地鐵1號線等。

1" "系統基本組成

EBILock950全電子計算機聯鎖系統，簡稱CBI，主要由三部分組成，分別是EBILock950聯鎖主機（簡稱CIS）、OCS950全電子執行單元（簡稱OCS）以及兩者之間的獨立數據傳輸網絡（TRANS）。CBI設計與開發的標準為歐洲標準，其設計理念是“安全平臺+鐵路應用”“二乘二取二冗余”以及“底層硬件和操作系統異構”。在結構中，TRANS能夠為CIS和OCS提供實時通信，并且通過環形組網的方式，確保在單點故障發生時，整個系統的使用不受影響。在蕪湖跨座式單軌無人全自動駕駛項目中，該系統正線采用了三級配置方式，分別是一級設備集中站（CIS站）、二級設備集中站（OCS站）和非設備集中站；其半高式站臺門的控制柜具有有線+無線通信功能；車輛段與試車線共用一套冗余配置的聯鎖、軌旁ATO/ATP和區域恢復服務器（RRS），可以實現自動出入段、列調自動化、自動折返、自動休眠與喚醒以及自動洗車等功能；其控制中心ATS和車站/場段級ATS服務器采用環網級聯方式，兼作為聯鎖上位機[1]。

2" "EBILock950計算機聯鎖主要特點

2.1 聯鎖系統結構和硬件設計

中央處理單元的構成均是兩個彼此獨立的處理單元，即VPC，名為安全處理計算機，也稱為故障處理單元，兩個獨立處理單元借助中央處理單元內部的交換機實現同步通信。只有當兩個VPC計算結果相同時，才會有信號輸出。EBILock950計算機聯鎖功能是由VPC單元A和B并行執行實現的。一方面，這兩個單元均能夠接受ATS（CC/LC）控制命令，然后基于聯鎖安全規則和軌旁設備狀態兩個方面，展開邏輯運算和處理，隨后將分析后的安全命令與信息輸送至OCS和RATP。另一方面，ATS也會收到來自OCS的軌旁設備狀態信息。EBILock950系統通信包括安全和非安全通信，安全層通信協議能夠保護系統的安全通信[2]。

結構中的C計算機，也即服務處理單元，主要功能是提供數據服務。如接收RATP的輸入信息，同時將相關輸出信息發送給相應通信對象。借助數據交換機，C單元與故障安全處理單元A和B互聯，一方面，將ATS和OCS發送來的信息傳送給故障安全處理單元，故障安全處理單元對接受的信息展開聯鎖運算；另一方面，C計算機會將聯鎖運算結果傳送至ATS和OCS。

EBI Lock 950的每個處理器單元都由3塊處理板組成：VPC_A、VPC_B以及VPC_C。故障安全處理單元采用分布式多樣化硬件平臺設計模式，VPC_A板、VPC_B板和VPC_C板分別采用不同的處理器及操作系統。其中，VPC_A板和VPC_B板分別組成故障安全單元A和B，為了具有更好的實時性能，對其內核均進行適配處理。VPC_C的功能主要是進行VPC_A和VPC_B數據同步。首先VPC_A和VPC_B將靜態數據存儲在VPC_C的固態硬盤中，當VPC_A和VPC_B重新上電時，VPC_C就會將存在的靜態數據同步給VPC_A和VPC_B，也即實現系統數據初始化。除此功能，VPC_C還具有與聯鎖主機外部設備接口通信的功能和事件日志、系統文件存儲等輔助功能。

2.2 聯鎖系統軟件設計

基于安全平臺，EBILock950計算機聯鎖系統設計思想是異構設計與模塊化分層。在A、B兩個故障-安全處理單元中采用各異的聯鎖軟件，雖然聯鎖軟件原理一致，但是其結構和實現方式卻彼此不同，而且使用了有差異的CPU架構和操作系統，從而構建出了彼此獨立的計算機模型[3]。

