劉 洋 駱玲玲

（蘇州軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司 江蘇 蘇州 215101）

0 前言

列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，簡稱ATC）系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)，分別是列車自動(dòng)監(jiān)控（Automatic Train Supervision，簡稱ATS）系統(tǒng)、列車自動(dòng)防護(hù)（Automatic Train Protection，簡稱ATP）系統(tǒng)、列車自動(dòng)運(yùn)行（Automatic Train Operation，簡稱ATO）系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)地面控制與車上控制結(jié)合、現(xiàn)場控制與中央控制結(jié)合，達(dá)到安全行車指揮、運(yùn)行調(diào)整以及列車駕駛自動(dòng)化等功能。 基于通信的列車控制系統(tǒng)(Communication Based Train Control，簡稱CBTC)為ATC 系統(tǒng)的一種類型，主要有兩大特點(diǎn)：（1）通過移動(dòng)閉塞技術(shù)縮短運(yùn)行間隔，提高了列車的運(yùn)行效率和系統(tǒng)的靈活性；（2）實(shí)現(xiàn)了冗余功能。

1 CBTC 系統(tǒng)組成

CBTC 系統(tǒng)主要包括車載控制器 (On Board Control Unit， 簡稱OBCU)和地面設(shè)置的區(qū)域控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和ATS 系統(tǒng)。 OBCU 測量各應(yīng)答器之間的距離，并根據(jù)速度傳感器輸入信號(hào)計(jì)算自探測到一個(gè)應(yīng)答器后列車所行駛的距離。 區(qū)域控制器負(fù)責(zé)控制道岔和信號(hào)機(jī)，檢測其控制區(qū)域內(nèi)所有列車的授權(quán)區(qū)域。數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)單元包含其他列車控制子系統(tǒng)使用的所有數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了所有相關(guān)的線路信息，包括車站停車、坡度、土建限速、道岔位置和信號(hào)機(jī)位置等。 ATO 屬于OBCU 的非安全子系統(tǒng)，主要包括:自動(dòng)速度控制、自動(dòng)停站和定點(diǎn)停車、自動(dòng)啟動(dòng)、停站時(shí)分、車門控制、ATS 命令執(zhí)行、ATS 狀態(tài)報(bào)告、ATP 通信以及故障處理等功能模塊。 ATO 從ATP 子系統(tǒng)接收到目標(biāo)速度、當(dāng)前速度、當(dāng)前加速度、位置和其他相關(guān)信息，同時(shí)通過無線和ATS 子系統(tǒng)通信。ATO可以根據(jù)停站程序、 列車啟動(dòng)程序和ATP 的開門使能來控制列車開/關(guān)門，通過速度控制程序來控制列車的牽引和制動(dòng)。 ATS 是一個(gè)非安全子系統(tǒng)，它為ATS 值班員提供人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)監(jiān)督和列車自動(dòng)調(diào)整功能。

2 移動(dòng)閉塞

為了防止正線上各班次列車對(duì)撞、追尾，規(guī)定一定軌道區(qū)間內(nèi)同一時(shí)間只能運(yùn)行一列車，此軌道區(qū)間稱為閉塞區(qū)間。

蘇州軌道交通一號(hào)線采用移動(dòng)閉塞，這是一種既能保證行車安全（防止兩列車發(fā)生追尾事故），又能提高運(yùn)行效率（使兩列車的時(shí)間間隔最短）的信號(hào)概念。移動(dòng)閉塞是相對(duì)于固定閉塞而言的。固定閉塞是在區(qū)間設(shè)置固定的閉塞分區(qū)和相應(yīng)的防護(hù)信號(hào)，而移動(dòng)閉塞雖然也有防護(hù)列車運(yùn)行安全的閉塞分區(qū)，但其閉塞區(qū)間是移動(dòng)的，是隨著后續(xù)列車和前方列車的實(shí)際行車速度、位置、載重量、制動(dòng)能力、區(qū)間的坡度、彎道等列車參數(shù)和線路參數(shù)的變化而改變，隨著列車運(yùn)行而移動(dòng)。這使得列車間隔的控制更加安全可靠。

