周庭梁 張兵建

(卡斯柯信號(hào)有限公司,200071,上?！蔚谝蛔髡?工程師)

隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展,以及CBTC(Communication-Based Train Control,基于通信的列車(chē)控制)模式信號(hào)系統(tǒng)和無(wú)人駕駛等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,使列車(chē)的行車(chē)間隔越來(lái)越短。為此,一方面需要縮短地鐵信號(hào)設(shè)備的故障恢復(fù)間隔,以提高設(shè)備的運(yùn)行效率;另一方面,需要根據(jù)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)和故障統(tǒng)計(jì),制定合理的預(yù)防性維護(hù)策略,以提高設(shè)備的可用性。

在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中引入地鐵信號(hào)的維護(hù)支持系統(tǒng)(Maintenance Support System,簡(jiǎn)為MSS),作為整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和維護(hù)的輔助工具,在自動(dòng)列車(chē)監(jiān)控(ATS)系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)防護(hù)(ATP)系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行(ATO)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(Computer Based Interlocking,簡(jiǎn)為CBI)、通信等系統(tǒng)故障情況下,可幫助信號(hào)維護(hù)人員定位故障設(shè)備,管理維修作業(yè),并提供相應(yīng)的維護(hù)指導(dǎo)文檔,輔助制定維護(hù)計(jì)劃。

1 地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前,國(guó)內(nèi)地鐵信號(hào)設(shè)備的配套維護(hù)系統(tǒng)一般采用以下幾種方式:

1)分立模式,即每個(gè)子系統(tǒng)都有一套獨(dú)立的故障診斷系統(tǒng)。分立模式有利于提供各子系統(tǒng)內(nèi)專(zhuān)業(yè)的故障診斷及分析功能,但各個(gè)子系統(tǒng)之間容易形成維護(hù)信息孤島,缺乏統(tǒng)一故障監(jiān)測(cè)和維護(hù)管理的信息化平臺(tái),不利于實(shí)行統(tǒng)一的設(shè)備維護(hù)工作。

2)通過(guò) ATS系統(tǒng),管理所有報(bào)警信息。由于ATS系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行運(yùn)營(yíng)調(diào)度,僅能夠提供有限的報(bào)警信息,無(wú)法給信號(hào)維護(hù)人員提供完善的維護(hù)支持功能,也無(wú)法系統(tǒng)地計(jì)劃與安排維護(hù)工作。

3)單獨(dú)設(shè)置一套信號(hào)維護(hù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng),用于維護(hù)支持和管理。目前CBTC系統(tǒng)的核心設(shè)備都是從國(guó)外進(jìn)口,一般由信號(hào)供貨商提供核心系統(tǒng)[1](ATS、ATP、ATO 和微機(jī)聯(lián)鎖等)的維護(hù)支持系統(tǒng);軌旁基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)備則由國(guó)內(nèi)采購(gòu),一般采用符合鐵道部標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該方式在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的系統(tǒng)中普遍采用。其缺點(diǎn)是,維護(hù)人員需要通過(guò)兩套獨(dú)立的系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)完整的維護(hù)支持,而且兩套系統(tǒng)之間一般不能通信,也不利于實(shí)行統(tǒng)一的維護(hù)管理。

在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中,并沒(méi)有對(duì)地鐵信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)相關(guān)領(lǐng)域提出明確的要求。為此,需要引入地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng),使其完全國(guó)產(chǎn)化,并與微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行整合,實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)督與維護(hù)管理。

2 地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

針對(duì)城市軌道交通現(xiàn)狀,有必要在線路維修中心(一般在車(chē)輛段)設(shè)置獨(dú)立的地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng),完成對(duì)列車(chē)運(yùn)行的監(jiān)視和整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)所有設(shè)備的集中報(bào)警功能,并對(duì)在線運(yùn)行的信號(hào)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)管理和支持。

地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上包括中心(控制中心、維修中心)和車(chē)站(沿線各信號(hào)工區(qū)、設(shè)備集中站、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)等)兩部分。整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.1 中心級(jí)子系統(tǒng)

中心級(jí)子系統(tǒng)包括:

1)兩套位于維修中心的中央應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,主要采集 ATS、ATP 、ATO 、CBI等系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài),產(chǎn)生合適的事件和報(bào)警,并保存到報(bào)警歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中;由其管理全線維護(hù)支持系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)(包括設(shè)備出廠信息、運(yùn)行參數(shù)),維護(hù)工單,維護(hù)計(jì)劃等。