最新的EBILock950的計算機聯鎖系統從軟件產品的一些顯著特性，如通用性、可擴展性等角度出發，可被劃分為以下三個層次，分別是通用產品層、通用應用層和特定應用層。所謂通用產品層，是指產品中一些較為固定的核心機理。一般情況下，該層通常被用來實現工具配置、聯鎖邏輯關系等功能，常用于軌道交通或安全與非安全接口方面。通用應用層（GA，General applications）：指基于底層軟件運行的軟件程序，實現程序之間通信與接口。特定應用層則是由一系列相關的應用數據文件構成的，通常被用在特定線路連鎖或其他系統互連中。通過該層的功能，能夠完成針對聯鎖數據的一些操作，如實例化配置、功能驗證和故障分析等。

借由預先定義的接口，各層之間實現互連。當然，可以對每層產品所需要的特定功能進行單獨的研發、測試和驗證等。而位于低層的功能，是可以在高層上面被重復使用的，這樣可使產品在不同項目中的適應性得到極大增強，同時，產品也具備了很高的可擴展性，從而實現相同功能在不同線路設計、開發以及驗證工作中的復用，有效減少軟件方面的確認和驗證等工作，并且軟件的開發和安全認證等流程也可以得到一定程度的簡化。比如，在修改第三層的軟件時，不用考慮第二層和第一層的軟件，修改結束后，整個系統依舊能夠符合SIL4的相關要求。同時，在對第二層軟件進行修改時，也不需要對第一層軟件進行某些改動，修改完成后，整個系統依舊會滿足SIL4的要求。在EBILock950聯鎖系統中，通過一整套特定的應用程序設計流程，對應用數據的開發進行了專門的定義和規范。該過程嚴格遵守CENELEC在EN50126、EN50128及EN50129等標準中的相關規定，從而確保產品符合SIL4的標準。

3" "OCS950全電子執行單元主要特點

3.1 結構設計和應用特點

OCS950全電子執行單元核心處理板卡為“二取二”結構，整體配置設計思想為冗余通信配置。每個通信控制單元包含有彼此獨立的CPU，并可配置不多于8個各異的控制模塊，控制單元中的CPU各自均接受并處理聯鎖主機命令，同時完成控制指令生成，從而實現對信號機與道岔控制柜等軌旁對象動作的控制。此外，軌旁設備狀態信息也將由其監控和采集，并將該類信息通過傳輸系統發送給聯鎖主機。借助TRANS，聯鎖主機將命令通過通信控制單元發送給目標控制器。

通過配置數量不同的接口模塊，目標控制器能夠對軌旁設備實行控制與監視。借助通信控制單元，目標控制器可以獲取聯鎖主機發出的命令，并依據命令，對信號動作軌旁設備實行控制。此外，目標控制器通過通信控制單元與聯鎖主機實施通信，將采集到的軌旁設備狀態與報警信息及時傳送給聯鎖主機。若某個目標控制器出現致命故障，那么目標控制器將會被自動設置為預定義的安全狀態，而與之關聯的軌旁對象也將會被聯鎖系統隔離，確保整體的安全性[4]。

OCS950通過獨立安全傳輸系統TRANS與EBILock950聯鎖主機相連，OCS950通過硬線和電纜與軌旁設備相連。目前，在我國軌道交通項目中，常被使用的目標控制單元接口板卡主要有表2所示的幾種。OCS950主要應用特點如下。

