城市轨道交通CBTC计算机联锁子系统分析

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城市轨道交通ＣＢＴＣ计算机联锁子系统分析

胡超林

（浙江浙大网新众合轨道交通工程有限公司，浙江杭州３１００００

）摘　要：ＣＢＴＣ因其技术优势已经成为现代城市轨道交通首选控制方案，随着这类控制方式的应用推广，对其计算机联锁子系统也提出了更高的要求。现总结了城市轨道交通ＣＢＴＣ计算机联锁子系统的功能、

技术特点及优势，并结合实际案例研究了其具体的工作方式。关键词：城市轨道交通；ＣＢＴＣ；

联锁子系统０　引言

随着经济社会发展和城市交通进步，城市轨道交通变得复杂而繁琐，

这对信号设备信息采集和列车安全联锁控制性能提出了很高的要求。而ＣＢＴＣ作为一种先进的列车控制系统，对其联锁子系统的控制精度要求也进一步提高。传统的铁路联锁技术虽已沿用２０多年，但远远无法满足城市内复杂的交通信号在安全、

高效、自动化、多功能方面的运营要求，必须开发设计出新的联锁子系统。可喜的是，

现代通信技术、网络技术、计算机技术的飞速发展为这一复杂的控制系统提供了硬件基础，

它们构成的联锁子系统信息量大、可靠性高、体积小、便于集中联网，能实现整个城市的统一协调调度，减小系统维修的工作量，这些优点使得计算机联锁子系统在城市轨道交通领域得到了广泛的应用，它的出现使车站联锁进入了计算机联锁时代。

１　系统结构及功能简述

ＣＢＴＣ整个信号系统主要包含计算机联锁子系统、

列车防护自动驾驶ＡＴＰ／ＡＴＯ子系统、智能列车自动监控ＡＴＳ子系统和维护支持ＭＳＳ子系统等，

其通过这些系统来实现列车的自动控制、状态监测、安全运行、维修和故障诊断等功能。而计算机联锁子系统是信号系统的基础，其主要功能是通过对轨旁信号设备实施监控，完成列车运行预排、过程监控等功能，这类子系统如西安地铁２号线的ＭｉｃｒｏｌｏｋⅡ联锁控制器，

北京亦庄线ＣＢＩ子系统、ＭＴＣ－Ⅰ型系统及ＴＹＪＬ－ＺＣ１型系统等，其设计和开发有一定区别，但大同小异。本文以北京亦庄线ＣＢＩ子系统为例谈谈其结构。

ＣＢＩ子系统的主要功能设备包含联锁机、

现场工作站、通信网络、系统维护台等，它们组成了以微处理器为基础的计算机联锁信号控制系统，

结构如图１所示。由图１可知，ＣＢＩ子系统中包含有很多设备，而联锁机是整个系统的核心。ＣＢＩ子系统中的联锁机主要实现轨旁设备联锁控制，

管辖所有联锁功能，通过既定程序来实现联锁逻辑和控制逻辑。这种冗余联锁机采用二乘二取二双ＣＰＵ作为核心控制器，增加独立的“故障／安全”校验模块，使用了一系列的可编程安全系统设计技术，如“固有故障—安全”“独立计时器”“组合故障—安全”“双通道相异软件”“反应故障—安全”等，这些技术大大提高了系统的安全性。同时，系统采用双网通信、逻辑上环网连接、模块隔离技术，确保了可靠性和实用性，它能支持单点和多点安全型串行通信，能与很多列车自动驾驶子系统进行安全型数字通信。使用ＦＳＦＢ２安全通信协议的北京首都机场线证明，

该子系统的信息交换是可靠的。

通信网络是这些监控信号和工作信号传输的通道，如图１图１　ＣＢＩ子系统结构示意图

所示，联锁机通过两套热冗余的高速交换机设备分别与ＡＴＳ

子网和ＡＴＰ／ＡＴＯ信号子网进行信息传输。这个网络为两台联锁机和现场操作站以及系统维护台各提供了两个网络接口，来实现各设备间的信息传输。另外，还可通过ＳＤＨ节点来接入ＡＴＣ骨干网，实现该子系统与中心应用服务器之间的通讯。同理，其余区域的ＣＢＩ子系统也可通过ＳＤＨ节点接入骨干网来实现信息交换和集中控制。使用这种子系统时，ＡＴＳ子网和信号子网同时处于工作状态，相关的子系统均可单独通过各自的两个网络来发送和接收信息。在其中一个网络出现问题时，子系统仍可通过另一个网络来进行通信，出现问题的网络可进行维修或单独维护，实现了整个系统的连续工作，便于及时维护和实时查询。

现场工作站是联锁子系统控制的显示单元，它作为人机交互界面能方便地对本联锁区的信号设备进行实时监控，如道岔、进路、故障报警等信息，把这些信息通过车站ＡＴＳ发送给

中心。这里还可查看车站ＡＴＳ所发送的中心操作指令，操作人员可根据操作指令将所需执行的指令信息通过操作界面方便地传送给联锁机。另外，它作为ＡＴＳ子系统的车站及显示

终端，能形象地显示子系统内部所有列车运行的位置信息、运行计划信息和告警信息等。这些信息能给车站值班人员提供参考和依据，

对故障和告警能及时进行反应和处理。现场工作站的操作指令必须通过ＨＩＬＣ校验的二次确认后才能实现有

效的操作，

确保了现场工作站操作的安全性。系统维护台也是该联锁子系统中重要的设备，它不但能完成联锁系统维护和接口设备监测，

还能打印设备操作信息记录，将子系统内设备的运行状态和报警信息及时反馈给维修人

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机电信息　２０１４年第２１期总第４１１期　１７３　

员，同时提供故障处理指导方法。亦庄线的维护台还具有“电子向导式”

