浅谈云巴胶轮有轨电车信号系统
摘要
关键词
信号系统,CBTC,GOA4,全电子联锁,联锁级降级
正文
1. 云巴简介
云巴隶属于比亚迪股份有限公司,为胶轮有轨电车,以高强度混凝土梁(PC 梁)或钢梁作为车辆运行的轨道,车辆的走行轮、导向轮和稳定轮均采用充气橡胶轮胎,线路采用独立路权的封闭线路。作为全新的中运量运输系统的交通工具,其车身轻巧,多规划用于工作园区、景区观光等情况下的循环运载。
2. 云巴信号系统方案
2.1. 正线ATC系统方案
相较于系统架构简单,总体投资较低,车辆完全由人工驾驶的有轨电车,云巴正线采用基于无线通信的ATC 系统(CBTC),具备GOA4全自动运行功能,以实现高效率,智能化的运营组织。
2.2. 车地无线通信方案
表2.21 LTE技术与WLAN技术关键点对比表
对比项 | LTE | WLAN |
抗干扰能力 | 专用频段,避免了外界系统的干扰;解决ICIC、IRC在系统中的干扰问题 | 主流采用开放ISM频段,无法避免外部干扰;CSMA/CA机制下系统内同频组网、上下行数据传输导致系统内干扰 |
可维护性 | 覆盖距离远,运维简单 | 覆盖距离短,轨旁安装大量AP。隧道环境AP易损,维护保养工作量大 |
移动性 | 支持超高速移动,最高时速200km | 80~120km/h的低速环境,随车速提升切换失败率升高 |
QoS | 增加QoS精细化服务,支持9级优先调度;绝对带宽保证,保障信号业务QoS质量 | 无线空口支持4个优先级队列,不利于业务扩展;关键业务无带宽保障 |
成熟性 | 成熟,逐步应用中 | 成熟,应用广泛 |
通过以上比较,虽然LTE较传统的基于WLAN的无线网络,在抗干扰能力、高速适应性、轨旁设备维护量等方面体现出很多优势,尤其其协议的制定考虑了多业务基于优先级的融合,也迎合了轨道交通综合业务承载网的需求,且近年一些云巴均采用基于5.8G的LTE-U的未授权频段的方案,但由于基于5.8G的LTE-U的相关供货商配货困难,且基于1.8G的LTE-M技术需向地方无线电管理委员会申请,故云巴推荐车地无线采用基于WLAN的无线网络技术方案。
2.3. 联锁系统方案
目前,全电子计算机联锁的联锁电路采用计算机控制,执行电路用全电子执行器代替了传统的继电器执行电路来完成计算机联锁的末端控制和采集,具备诸多优势,是未来技术发展的趋势。目前国内厂家如:铁道科学研究院、兰州大成铁路信号有限公司、卡斯柯信号有限公司等开发的全电子联锁系统均取得SIL4级认证并在铁路车站、专用线、地方铁路等应用开通;在轨道交通领域北京房山线阎村车辆段改造采用的也是全电子联锁系统。考虑云巴为全自动运行的项目,全自动化水平较高,采用全电子计算机联锁可以显著节约设备用房面积和机柜数量,更加便于后期运营人员的维护管理。
2.4. 降级系统方案
考虑到系统运营的连续性、重要性,在运营过程中,不能因列车控制系统的故障导致运营中断。系统需具备一定的降级运营模式。在列车控制系统设备故障情况下,能够在降级模式下组织运营。同时,需要满足设备故障下列车行车安全的需求。列车控制系统的降级运营模式一般包括:基于联锁级控制的列车控制系统和基于点式ATP(可具有ATO功能)的通信方式的列车控制系统。
3. 系统具体构成
3.1. 控制中心设备
控制中心设备主要包括多台调度员工作站、调度长工作站、运行图编辑工作站及显示终端、控制中心大屏设备(由综合调度系统提供)、大屏接口工作站、WLAN交换机、网络设备、冗余服务器、三级等保设备、与综合调度等系统的接口设备、培训/模拟工作站、电源设备及打印机等。
3.2. 正线车站及轨旁设备
1) 设备集中站主要室内设备
设备集中站设备应主要包括:ATP/ATO室内设备、联锁设备、计轴机柜、维护监测设备、接口设备、电源设备、WLAN室内设备、防雷分线柜及若干辅助设备等。