（1）高穩定性和可用性。因為OCS950在設計電子器件時，不僅考慮到可靠性，而且設計依據之一是大量項目實踐和技術沉淀與革新。

（2）高傳輸可靠性。使用的TRANS是獨立于骨干網的局域網，不僅安全性高，而且傳輸響應時間也會隨時縮短。

（3）高配置靈活性。在OSC950系統中，允許安全和非安全信息的輸入和輸出。

（4）高項目適應性。因為軌旁接口設計具有靈活易改性。

（5）低空間占用性。采用模塊化設計，不僅便于硬件安裝，也便于后期的維護，而且機箱結構設計非常緊湊，從而降低了物理空間的占用。

（6）高區域控制性。若采用EBILock950系統，那么OCS950控制對象數量就可以高達2 000個，甚至更多，而且物理空間距離可擴展到20 km內。

4" "典型接口設計

4.1 CBI-RATP安全接口

CBI與RATP的接口通道基于冗余的100 Mbps以太網連接，其網絡層和傳輸層分別采用IPv4和TCP/IP。軌旁狀態信息如進路狀態、信號燈狀態等均由CBI向RATP發送。RATP依據獲得的這些信息實現對轄區內列車的運行進行管理。同時RATP也會將列車虛擬占用、進路解鎖使能等狀態信息發送給CBI，實現相互通信。在CBI和RATP的網絡連接中，在線的CBI在每個周期內會將信息向在線的和后備的RATP發送。因此，如果每個系統中CBI具有兩個NIC（網絡接口卡），則在線的CBI會把將同樣的信息發給每個RATP兩次。

CBI在每個周期內都會將相同消息長度的軌旁對象狀態信息輸送給RATP。若CBI與OCS之間無通信鏈接，那么默認的安全值將會由聯鎖系統發送給RATP；為了能夠正確識別來自CBI或RATP的信息，每個子系統（RATP/CBI）保留有特定的端口號。此外，各子系統的特定端口信息接受另1個子系統的監聽，也即RATP與CBI均會將信息發送到對方端口。系統ID決定了IP地址配置情況，RATP的ID是計算機唯一的識別號。在開機之后，系統會自動識別ID，并根據識別的ID確定TATP的IP和通信對象的IP地址，此處的通信對象是CBI和其他通信對象。另外，RATP和CBI的IP地址定義在軟件編譯之前就已經在相關配置文件中設置完成。

4.2 CBI-CBI安全接口

CBI-CBI接口功能是實現邊界區域的信息交互，該通信方式被命名為聯鎖系統至聯鎖系統，簡稱ITI。在這種通信方式中，事先創建聯鎖邊界特殊邏輯對象，又稱幫助模塊，通信方之一的CBI被設置為服務端，另一CBI則為客戶端，在通信時，通信雙方各自相鄰的幫助模塊之間相連，從而搭建了信息傳輸的數據通道，完成通信。此外，相鄰聯鎖和同等聯鎖之間能夠借助安全通信服務應用點協議實現相互間的通信。在CBI通信內容中，無論采用哪種通信方式，均包含了聯鎖安全數據和通信狀態信息。正線聯鎖區與車輛段/停車場聯鎖接口之間的通信方式也采用了ITI，采用網絡傳輸，且接口清晰而簡單，使得信息通信順利實現。

5" "結束語

隨著計算機聯鎖系統的不斷深入研制，其發展方向基本為全電子計算機聯鎖，因為其設計理念聚焦于集成化和模塊化，而且具有配置和組網靈活的優勢。在具有多年國內外軌道交通領域使用的實踐基礎上，龐巴迪全電子計算機聯鎖已經獲得了豐富的實踐技術儲備，對于國內外各種線路、等級或者各異運行模式的實際需求均能夠滿足和適應，而且依然不斷根據行業發展新需求進行技術調整與更新，保持技術與需求的同步變化，尤其是在行業中，龐巴迪具有的核心技術理念，能夠為國內同類產品改進提供方向和指引。在蕪湖單軌UTO項目中成功地使用了EBILock950全電子計算機聯鎖系統，是UTO項目中首次使用全電子聯鎖實踐，這為繼續深入發揮全電子聯鎖技術優勢提供了案例和實踐經驗，更為國內同類產品工程化的優化提供了參照。

參考文獻

[1] 嚴建鵬，孫思南．龐巴迪EBILock950全電子計算機聯鎖系統技術特點[J]．城市軌道交通研究，2012（5）：103-105.

[2] 彭湃．輕型跨坐式單軌信號系統設計要點[J]．城市軌道交通研究，2017， 20 （S1）： 39-40，51.

[3] 羅斌龍，趙曉峰，孫思南，等．全自動運行信號系統與洗車機接口分析研究[J]．現代城市軌道交通，2020（4）：28-32.

[4] 趙曉峰．膠輪路軌全自動旅客捷運（APM）信號系統研究[J]．城市軌道交通研究，2016， 19 （S2）： 62-66.