摘要：本文主要介绍地铁轨道交通信号系统的主要组车及功能特性，重点说明南昌轨道交通信号系统的工程结构和原理。
关键词 轨道交通；信号系统
引言
随着城市轨道交通的不断发展，地铁已经成为人们日常出现的首选交通工具。在地铁工程建设与发展中，轨道交通系统作为大容量公共交通工具，其安全性直接关系到广大乘客的生命安全，信号系统是城市轨道交通的重要基础设施之一，作为保证列车安全、正点、快捷、舒适、高密度不间断运行的重要技术装备。在轨道交通系统中有着举足轻重的地位，同时也是关系到列车行驶安全的关键。
1、系统原则
1.1系统结构和功能概述
CBTC系统结构主要组成部分如下：
ATS（Automatic Train Supervision）列车自动监督、VOBC（Vehicle OnBoard Controller）车载控制器、ZC（Zone Controller (MAU and PMI)）、区域控制器(MAU和PMI)、TOD（Train Operator Display）司机操作显示单元、AP（Access Point）接入点和MR（Mobile Radio）移动无线。
系统可在两种模式下运行：CBTC及后备模式，在CBTC模式下，MAU接收来自ATS的进路请求，然后沿着ATS请求的进路，以列车报告的位置起始为列车计算LMA（移动授权限制）。LMA将限制到ATS进路上的最近障碍物，或如果没有障碍物，将到最大距离（离线建立的），确保只有必要的轨道和设备为列车预留。如果列车的ATS进路与道岔交叠，MAU会请求执行通过联锁区域的PMI进路；当PMI报告要求的进路已授权后，MAU才延伸LMA通过该进路。当MAU确定受控列车的移动授权能够通过信号机时，MAU将给PMI发送旁路信号命令，由MAU设置信号机为允许显示（在固定闭塞原理下，该信号机通常是限制显示）。MAU知道其控区内所有列车的准确位置，并通过系统确定何时可以安全的延伸列车的移动授权，从而旁路移动授权内的信号机。列车在控制模式下运行（ATO、ATPM）并用LMA建立其停车位置，应用移动闭塞运行。
在后备模式下，MAU不运作，ATS发送进路请求给PMI，PMI基于固定闭塞原则建立进路及开放信号，列车以IATP模式并根据PMI建立的进路来行驶。
列车上的车载控制器VOBC和轨旁的区域控制器ZC是系统安全型部件，它们通过非安全的数据通信系统（DCS）进行通信，但端到端的连接是安全的。这是因为安全设备在它们生成的每一条报文中都包含序列号和循环冗余码校验（CRC），然后对该报文进行鉴定。对序列号和CRC的鉴定算法只有安全设备才能识别，因此可以防止DCS系统中非安全设备的干扰。
VOBC通过检测轨道上的应答器与检索数据库中数据来建立列车的位置。VOBC测量应答器之间的距离，并通过速度传感器信号计算探测到应答器后列车的行驶距离。数据库包括了所有相关的线路信息，包括应答器位置，车站停车位置，坡度，土建限速，道岔位置和信号机位置等。
轨旁的区域控制器（ZC）一般由MAU和PMI组成。PMI执行由ATS触发并由MAU请求的进路，控制和监督信号机和道岔状态，保证设备联锁。PMI接收所有轨旁设备包括站台门状态，且PMI向MAU发送信号状态。
ATS是一个非安全系统，它为ATS操作员提供人机接口界面。ATS在线路显示屏上显示列车具体位置，同时也提供接口软件执行其它各种功能，如临时限速、车站跳停等。
列车每端都配置一套二取二结构的车载控制器，每套VOBC 都能单独控制列车实现ATC功能。每列车的车载设备包括：2套车载控制器（VOBC）及相应的传感器、2个车载无线设备和2个司机显示器（TOD）等。每套VOBC具有2个处理器，为安全的二取二配置。VOBC是模块化结构，具有可再配置、可再编程和可扩展性。两套VOBC热备冗余,当一台VOBC 主用时，另一台处于待机状态。
每个联锁集中站都设有冗余设计的ZC（冗余的MAU和冗余的PMI）、UPS、IPS、本地ATS工作站和ATS维护工作站。ATS工作站可用来显示线路全貌或时刻表。采用冗余的网络（双网）连接到DCS骨干网，并配有数据记录器（单独的PC），用于记录联锁站发送和接收的网络信息。
所有设备都和数据通信系统（DCS）相连。DCS设备包括：轨旁光纤骨干网，AP（轨旁无线设备），车载无线设备，车站和控制中心的网络和骨干交换机。
1.2 运营安全
设计CBTC系统结构首要考虑的就是运营安全。列车的安全运行主要由以下功能来保证：
•Enforced train separation；
强制列车间的间隔；
•Train speed limit enforcement；
强制列车限速；
•Train and Platform door control； and
列车门及站台门控制；以及
•Interlocking.