诊断手段，它可通过高速网络来接收和记录联锁机系统的诊断结果信息、全站简化参数信息、指定参数追踪信息等。

２　系统实用功能举例

前文已叙述了该联锁子系统的主要构成，它能实现的基本功能包含列车防护、

轨旁设备管理、列车运行管理、维护功能、运行指令、安全保障等。ＣＢＴＣ联锁子系统可为列车运行提供４种级别的控制进路功能，

分别为连续式、点式、联锁、引导，以最大限度地提高列车运行的安全性、

高效性和自动化水平。现结合轨道交通信号的需求及特点，谈谈其在列车运行过程中的一些具体工作方式。

例如进路、道岔的处理，在站控状态下，进路的建立和取消是车站控制的，在建立进路前，联锁子系统会对进路中所有道岔是否在规定的位置上、有无敌对进路建立、后备下进路内所有区段是否空闲等信息进行检查，确保这些信息都处于正常状态才能允许进路的建立。而进路指令下达后，ＣＢＩ会转换道岔至正确的位置并闭锁，

再检查一些相关条件是否满足，之后才会开放信号。联锁设备对进路实现预先闭锁和接近闭锁，闭锁的进路随列车的运行按三点检查自动分段解锁。一旦闭锁，其他相关道岔是不能启动的。信号机关闭后，

未经再次办理，是不会重复开放的。一旦状态发生变化，

也会马上显示，操作人员能快速地作出判断和正确操作。它反映了操作的唯一性和安全性。

３　系统的优势

这类联锁子系统是借鉴国外经验，结合我国城市交通实际

情况和先进的计算机技术而研发的，

较进口设备能降低投资成本，

同时满足技术要求，它的优势是设计参数化程度高，适应性和兼容性强，能在满足各种技术需要的同时实现系统的模块化、

标准化设计，使其配置灵活，扩展和升级简便，对新业务的适应性强。国内自主开发能实现快速调整和安装维护，开发过程高标准、严要求，安全和质量有保障，供货速度快、周期短。

４　结语

本文简要阐述了城市轨道交通ＣＢＴＣ计算机联锁子系统的构成及功能，在其实用功能上仅仅提到了很小的一方面，而在实际运用过程中其是能满足多方面要求的，

如对轨旁设备的监控、与其他子系统的接口、与旅客安全系统的信息交换、对列车运行的自动控制等，这些在实践中也都得到了验证和逐步完善。因此，这种子系统是一种非常安全和高效的信息接收、反馈系统，能适应当前城市轨道交通领域最新的基于移动闭塞式信号系统的要求。在城市轨道交通进一步发展后，应不断拓展系统功能，提高系统安全性，以适应城市

轨道交通的发展步伐。

［参考文献］

［１］刘晓娟．城市轨道交通智能控制系统［Ｍ］．

中国铁道出版社，２００８

［２］许诚，徐瑞华，邢艳阳．北京轨道交通机场线信号系统［Ｊ］．

城市轨道交通，２００８（１２

） 收稿日期：２０１４－０５－

２７作者简介：胡超林（１９７９—），男，陕西咸阳人，助理工程师，研究方向：轨道交通信号。

（上接第１７１页）

曲线多、半径小，其中最小半径为３００ｍ，转向架通过曲线时，轮缘与外轨内侧面密贴。图５为３００ｍ曲线

处轮轨实际接触情况。

图５　３００　

ｍ曲线处轮轨实际接触状态通过测量数据发现，动车车轮轮缘磨耗约为拖车车轮轮缘磨耗量的２～３倍，

且动车１轮和８轮磨耗最为严重，这主要是由于车辆通过曲线时，滚动的同时会伴随出现滑动（一般多为横向滑动）

，车轮在曲线段产生的附加动压力与曲线半径成反比，在曲线段轮轨接触应力会变大，造成轮缘加速磨耗。

３　采取的措施

大量的车轮异常磨耗极大地缩短了车轮的使用寿命，增加了车辆检修成本，在大量调查分析的基础上，我们采取了如下几点措施：（１）与国内闸瓦厂家合作，通过有效控制树脂的分解残留物，增加闸瓦微孔率，提高闸瓦散热性能，有效防止或减少

闸瓦金属镶嵌物和车轮踏面热裂纹的产生。自２０１１年采用新型闸瓦后，再未出现车轮踏面热裂纹，闸瓦金属镶嵌现象降低超过９３％。（２）通过在曲线段钢轨内侧涂抹润滑材料，改善轨道曲线处轮轨接触条件，轮缘磨耗量由０．２１ｍｍ／万ｋｍ降至０．１１ｍｍ／万ｋｍ，轮缘磨耗量降低约５０％。（３）根据轮缘厚度变化情况及时启用ＬＭ－２６和ＬＭ－２８标准对车轮进行经济镟轮，降低车轮镟修量。

４　结语

改善制动闸瓦性能及轨道曲线处轮轨配合条件，可以有效控制车轮异常磨耗，延长车轮使用寿命；与此同时

，合理的车轮镟修标准，

也可有效降低车轮镟修量。［参考文献］

［１］王福天．车辆系统动力学［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９４［２］李霞，温泽峰，金学松．地铁车轮踏面异常磨耗原因分析［Ｊ］．

机械工程学报，２０１０（８

） 收稿日期：２０１４－０６－

１６作者简介：李新宇（１９７８—），男，河南人，工程师，研究方向：城市轨道交通车辆。