目前，城市軌道交通最顯著的發(fā)展特點(diǎn)就是隨著客流量的增大而縮短行車間隔，這樣就必須要求有一個(gè)高度可靠、連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)速度顯示和速度監(jiān)督、防護(hù)的ATC 系統(tǒng)。采用CBTC 方式的ATC 系統(tǒng)通過移動(dòng)閉塞技術(shù)，高效可靠地實(shí)現(xiàn)了上述的功能。

3 正線自動(dòng)運(yùn)行

蘇州軌道交通一號(hào)線的車載ATC 系統(tǒng)采用“頭-尾”冗余配置，在正常運(yùn)行時(shí)，列車受到冗余環(huán)境中的前端駕駛室OBCU 控制和監(jiān)督。后端駕駛室的OBCU 處于備用模式。前端OBCU 故障時(shí)，功能被切換到后端OBCU，前端OBCU 進(jìn)入備用模式。 更具體地說對(duì)于蘇州軌道交通一號(hào)線的車載ATC 系統(tǒng)可工作在以下情況（假設(shè)前端駕駛室為CAB A1，后端駕駛室為CAB A2）：

（1）CAB A1 激活，OBCU A1 激活；

（2）CAB A1 激活，OBCU A1 故障，OBCU A2 激活；

（3）CAB A2 激活，OBCU A2 激活；

（4）CAB A2 激活，OBCU A2 故障，OBCU A1 激活；

為了實(shí)現(xiàn)上述的功能，CAB A1 和A2 的OBCU 都必須同時(shí)接收來自車輛和CAB A1 和A2 所有的輸入。同樣，每個(gè)OBCU 的輸出也同時(shí)作用于CAB A1 和A2，到車輛的輸出由車輛合并。

下面通過典型的輸入輸出信號(hào)來分析上述（1）與（2）兩種情況，（3）、（4）與之類似。

圖1 自動(dòng)折返按鈕（輸入）配線圖

圖1 中的Near Cab 與Far Cab 是司機(jī)室激活互鎖繼電器。當(dāng)激活CAB A1 時(shí)，A1 中的Near Cab 繼電器得電閉合，F(xiàn)ar Cab 失電斷開，A2中的Near Cab 繼電器失電斷開，F(xiàn)ar Cab 得電閉合。

圖2 中的Non vital output near Cab 與Non vital output far Cab 的控制邏輯與圖1 中的Near Cab 與Far Cab 相同。

圖2 自動(dòng)折返燈（輸出）配線圖

（1）當(dāng)CAB A1 激活，OBCU A1 激活，即正常情況下操作：

輸入信號(hào)：當(dāng)在CAB A1 按下自動(dòng)折返按鈕時(shí)，圖1 中的1、2、3、4路線電平分別為1，0，0，1。 即兩個(gè)司機(jī)室都接收到自動(dòng)折返按鈕的輸入信號(hào)，兩套OBCU 的ATP 系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)督列車的運(yùn)行。 概括的說，兩套OBCU 都接收到所有的輸入。

輸出信號(hào)：當(dāng)按下自動(dòng)折返按鈕后，對(duì)于自動(dòng)折返燈輸出信號(hào)，圖2 中的1、2、3、4 路線電平分別為1，0，0，0， 會(huì)點(diǎn)亮CAB A1 的自動(dòng)折返燈。 也就是說激活的OBCU 才發(fā)出輸出信號(hào)。

（2）當(dāng)CAB A1 激活，OBCU A1 故障，OBCU A2 激活，即冗余情況下操作：

輸入信號(hào)：當(dāng)在CAB A1 按下自動(dòng)折返按鈕時(shí)，圖1 中的2、3、4路線電平分別為0，0，1。 對(duì)于第1 路信號(hào)，如果故障并不影響ATP 的輸入，那么電平為1，否則為0。

輸出信號(hào)：當(dāng)按下自動(dòng)折返按鈕后，對(duì)于自動(dòng)折返燈輸出信號(hào)，圖2 中的1、2、3、4 路線電平分別為0，0，0，1， 同樣會(huì)點(diǎn)亮CAB A1 的自動(dòng)折返燈，即仍然有輸出信號(hào)，只不過這時(shí)候A1 司機(jī)室的燈是靠A2司機(jī)室的OBCU 來點(diǎn)亮的。因?yàn)榇藭r(shí)只有激活的OBCU A2 才有輸出。

