彭曉璐

（中鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司）

1 引言

目前，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中軌道交通已經(jīng)成為重要的公共交通設(shè)施之一，在緩解城市交通壓力、創(chuàng)造便利出行條件方面發(fā)揮了重要作用。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)軌道交通的運(yùn)行情況來(lái)看，全自動(dòng)駕駛已經(jīng)成為重要發(fā)展趨勢(shì)，諸多城市的軌道交通均采用全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況來(lái)看，均設(shè)計(jì)了一個(gè)主用控制中心，一個(gè)備用控制中心，并且在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中二者為平行結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于一旦主用控制中心出現(xiàn)故障且無(wú)法短時(shí)間恢復(fù)時(shí)，為保障軌道交通安全運(yùn)行，可以手動(dòng)切換到備用中心。但是該設(shè)計(jì)也存在明顯缺陷，即手動(dòng)切換主備用控制中心需要超過(guò)10min的時(shí)間，在此期間軌道交通無(wú)法恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)，因此有必要增加遠(yuǎn)程電源控制功能，從而實(shí)現(xiàn)主備用控制中心的自動(dòng)化切換，縮短切換時(shí)間，確保軌道交通快速恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)。

2 全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)概述

全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)是一種全自動(dòng)化的、高度集中控制的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)，具備列車(chē)自動(dòng)喚醒啟動(dòng)和休眠、自動(dòng)出入車(chē)輛段/停車(chē)場(chǎng)、自動(dòng)清洗、自動(dòng)行駛、自動(dòng)停車(chē)、自動(dòng)開(kāi)/關(guān)車(chē)門(mén)等功能，并具有常規(guī)運(yùn)行、降級(jí)運(yùn)行和災(zāi)害工況等多種運(yùn)行模式，其運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)手段[1]。全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)最早可以追溯到20世紀(jì)80年代，巴黎14號(hào)線是首條采用全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)的軌道交通線路，根據(jù)公共交通國(guó)際聯(lián)會(huì)（Union Internationale des Transports Publics，UITP）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至目前，國(guó)際上超過(guò)75%的城市新建軌道交通都采用了全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)，既有城市軌道交通的城市也有超過(guò)40%采用了全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)。在我國(guó)北京、上海、廣州、成都、蘇州、武漢、南京以及南寧等城市也都開(kāi)始采用全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)，可以說(shuō)未來(lái)全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)將成為城市軌道交通的重要發(fā)展方向。

3 全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 優(yōu)點(diǎn)

全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是有助于提升軌道交通運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制，能夠有效避免因人為失誤造成影響，而在特殊情況下，全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)也允許控制中心與操作人員進(jìn)行人工干預(yù)，可以有效應(yīng)對(duì)一些緊急情況。此外全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)配備了故障監(jiān)測(cè)以及診斷功能，可以有效降低系統(tǒng)故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)以及產(chǎn)生的不利影響，能夠提升軌道交通運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性[2]。二是有助于提升軌道交通運(yùn)營(yíng)效率，優(yōu)化乘客體驗(yàn)。城市軌道交通采用全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)后，列車(chē)運(yùn)行全過(guò)程均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，相較于人工操作可節(jié)省20%左右的時(shí)間，運(yùn)行效率顯著提升，同時(shí)全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)支持全天候服務(wù)，可以有效應(yīng)對(duì)突發(fā)客流量變大的情況。三是有助于降低人力成本，降低工作人員作業(yè)強(qiáng)度。全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用顯著提升了軌道交通運(yùn)行的自動(dòng)化程度，包括司機(jī)、站務(wù)人員以及控制中心操作人員在內(nèi)的崗位勞動(dòng)強(qiáng)度均顯著下降，同時(shí)所需的人員配置也相對(duì)較少，人力成本顯著降低。四是有助于降低軌道交通全生命周期的運(yùn)營(yíng)成本。全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)具備故障診斷、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多種功能，可以有效降低軌道交通的故障發(fā)生率，減少故障時(shí)間，這在很大程度上能夠降低設(shè)備檢修維護(hù)費(fèi)用以及相關(guān)材料、人工費(fèi)用。

3.2 缺點(diǎn)