2)位于維修中心、控制中心的維護(hù)調(diào)度工作站,用于提供全線設(shè)備狀態(tài)及報(bào)警的實(shí)時(shí)顯示與報(bào)警確認(rèn),下達(dá)維護(hù)工單,并跟蹤維護(hù)工單執(zhí)行情況(例如,已關(guān)閉或是正在執(zhí)行等);對(duì)報(bào)警歷史(時(shí)間、設(shè)備類(lèi)型、位置、供應(yīng)商等)進(jìn)行過(guò)濾和檢索,制定維護(hù)計(jì)劃。

3)系統(tǒng)配置工作站,用于系統(tǒng)初始化,分配人員角色及權(quán)限,配置設(shè)備清單,進(jìn)行設(shè)備發(fā)現(xiàn)等。

2.2 車(chē)站級(jí)子系統(tǒng)

車(chē)站級(jí)子系統(tǒng)包括:

1)信號(hào)工區(qū)維護(hù)終端,用于接收中心維護(hù)調(diào)度下達(dá)的維護(hù)指令,查閱相關(guān)的維護(hù)文檔,并將設(shè)備的維護(hù)結(jié)果報(bào)告中心維護(hù)調(diào)度。

2)集中站維護(hù)終端,設(shè)置在設(shè)備集中站的車(chē)站維護(hù)終端,除具備信號(hào)工區(qū)維護(hù)終端功能以外,還作為信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)站機(jī),收集基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)信息(主要是一、二級(jí)報(bào)警信息)。

3)車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)維護(hù)終端,其作用同信號(hào)工區(qū)維護(hù)終端。

4)便攜維護(hù)終端,其作用同信號(hào)工區(qū)維護(hù)終端,并可用于車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)離線維護(hù)數(shù)據(jù)的下載與處理。

3 地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)的功能

地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)主要提供對(duì)二級(jí)維護(hù)的支持,其功能包括設(shè)備狀態(tài)的采集、報(bào)警信息的生成、維護(hù)管理和統(tǒng)計(jì)分析等。此處的二級(jí)維護(hù)是指ATP、ATO、CBI或通信子系統(tǒng)故障情況下,能定位故障設(shè)備(或設(shè)備的故障部件),并對(duì)故障設(shè)備(部件)進(jìn)行替換及驗(yàn)證的工作。

3.1 信號(hào)設(shè)備狀態(tài)信息采集及報(bào)警生成

地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)通過(guò)主干網(wǎng)采集信號(hào)設(shè)備狀態(tài)和維護(hù)信息,包括軌旁設(shè)備(聯(lián)鎖等)、車(chē)載設(shè)備(ATP、ATO等)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(交換機(jī)等)、計(jì)算機(jī)設(shè)備等,如圖1所示。

維護(hù)支持系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的方式有兩種:

1)通過(guò)簡(jiǎn)單網(wǎng)管協(xié)議(Simple Network Management Protocol,簡(jiǎn)為SNMP)輪詢信號(hào)設(shè)備的管理信息庫(kù)(Management Information Base,簡(jiǎn)為MIB)。信號(hào)設(shè)備的MIB,用于存儲(chǔ)該設(shè)備的狀態(tài)及故障信息,通過(guò)按照固定頻率輪詢信號(hào)設(shè)備MIB,來(lái)獲取設(shè)備狀態(tài)。

2)接收信號(hào)子系統(tǒng)主動(dòng)上傳的故障報(bào)警。ATS、ATP、ATO 、CBI等子系統(tǒng)具有自診斷及報(bào)警功能。當(dāng)這些子系統(tǒng)診斷到故障報(bào)警時(shí),除在相應(yīng)的終端上顯示報(bào)警信息外,還以SNMP陷阱信息的形式,主動(dòng)將報(bào)警信息發(fā)送給維護(hù)支持系統(tǒng),由維護(hù)支持系統(tǒng)對(duì)該狀態(tài)信息進(jìn)行分析處理。

在獲取設(shè)備狀態(tài)信息,或是接收到設(shè)備主動(dòng)上傳的故障報(bào)警后,維護(hù)支持系統(tǒng)會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行分析,只有在滿足報(bào)警條件后,系統(tǒng)才生成對(duì)應(yīng)類(lèi)型的報(bào)警。

根據(jù)故障的來(lái)源、成因、重要性等方面,維護(hù)支持系統(tǒng)將生成的報(bào)警分為4大類(lèi),包括:①故障報(bào)警(設(shè)備或其部件發(fā)生故障,影響正常使用);②通信中斷(維護(hù)支持系統(tǒng)與車(chē)載ATP、ATO或其他子系統(tǒng)連接超時(shí));③超限報(bào)警(設(shè)備模擬量或開(kāi)關(guān)量達(dá)到或超出預(yù)設(shè)門(mén)限值時(shí),生成報(bào)警);④手動(dòng)報(bào)警(維護(hù)支持系統(tǒng)也支持維護(hù)調(diào)度手動(dòng)生成報(bào)警)。