從上述分析就可以看出這種蘇州軌道交通一號(hào)線冗余配置的ATC 系統(tǒng)對(duì)列車的安全運(yùn)行及其重要，因?yàn)榧词褂幸惶譕BCU 故障，仍然可以靠另一套OBCU 的輸入輸出信號(hào)來控制列車的運(yùn)行。

4 列車終端無人駕駛自動(dòng)折返

4.1 頭尾配置DTRO 正常情況下的自動(dòng)折返

圖3 列車自動(dòng)折返路線路圖

當(dāng)列車進(jìn)入折返站臺(tái)，圖3 中的1 位置，內(nèi)置的“自動(dòng)折返燈”開始閃爍，提示列車司機(jī)可以按壓自動(dòng)折返按鈕。 司機(jī)將“牽引/制動(dòng)”桿與方向手柄都打到零位， 按下無人折返按鈕并保持， 直到按鈕燈亮，此時(shí)激活端司機(jī)室輸出自動(dòng)折返操作1 信號(hào)（ARR 信號(hào)），代替鑰匙激活司機(jī)室，司機(jī)取下鑰匙下車。然后，司機(jī)按下站臺(tái)DRB 按鈕后，激活端OBCU 將輸出“ATO 模式”指令使得ATO 模式繼電器AMR 得電，此時(shí)列車向前、牽引指令、制動(dòng)指令被激活，TCMS 收到這一信息后，將此信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)，控制列車運(yùn)行。當(dāng)列車到達(dá)折返線后將自動(dòng)停車（位置2），此時(shí)關(guān)端先前端的ARR 信號(hào)，另一端輸出自動(dòng)折返操作1 信號(hào)（ARR 信號(hào)），由于ARR 信號(hào)可以代替鑰匙激活司機(jī)室， 因此兩端OBCU 自動(dòng)進(jìn)行切換， 即此時(shí)另一端的OBCU 激活， 并從WCU 接受新的行車方向移動(dòng)授權(quán)后從折返線自動(dòng)駛向目的站臺(tái)（位置3）。

4.2 冗余情況下的自動(dòng)折返

在一端OBCU 故障的情況下， 列車需要自動(dòng)折返時(shí)， 激活的OBCU 先輸出自動(dòng)折返操作1 信號(hào)（本端輸出ARR 信號(hào)），代替鑰匙激活司機(jī)室，司機(jī)取下鑰匙下車。然后，司機(jī)按下站臺(tái)DRB 按鈕后，激活端OBCU 將輸出“ATO 模式”指令使得ATO 模式繼電器AMR 得電，此時(shí)列車向前、牽引指令、制動(dòng)指令被激活，TCMS 收到這一信息后，將此信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)，控制列車運(yùn)行。當(dāng)列車到達(dá)折返線后將自動(dòng)停車（位置2），當(dāng)列車在折返線停車后，剛才激活的OBCU 將繼續(xù)處于激活狀態(tài)， 繼續(xù)輸出自動(dòng)折返操作2 信號(hào)，并通過列車線送到遠(yuǎn)端， 使故障OBCU 端的ARR 信號(hào)為高電平，ARR信號(hào)代替鑰匙激活故障端司機(jī)室，列車從WCU 接受新的行車方向移動(dòng)授權(quán)后從折返線自動(dòng)使向目的站臺(tái)（位置3）。

從上述分析可以看出，蘇州軌道交通一號(hào)線的CBTC 系統(tǒng)，移動(dòng)閉塞和頭尾配置的冗余功能使列車控制的安全性和可靠性都得到很大的提高。

［1］蘇州軌道交通一號(hào)線項(xiàng)目文件:Interface Specification SIG-RST 信號(hào)-車輛接口技術(shù)規(guī)范[S].2010,05.

［2］林瑜筠.鐵路信號(hào)新技術(shù)概論(修訂版)[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

［3］劉曉娟,張雁鵬,湯自安.城市軌道交通智能控制系統(tǒng)[M].北京:中國鐵道出版社,2005.