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有關(guān)城市軌道交通信號維護支持系統研究分析
城市軌道交通信號系統是運營(yíng)生產(chǎn)的關(guān)鍵設備，日益增長(cháng)的客流對信號設備安全、高效運行的要求越來(lái)越高。為滿(mǎn)足運營(yíng)需求，迫切需要一個(gè)為城市軌道交通信號系統量身定做的信號維護支持系統。
1、信號維護設備配置現狀
城市軌道交通信號系統通常由正線(xiàn)信號系統(移動(dòng)閉塞或準移動(dòng)閉塞)和車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的國產(chǎn)計算機聯(lián)鎖系統兩部分組成。
車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)計算機聯(lián)鎖系統分別配置一套獨立的微機監測設備，完成對車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)范圍內所有信號設備的監測。正線(xiàn)信號系統的主要子系統ATS(列車(chē)自動(dòng)監控)、ATP(列車(chē)自動(dòng)防護)和ATO(列車(chē)自動(dòng)運行)從國外進(jìn)口，正線(xiàn)信號維護設備配置現狀為：ATS中包含了ATS、ATP、ATO的設備故障報警提示功能;國內配套的信號電源系統組建了專(zhuān)用的電源屏監測網(wǎng)絡(luò );轉轍機、信號機、電纜絕緣測試等，以及信號系統內部各子系統間、信號系統與其它系統接口部狀態(tài)尚沒(méi)有進(jìn)行有效的監測。
正線(xiàn)信號設備監測的信息不全，部分信號設備采集的狀態(tài)及報警信息分散于不同的系統，且系統間不能共享數據，信號維護人員在使用這些數據時(shí)需花費很大的精力進(jìn)行查詢(xún)、篩選，這些都增加了故障搶修的難度、延長(cháng)了故障處理時(shí)間。
信號系統核心設備ATS、ATP、ATO的狀態(tài)及報警信息與ATS共網(wǎng)，一旦ATS網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障，將失去對信號設備的維護支持功能。然而，ATS主要服務(wù)于運營(yíng)調度，如果在A(yíng)TS中增加信號設備狀態(tài)及報警信息的采集數量、頻次及故障診斷功能，勢必影響ATS服務(wù)于運營(yíng)的效率，且ATS軟件受外商控制，任何維護數據的改動(dòng)都會(huì )引起維護費用的大幅度增加。
2、主要技術(shù)要求
(1)信號維護支持系統應組建單一、獨立的維護支持網(wǎng)絡(luò )，以適應不同系統供應商提供的不同制式(準移動(dòng)閉塞、移動(dòng)閉塞)、不同類(lèi)型的信號系統。配備的設備應小型化、模塊化，適應城市軌道交通設備集中站、非設備集中站、車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)、控制中心等現場(chǎng)配置的不同要求。
(2)信號維護支持系統應采用成熟可靠的技術(shù)手段，實(shí)現信號設備運用過(guò)程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監測、數據記錄、統計分析，監測范圍應包括計算機聯(lián)鎖、ATS、ATP、ATO、智能電源屏、UPS(不間斷電源)、計軸、數據傳輸系統(DCS)、道岔、信號機等所有信號設備。
(3)信號維護支持系統應能監督、記錄信號系統與電力、通信、屏蔽門(mén)等系統結合部的有關(guān)狀態(tài)。
(4)信號維護支持系統采集設備與被監測設備間必須有良好的電氣隔離措施，任何情況下不得影響信號設備的正常工作;采集的數據應滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、完整性、準確性要求，采集的信息應能與其它系統互聯(lián)互通，實(shí)現資源共享。