所有報(bào)警都需由維護(hù)調(diào)度進(jìn)行確認(rèn)。

3.2 維護(hù)管理

針對(duì)不同的報(bào)警信息,維護(hù)支持系統(tǒng)提供三種類(lèi)型的維護(hù)管理,包括預(yù)防修、狀態(tài)修和計(jì)劃修。預(yù)防修意味著報(bào)警可在故障發(fā)生前顯示,當(dāng)設(shè)備運(yùn)行了一段時(shí)間周期(或是一個(gè)車(chē)輛運(yùn)行公里數(shù))后,提示根據(jù)維護(hù)程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行預(yù)防性檢查和處理。狀態(tài)修是在設(shè)備監(jiān)測(cè)過(guò)程中,一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備處于異常狀態(tài),按照維護(hù)程序?qū)收显O(shè)備(或故障部件)進(jìn)行更換。計(jì)劃修則是在對(duì)設(shè)備故障、維護(hù)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析后,根據(jù)運(yùn)行參數(shù)的變化趨勢(shì),制定設(shè)備大修計(jì)劃。

3.2.1 預(yù)防修

當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中,特定技術(shù)參數(shù)頻繁超出預(yù)設(shè)限值時(shí),維護(hù)支持系統(tǒng)會(huì)向維護(hù)調(diào)度發(fā)出“該設(shè)備可能在近期發(fā)生故障,應(yīng)組織相應(yīng)的預(yù)防性維護(hù)檢查”的警告。

例如,對(duì)于車(chē)輪傳感器,每運(yùn)行2 00萬(wàn)km后應(yīng)肉眼檢查并進(jìn)行清潔。因此,列車(chē)運(yùn)行2 00萬(wàn)km后,系統(tǒng)會(huì)向中心維護(hù)調(diào)度發(fā)出報(bào)警,要求進(jìn)行檢查和清潔。

通過(guò)預(yù)防性維護(hù),可提高信號(hào)設(shè)備的安全運(yùn)行效率,延長(zhǎng)其使用壽命,盡量減少因設(shè)備發(fā)生故障而影響地鐵線路的正常運(yùn)行。

3.2.2 狀態(tài)修

一旦檢測(cè)到設(shè)備發(fā)生故障時(shí),維護(hù)支持系統(tǒng)會(huì)立即通知中心的維護(hù)調(diào)度,在運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下進(jìn)行部件替換,隔日功能調(diào)試,或是在運(yùn)營(yíng)服務(wù)完成后(夜間)再進(jìn)行設(shè)備維護(hù)工作。同時(shí),維護(hù)支持系統(tǒng)也會(huì)提供足夠的維護(hù)輔助信息,包括設(shè)備的歷史狀態(tài)、錯(cuò)誤描述信息和相關(guān)維護(hù)文檔,指導(dǎo)維護(hù)人員使用合適的工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作,使維護(hù)的實(shí)施更為容易。

當(dāng)前地鐵信號(hào)技術(shù)已經(jīng)比較成熟,許多信號(hào)設(shè)備都采用冗余設(shè)計(jì)或模塊化設(shè)計(jì),允許在不影響設(shè)備正常運(yùn)行的情況下,拆除、更換故障的設(shè)備(或部件),這也為狀態(tài)修提供了條件。

3.2.3 計(jì)劃修

維護(hù)支持系統(tǒng)能夠提供完備的設(shè)備基礎(chǔ)信息,以及報(bào)警、維護(hù)等歷史信息和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù),輔助維護(hù)調(diào)度根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況、保養(yǎng)情況、故障記錄,來(lái)制定相應(yīng)的維護(hù)策略和計(jì)劃,以便定期地對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)。例如,當(dāng)某集中站內(nèi)設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障,或是全線特定類(lèi)型的設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障,那么維護(hù)調(diào)度可以有針對(duì)性地加強(qiáng)對(duì)故障頻發(fā)地點(diǎn)設(shè)備的維護(hù)檢修力度,科學(xué)分配有限的維護(hù)資源。