联锁。
这些功能是通过车上的、控制站的以及各个轨旁接口的安全（冗余校验）计算机子系统来实现的。
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2、信号系统的主要功能
CBTC 系统可由传统的列车自动控制（ATC）信号系统部分组成：列车自动运行（ATO），列车自动防护（ATP）和列车自动监督（ATS）。CBTC通过ATS（提供监督功能）、PMI/MAU（提供联锁及安全移动授权功能）及车载VOBC实现其功能。
2.1 ATS列车自动监督功能
ATS子系统是为CBTC系统提供全面系统管理的工具，但本身不承担安全责任。它作为系统和操作人员（即，ATS 操作员，维护人员等）之间的接口，提供ATS级必需的自动控制功能。
2.2ATP功能
ATP系统由地面设备、车载设备组成，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦超过规定速度，立即施行制动，主要包含以下功能：
行驶方向：行驶区段指的是控制列车运行方向的轨道区域，行驶区段可以是单向的也可以是双向的。在单向运行区段，CBTC系统只允许在指定方向上的运行，并禁止在相反方向上的运行。在双向运行区段，CBTC系统允许列车向任一个方向运行。在CBTC模式下，南昌轨道交通提供全线的双方向运行。在IATP模式下，VOBC仅允许列车在授权方向上运行。
列车速度的确定：VOBC使用速度传感器与加速度计来来确定列车的行驶距离、速度和行驶方向。
车轮直径校准：VOBC自动确定安装速度传感器的车轮直径（车轮磨损补偿），使用在VOBC ATP数据库里定义的两个指定的应答器进行校准操作。
空转/打滑的检测与补偿：车轮的空转/打滑是指由速度传感器测得的速度与列车本身速度不一致的情况。每套VOBC使用两个加速度计，加速度计被安装在列车地板的金属板上，加速度计输出的电压和列车的加速度成正比，加速度信号被用于列车自动速度控制算法和空转/打滑的检测与补偿。
零速检测：如果速度小于0.5公里/小时，并且持续0.2秒钟以上，VOBC就认为列车是处于零速状态。
列车位置的确定：系统确定轨道上列车的位置，通过结合使用两种不同的定位方法来支持通信列车、装备故障列车及非装备列车的混合运营模式。
超速防护：VOBC监督车速是否符合所选择的驾驶模式。在ATP模式下，VOBC以最严格的方式进行车速监督。
2.3 ATO功能
ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成，在ATP系统的保护下，根据ATS的指令实现列车运行的自动驾驶、速度的自动调整、列车车门控制。
在列车处于自动运行模式下，VOBC将负责列车速度的控制。门控制模式将基于列车运行模式以及司机室内的可选门控模式输入。在ATO模式，车门打开控制模式将根据门模式开关的输入进行设置。当列车处于ATO模式时，VOBC将在TOD上显示从ATS系统接收到的停站时间，当停站时间期满后，司机将人工关门，然后使列车发车。VOBC基于其数据库和轨旁设备提供的信息确定ATO停车点。在自动运行模式中，VOBC会监控列车的运动。当列车牵引力开始作用并且制动器已经缓解时，如果在9秒内列车前行的距离小于1米的话，VOBC将使列车牵引力失效并且施加紧急制动。
2.4 联锁功能
该功能是控制和监督所有列车并保证列车安全运行的轨旁设备。
这个功能包括：
•ATS请求建立/解锁进路命令
•阻止由于道岔操纵导致列车出轨
•提供侧防
•基于进路状态和现场设备控制的自动道岔操纵和信号显示命令（自动进路）
•接受ATS操作员命令手工操纵道岔
•给列车司机提供信号机显示
•提供第二列车定位输入
•与其它线、车辆段的接口
3、结论
南昌轨道交通信号ATC系统依据控制方式以及信息传输方式的不同，系统结构组成和配置方式也完全不同，在工程设计中选择以上配置，并根据行车组织、车辆性能、车站规模、线路条件等，以安全性、可靠性为基本原则，兼顾成熟性、经济性、合理性，以达到发挥最大效能目标。
参考文献
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[5]城市轨道交通信号与通信系统.吴文麟.中国铁道出版社.1998.
作者简介
陈思敏（1983-10），男，汉族，籍贯：上海，当前职务：电气工程师，当前职称：中级职称，学历：本科，研究方向：轨道交通。
论文作者:陈思敏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第9期
论文发表时间:2018/7/5
标签：列车论文; 进路论文; 系统论文; 信号论文; 功能论文; 设备论文; 轨道交通论文; 《电力设备》2018年第9期论文;