從目前全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況來(lái)看，主流設(shè)計(jì)基本包括1個(gè)主用控制中心和1個(gè)備用控制中心，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中二者為平行結(jié)構(gòu)，其目的在于當(dāng)主用控制中心出現(xiàn)故障且無(wú)法短時(shí)間恢復(fù)時(shí)，可以手動(dòng)切換到備用中心，以確保軌道交通正常運(yùn)行，避免造成不良影響。但這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷在于主備用控制中心的切換需要手動(dòng)操作，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，此外包括正線集中站的設(shè)備也無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，比如聯(lián)鎖、ZC等。這就導(dǎo)致當(dāng)系統(tǒng)或者設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，無(wú)法快速消除故障影響，恢復(fù)軌道交通運(yùn)行。若在全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)中增加遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)，則能夠有效解決當(dāng)下全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

4 新時(shí)期全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)中遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 整體設(shè)計(jì)思路

在全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)的主要目的是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備電源的開(kāi)關(guān)，包括準(zhǔn)備控制中心、正線集中站各項(xiàng)設(shè)備等，均可以遠(yuǎn)程進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)主備控制中心的快速切換以及正線集中站各項(xiàng)設(shè)備的快速重啟。

本設(shè)計(jì)中出于系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性的考慮，決定采用兩套軟硬件系統(tǒng)與雙機(jī)熱備設(shè)計(jì)，并且兩套系統(tǒng)相互獨(dú)立，獨(dú)自運(yùn)行即可支持全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行。兩套系統(tǒng)輸出控制邏輯采用一致設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)可靠性與準(zhǔn)確性，若輸出邏輯不一致，則控制命令無(wú)法生效。兩套系統(tǒng)分別采用獨(dú)立的通信鏈路，通信過(guò)程為：操作終端—中心服務(wù)器—硬件控制器—被控制設(shè)備。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

本設(shè)計(jì)中全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制如下：①系統(tǒng)操作人員通過(guò)控制終端輸入遠(yuǎn)程控制電源命令，通過(guò)中心服務(wù)器將控制命令傳輸至被控制終端，被控制終端根據(jù)指令作出相應(yīng)動(dòng)作。②被控制硬件接收到控制指令后會(huì)隨機(jī)生成驗(yàn)證碼，同時(shí)將驗(yàn)證碼經(jīng)過(guò)中心服務(wù)器傳輸至控制終端，在此過(guò)程中中心服務(wù)器對(duì)遠(yuǎn)程控制指令與驗(yàn)證碼進(jìn)行校驗(yàn)，若控制指令與驗(yàn)證碼一一對(duì)應(yīng)，則驗(yàn)證通過(guò)，被控制硬件執(zhí)行控制指令；若控制指令與驗(yàn)證碼不對(duì)應(yīng)，則被控制硬件拒絕執(zhí)行控制指令，同時(shí)通過(guò)中心服務(wù)器向控制終端發(fā)送提示信息。

此外，為了確保遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)信號(hào)設(shè)備冗余回路可以正常運(yùn)行，還需遵循如下規(guī)則：①由于本系統(tǒng)采用的是兩套軟硬件系統(tǒng)與雙機(jī)熱備設(shè)計(jì)，因此無(wú)論出現(xiàn)什么情況，僅允許斷開(kāi)其中之一，二者不能同時(shí)中斷；②若滿足上述條件，則不同的信號(hào)設(shè)備允許控制切斷多個(gè)設(shè)備電源；③若需要在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)送通斷多個(gè)設(shè)備的控制指令，則操作人員必須嚴(yán)格遵循一次一路的原則下發(fā)命令，不能在同一個(gè)通斷控制指令中包括不同設(shè)備。

4.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.3.1 執(zhí)行設(shè)計(jì)