(5)信號維護支持系統模擬量采集器須經(jīng)過(guò)標準計量器具校核，測試精度應滿(mǎn)足技術(shù)要求。
(6)信號維護支持系統可通過(guò)對信號設備工作信息的實(shí)時(shí)采集和智能分析，評估信號系統的運行質(zhì)量，當信號設備的主要電氣性能或機械特性偏離預定界限時(shí)應及時(shí)預警。
(7)信號維護支持系統應能及時(shí)記錄監測設備的異常狀況，并對設備故障進(jìn)行分類(lèi)及報警。
(8)信號維護支持系統應具有一定的故障診斷能力，當信號設備出現故障時(shí)，能根據設備的電氣參數變化和關(guān)聯(lián)信號設備的狀態(tài)信息，給出故障定位和故障處理建議。
(9)信號維護支持系統與計算機聯(lián)鎖、計軸、電源屏、UPS、DCS、ATS、ATP/ATO等智能設備接口，實(shí)現對智能設備的遠程監測功能。
(10)信號維護支持系統應具有抗電化干擾能力。
3、系統方案
信號維護支持系統采用二層三級網(wǎng)絡(luò )結構，即線(xiàn)網(wǎng)維護中心、線(xiàn)路維修中心二層維護網(wǎng);線(xiàn)網(wǎng)維護中心、線(xiàn)路維修中心、車(chē)站三級網(wǎng)絡(luò )結構。
線(xiàn)網(wǎng)維護中心至線(xiàn)路維修中心利用通信專(zhuān)業(yè)提供的傳輸通道組建信號維護支持系統上層傳輸網(wǎng)絡(luò )，線(xiàn)路維修中心至各站及控制中心間利用通信專(zhuān)業(yè)提供的傳輸通道組建信號維護支持系統下層傳輸網(wǎng)絡(luò )。
4、系統功能
信號維護支持系統提供以下功能：
(1)信號維護支持系統從控制中心ATS服務(wù)器獲取并顯示線(xiàn)路、站場(chǎng)、列車(chē)運行狀態(tài)、行車(chē)人員操作等信息。
(2)信號維護支持系統從中央ATS服務(wù)器獲取并顯示軌旁ATP/ATO設備狀態(tài)及報警信息。
(3)信號維護支持系統經(jīng)控制中心ATS中央服務(wù)器獲取并顯示車(chē)載ATP/ATO設備的狀態(tài)及報警信息。
(4)DCS通過(guò)數據接口向信號維護支持系統自主上報報警信息，周期性地傳輸DCS網(wǎng)絡(luò )設備的在線(xiàn)狀態(tài)及信息流量，在特定的信號維護終端上可通過(guò)IE瀏覽方式實(shí)現對DCS網(wǎng)絡(luò )設備的遠程監測及故障分析。
(5)計算機聯(lián)鎖系統通過(guò)設備集中站數據接口或控制中心接口計算機向信號維護支持系統提供站場(chǎng)信息、控制臺所有按鈕開(kāi)關(guān)量信息、計算機聯(lián)鎖系統自身狀態(tài)信息及報警信息，在特定的信號維護終端上可通過(guò)IE瀏覽方式實(shí)現對計算機聯(lián)鎖設備的遠程監測及故障分析。
(6)計軸系統通過(guò)數據接口向信號維護支持系統自主上報報警信息，周期性地傳輸計軸設備的狀態(tài)信息及報警信息，在特定的信號維護終端上可通過(guò)IE瀏覽方式實(shí)現對計軸系統的遠程監測及故障分析。
(7)智能電源屏向信號維護支持系統自主上報電源屏報警信息，周期性地傳輸智能屏的狀態(tài)信息，在特定的信號維護終端上可通過(guò)IE瀏覽方式實(shí)現對智能電源屏的遠程監測及故障分析。
(8)UPS通過(guò)數據接口向信號維護支持系統自主上報報警信息，周期性地傳輸UPS及電池的狀態(tài)信息，在特定的信號維護終端上可通過(guò)IE瀏覽方式實(shí)現對UPS的遠程監測及故障分析。
(9)智能燈絲報警裝置向信號維護支持系統自主上報信號機燈絲狀態(tài)及燈絲斷絲報警信息，故障定位到每架信號機的每個(gè)燈位，在特定的信號維護終端上可通過(guò)IE瀏覽方式實(shí)現對信號機燈絲的遠程監測。