2) 各车站站台层设备
站台层设备主要包括紧急关闭按钮、无人自动折返按钮、站台开/关门按钮及清客确认按钮。
3) 轨行区设备
地面信号机设置在正线道岔区、正方向行车车站端部及其它须防护的特殊位置(如从综合车场与正线转换区段等处)设。正线全线轨旁装设连续式车-地通信设备。全线站台线路区域、停车库内以及其它必要的线路区域装设车站精确停车设备,在正线区间、折返线、存车线装设轨旁列车定位设备。
3.3. 车载设备
车载设备包括车载ATP/ATO主机、测速装置、应答器查询及天线、TAU及无线天线、车载无线单元、人机接口HMI、与车辆接口设备、驾驶模式转换开关等。
3.4. 综合车场设备
综合车场室内主要设有联锁设备、ATP/ATO 室内设备、ATS设备、维护监测设备、计轴机柜、WLAN室内设备、电源设备、防雷分线柜等。控制室内安装现地控制工作站。自动化区域轨旁配置与正线相同的ATP/ATO设备,包括连续式车-地通信设备、列车定位设备等;非自动化区域轨旁不设ATP/ATO设备,只具备联锁功能。
3.5. 维修中心设备
维修中心设置在综合车场内,维修中心设备主要包括:应用服务器、磁盘阵列、数据处理服务器、维护终端、管理终端、交换机、打印机等组成。
4. 系统运营模式
4.1. 列车驾驶模式
云巴列车驾驶模式暂定具有下列六种驾驶模式:全自动驾驶模式(FAM)、自动驾驶模式(ATO)、蠕动模式(CAM)、列车自动防护下的人工驾驶模式(CM)、限制人工驾驶模式(RM)、非限制人工驾驶模式(EUM)。
4.2. 系统控制模式
包括ATS自动监控模式、调度员人工介入模式及车站现地控制模式。
4.3. 故障情况下控制模式
1) ATS子系统故障下的控制方式
系统正常情况下为控制中心ATS自动控制,各调度员工作站相互冗余,一台故障,可在其它调度员台上进行操作。如果控制中心的ATS子系统或中心至车站的通信完全故障,系统自动降级为车站自动控制。
2) ATP/ATO子系统故障下的控制方式
(1)轨旁ATP/ATO计算机故障
轨旁ATP/ATO计算机故障,其辖区内(故障区域)的列车不能按照ATO和ATP模式运行,此时通过计轴设备来实现列车位置检测,联锁保证进路安全,并以地面信号机显示为行车凭证,列车按非限制人工驾驶模式驾驶运行,一旦出现故障将第一时间组织抢修。
(2)车载设备故障
当车载ATO设备发生故障时,列车应以ATP模式运行;当车载ATP设备发生故障时,列车应以非限制人工驾驶模式进行驾驶,并根据地面信号机显示和调度人员的指挥行车。故障列车应尽快退出运营回场检修。
(3) 站间闭塞控制方式
车站计算机联锁设备中增加了具备车站控制下可以办理自动站间闭塞的功能,作为轨旁ATP/ATO计算机故障、车载ATC设备故障及非ATC列车的区间运行方式。其主要技术要求如下:
站间闭塞仅可用于列车运行的正方向;
站间闭塞的办理可以由控制中心人工办理;
控制中心可以设定一个站间或多个站间为站间闭塞行车方式;
站间闭塞时列车不具备超速防护功能,仅采用非限制人工驾驶模式或ATP切除模式;
超过2km的长大区间划分为多个区间后,闭赛方式同站间闭塞。
3) 联锁子系统故障
由于联锁设备多重冗余结构可靠性高,当一台设备发生故障时,不会对系统正常运行造成影响。如果多台设备同时出现故障,它的控制范围内将丧失进路控制、联锁和ATP/ATO功能,而列车的安全完全依靠人工保障。
5. 结束语
本文介绍了云巴作为新型的中运量交通工具,核心信号系统采用GOA4等级的全自动运行技术、全电子联锁等先进的技术方案,未来可结合运营需求,逐步简化设备配置,实现更一体化集成和集中化部署的运营管理目标。
参考文献
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