3.3 維護(hù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

維護(hù)支持系統(tǒng)能夠針對(duì)設(shè)備報(bào)警、維護(hù)歷史的記錄,自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,生成所有被監(jiān)測(cè)設(shè)備的列表,顯示其臺(tái)帳信息和當(dāng)前狀態(tài);列舉所有類(lèi)型的報(bào)警信息,顯示設(shè)備名稱(chēng)、發(fā)生時(shí)間、處理狀態(tài)、報(bào)警原因等;并能夠按照年、月、周或者任意時(shí)間段,對(duì)車(chē)載設(shè)備產(chǎn)生的故障報(bào)警等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過(guò)完善的維護(hù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,可為設(shè)備維護(hù)計(jì)劃的制定提供科學(xué)依據(jù),保障信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 相關(guān)維護(hù)人員角色

維護(hù)支持系統(tǒng)涉及的使用人員包括維護(hù)中心內(nèi)的維護(hù)調(diào)度、各信號(hào)工區(qū)內(nèi)的維護(hù)人員(見(jiàn)圖2所示)。

1)維護(hù)調(diào)度主要負(fù)責(zé):處理維護(hù)支持系統(tǒng)生成的設(shè)備報(bào)警信息,并通過(guò)分配維護(hù)工單的方式,將信號(hào)設(shè)備維護(hù)要求下達(dá)給維護(hù)人員;維護(hù)工作的結(jié)果將體現(xiàn)在維護(hù)工單上,同樣由維護(hù)調(diào)度負(fù)責(zé)驗(yàn)證設(shè)備是否恢復(fù)正常,并決定是否可以關(guān)閉該維護(hù)工單;根據(jù)維護(hù)支持系統(tǒng)生成的歷史報(bào)警、維護(hù)數(shù)據(jù)分析報(bào)告(例如故障頻發(fā)設(shè)備的類(lèi)型、場(chǎng)所、時(shí)段,設(shè)備平均修復(fù)時(shí)間等),制定合理的維護(hù)計(jì)劃。

2)各信號(hào)工區(qū)的維護(hù)人員主要根據(jù)調(diào)度分配的維護(hù)工單,利用維護(hù)支持系統(tǒng)提供的相關(guān)設(shè)備(部件)維護(hù)手冊(cè),執(zhí)行合適的維護(hù)程序。

圖2 報(bào)警管理及維護(hù)流程

4 設(shè)計(jì)原則

4.1 接口標(biāo)準(zhǔn)化

考慮到信號(hào)系統(tǒng)日趨復(fù)雜,內(nèi)部各子系統(tǒng)之間接口數(shù)量、種類(lèi)也越來(lái)越多,如果針對(duì)每個(gè)信號(hào)子系統(tǒng)都開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的通信協(xié)議,既增加了維護(hù)支持系統(tǒng)集成的難度,又不利于維護(hù)對(duì)象的擴(kuò)容。因此,有必要在維護(hù)支持系統(tǒng)與其它信號(hào)子系統(tǒng)之間采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口。為此,維護(hù)支持系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的SNMP與其它信號(hào)子系統(tǒng)進(jìn)行通信。

4.2 保證被監(jiān)測(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行

系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)期間,大多數(shù)信號(hào)設(shè)備都是高負(fù)荷運(yùn)行的,頻繁地輪詢?cè)O(shè)備狀態(tài),會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行效率。而隨著信號(hào)技術(shù)的發(fā)展,信號(hào)設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間(Mean Time Between Failures,簡(jiǎn)為MTBF)也越來(lái)越長(zhǎng),設(shè)備狀態(tài)輪詢間隔過(guò)短,就沒(méi)有太大的意義。同時(shí),考慮到維護(hù)支持系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的信號(hào)設(shè)備數(shù)量龐大,頻繁地輪詢?cè)O(shè)備狀態(tài)會(huì)占用大量有效帶寬,影響主干網(wǎng)中連接的其他信號(hào)子系統(tǒng)的正常通信。因此,在運(yùn)營(yíng)時(shí)段,維護(hù)支持系統(tǒng)主要采用被動(dòng)接收信號(hào)設(shè)備故障報(bào)警的方式,來(lái)監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)。而在凌晨運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)備及夜間停運(yùn)時(shí)段,維護(hù)支持系統(tǒng)可以按照一定順序完整地查詢整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)正處于城市軌道交通發(fā)展的高峰時(shí)期,信號(hào)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定是推動(dòng)城市軌道交通和諧發(fā)展的保證。從地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷和理念來(lái)看,正是順應(yīng)了這種發(fā)展趨勢(shì),實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)和信號(hào)設(shè)備維護(hù)工作的科學(xué)管理。

本文介紹的地鐵信號(hào)維護(hù)支持系統(tǒng),首先應(yīng)用于上海軌道交通10號(hào)線信號(hào)項(xiàng)目,并將逐步推廣到北京、廣州、深圳等城市的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中。

[1]嚴(yán)波,李旭宏.城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)模式[J].城市軌道交通研究,2005(5):39.