(10)信號維護支持系統可對各車(chē)站外電網(wǎng)綜合質(zhì)量(電壓、電流、功率)進(jìn)行遠程監測，當外電網(wǎng)發(fā)生斷電、缺相、相序不對等故障時(shí)提供報警功能。
(11)信號維護支持系統能對轉轍機動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間、轉換方向、表示電壓等參數進(jìn)行監測。
(12)信號維護支持系統可完成對車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)50Hz相敏軌道電路繼電器端電壓的監測。
(13)信號維護支持系統可對緊急關(guān)閉按鈕電路、信號系統與屏蔽門(mén)接口電路、線(xiàn)網(wǎng)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)接口電路、正線(xiàn)與出入場(chǎng)線(xiàn)接口電路、車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)與試車(chē)線(xiàn)接口電路等進(jìn)行監測。
(14)信號維護支持系統還可對電纜絕緣、電源對地漏泄電流、信號機房溫度/濕度、室內熔絲報警、關(guān)鍵繼電器狀態(tài)等進(jìn)行監測。
(15)當信號維護支持系統實(shí)時(shí)采集的數據偏離預定界限時(shí)及時(shí)發(fā)出預警信號;當信號設備發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)提取故障發(fā)生時(shí)刻前后若干分鐘相關(guān)設備的狀態(tài)數據，生成數據回放文件，在同一個(gè)回放界面上進(jìn)行顯示，并給出故障定位和故障處理建議。
(16)信號維護支持系統能輸出反映信號設備電氣特性的實(shí)時(shí)值報表、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、日報表、日曲線(xiàn)、月曲線(xiàn)和年曲線(xiàn)，反映設備不同時(shí)段的電氣特性變化趨勢。
(17)信號維護支持系統提供信號設備全壽命期檔案管理功能，為每臺信號設備建立檔案，檔案管理信息包括設備型號、生產(chǎn)日期、上道時(shí)間、主要技術(shù)參數、電氣特性、安裝位置、設備維修和維護記錄等。
(18)信號維護支持系統根據信號設備的維護周期、使用次數、工作狀態(tài)和預警信息，自動(dòng)生成維護建議。
(19)信號維護支持系統監測到信號設備故障報警，可確定報警級別，對二級以上報警立即提供聲光提示并在維護終端上顯示，以便維護調度根據報警的緊急程度和報警處理預案，啟動(dòng)相應的報警處理流程。
5、系統設備配置
(1)線(xiàn)網(wǎng)維護中心設備配置：設置獨立的電源供電系統(含UPS)，配置1臺應用服務(wù)器以便共享線(xiàn)網(wǎng)內信號維護資源，設置1臺防病毒服務(wù)器管理各線(xiàn)路信號維護支持系統的防病毒軟件、1套網(wǎng)管工作站管理信號維護支持網(wǎng)絡(luò )及通信前置機、防火墻、交換機(或路由器)等網(wǎng)絡(luò )設備，根據需要設置若干臺線(xiàn)網(wǎng)中心維護工作站，采用與信號系統相同的網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘。
(2)線(xiàn)路維修中心設備配置：配置獨立的電源供電系統，配置2臺數據庫服務(wù)器及1套磁盤(pán)陣列存放信號設備的狀態(tài)及報警信息，設置1臺WEB服務(wù)器實(shí)現對智能設備的遠程監測，根據需要設置若干臺線(xiàn)路中心維修工作站以及必要的網(wǎng)絡(luò )設備。
(3)控制中心設備配置：從控制中心ATS、ATP/ATO、DCS采集的信息盡量利用信號系統在控制中心設置的接口計算機上傳至信號維護支持系統，如果因技術(shù)原因不能利用信號系統設置的接口計算機時(shí)，應在控制中心設置1臺接口計算機。在線(xiàn)網(wǎng)的維護中心還沒(méi)有建成時(shí)，時(shí)鐘同步信息從控制中心的接口計算機引入信號維護支持系統。另外還需在控制中心配置必要的網(wǎng)絡(luò )設備。
(4)設備集中站設備配置：配置1套車(chē)站采集設備，根據需要配置1臺車(chē)站維護工作站，以及必要的網(wǎng)絡(luò )設備。信號智能設備的狀態(tài)及報警信息通過(guò)通信接口機上傳至車(chē)站采集設備。計算機聯(lián)鎖設備的狀態(tài)及報警信息視不同的供應商提供的產(chǎn)品，可在設備集中站接入信號維護支持網(wǎng)絡(luò )，亦可通過(guò)控制中心ATS服務(wù)器接入信號維護支持網(wǎng)絡(luò )。
(5)非集中站設備配置：非集中站智能電源屏與UPS的狀態(tài)及報警信息通過(guò)必要的網(wǎng)絡(luò )設備接入信號維護支持網(wǎng)絡(luò )。
(6)車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)設備配置：車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)各配置1套車(chē)站采集設備，并配備必要的網(wǎng)絡(luò )設備，車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)智能設備的信息通過(guò)通信接口機上傳至車(chē)站采集機柜。
6、接口
(1)線(xiàn)網(wǎng)維護中心至各線(xiàn)路維修中心之間的數據通道帶寬不小于100Mbit/s，線(xiàn)路維修中心至各站、控制中心、車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)的數據通道帶寬不低于10Mbit/s。
(2)信號維護支持系統采集機柜與計算機聯(lián)鎖系統及計軸系統之間采用帶光電隔離的RS232/422標準串行接口，與智能電源屏之間采用RS485接口，與智能燈絲報警儀之間采用串行通信接口。信號維護支持系統在控制中心設置的接口計算機與ATS中央服務(wù)器間采用以太網(wǎng)連接。
(3)信號維護支持系統采集的軌旁ATS、ATP、ATO設備的報警信息通常已由信號智能設備定位至板級，該板級應與提供的備品備件相對應，不同的信號系統供應商提供不同的ATP/ATO設備，信號維護支持系統與軌旁ATP/ATO接口時(shí)應對報警信息列表進(jìn)行確認。
(4)信號維護支持系統接收車(chē)載ATP/ATO設備的報警信息，由于不同的供應商提供不同的車(chē)載ATP/ATO設備，信號維護支持系統與車(chē)載ATP/ATO接口時(shí)應對車(chē)載設備報警信息列表進(jìn)行確認。
(5)信號維護支持系統在控制中心設置的接口計算機與DCS服務(wù)器接口，獲取DCS狀態(tài)及報警信息，信號維護支持系統需與DCS共同確認報警信息列表。
7、結語(yǔ)
本信號維護支持系統具有良好的兼容性、靈活性、可擴展性及系統開(kāi)發(fā)的延續性，提升了信號維護支持系統的可用性。信號維護支持系統與ATS系統分網(wǎng)設計，避免了維護信息與行車(chē)管理信息間的相互干擾，克服了ATS網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)維護系統不能發(fā)揮作用的缺陷。線(xiàn)網(wǎng)內配置該信號維護支持系統，便于維保部門(mén)對信號系統集約化維護管理，共享線(xiàn)網(wǎng)內信號維護資源，提升信號維護部門(mén)處理故障的能力。該系統全部為國產(chǎn)化設備，系統維護及時(shí)、維護費用較低，當用戶(hù)需求發(fā)生變化時(shí)，對軟件的修改成本較低且不影響行車(chē)。
目前，本信號維護支持系統已成功應用于上海軌道交通12、13、16號線(xiàn)及鄭州軌道交通1號線(xiàn)。
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