為確保遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)準(zhǔn)確執(zhí)行控制指令，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中設(shè)定如下執(zhí)行原則：①由于本系統(tǒng)采用的是兩套軟硬件系統(tǒng)與雙機(jī)熱備設(shè)計(jì)，且兩套系統(tǒng)相互獨(dú)立，因此設(shè)定硬件控制單元僅執(zhí)行對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)程控制終端的控制指令，并且也僅支持驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的隔離繼電器。②僅當(dāng)兩個(gè)隔離繼電器同步動(dòng)作時(shí)才能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制模塊作出通斷動(dòng)作，以避免因硬件故障或者其他原因造成誤動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致被控制設(shè)備異常通斷。③兩套軟硬件系統(tǒng)中PLC實(shí)時(shí)收集被控制設(shè)備狀態(tài)信息，包括位置、故障、運(yùn)行狀態(tài)等，并將采集信息實(shí)時(shí)輸送至系統(tǒng)控制模塊，當(dāng)兩個(gè)PLC采集的信息一致時(shí)系統(tǒng)才會(huì)執(zhí)行控制指令；若采集信息不一致，即認(rèn)為不可信，則系統(tǒng)拒絕執(zhí)行控制指令。④當(dāng)PLC控制單元接收到來(lái)自控制終端的指令時(shí)，若邏輯判斷正常，則回傳反饋信號(hào)，同時(shí)報(bào)告預(yù)置狀態(tài)，1min后若控制終端接收到反饋信號(hào)并驗(yàn)證指令正確，則PLC控制單元開(kāi)始執(zhí)行控制指令；若出現(xiàn)超時(shí)或者驗(yàn)證未通過(guò)的情況，則PLC控制單元重新保持預(yù)置狀態(tài)，操作人員若需要再次發(fā)布控制指令則需要重復(fù)遠(yuǎn)程控制步驟。

4.3.2 防護(hù)設(shè)計(jì)

為確保遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)硬件安全，本系統(tǒng)設(shè)定如下安全防護(hù)原則：①系統(tǒng)控制回路的電源與操作系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，同時(shí)操作系統(tǒng)的電源需要采取保護(hù)措施，避免因電流過(guò)大導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備損壞的情況。②系統(tǒng)PLC控制單元僅負(fù)責(zé)傳輸控制信號(hào)，整體負(fù)荷較小，因此僅以繼電器對(duì)PLC控制回路隔離，防止PLC控制回路出現(xiàn)損壞。③系統(tǒng)PLC信息采集回路額定電壓為24V，操作系統(tǒng)電源為220V，為避免出現(xiàn)干擾的情況，二者均使用屏蔽電纜。④系統(tǒng)全部控制回路均設(shè)計(jì)為常開(kāi)觸點(diǎn)，僅當(dāng)執(zhí)行控制指令時(shí)才閉合，以確保系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備在失電情況下不會(huì)作出誤動(dòng)作。⑤若系統(tǒng)在1min內(nèi)操作循環(huán)超過(guò)1次，則系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖，以避免頻繁操作導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作。

4.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.4.1 主備控制中心切換功能

切換主備控制中心是遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)的主要功能，同時(shí)也是本設(shè)計(jì)的主要目的，以解決全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)主備控制中心切換速度慢且無(wú)法遠(yuǎn)程控制的問(wèn)題。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)控制主備控制中心的空氣開(kāi)關(guān)來(lái)執(zhí)行切換操作，當(dāng)主用控制中心發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出關(guān)閉交換機(jī)的控制指令，同時(shí)開(kāi)啟備用控制中心，從而實(shí)現(xiàn)主備控制中心的迅速切換，確保軌道交通運(yùn)行不受影響或者降低影響。

4.4.2 正線集中站設(shè)備遠(yuǎn)程重啟功能

在全自動(dòng)運(yùn)行的軌道交通線路中，正線集中站通常無(wú)人員值守，因此當(dāng)聯(lián)鎖、ZC等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)無(wú)法及時(shí)采取措施，而通過(guò)遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)則可以實(shí)現(xiàn)正線集中站各項(xiàng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制重啟。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，正線集中站設(shè)備遠(yuǎn)程重啟功能的控制原理與主備控制中心一致，主要是在設(shè)備機(jī)柜當(dāng)中安裝遠(yuǎn)程重啟控制模塊，當(dāng)發(fā)現(xiàn)正線集中站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)異?；蛘叱霈F(xiàn)其他需要重啟設(shè)備的情況時(shí)即可遠(yuǎn)程控制設(shè)備重啟。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)可以對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行軌道交通線路中的主備控制中心以及正線集中站的各項(xiàng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，提升了主被控制中心切換的效率，當(dāng)主用控制中心或者正線集中站各項(xiàng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以快速實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，有效提升了全自動(dòng)駕駛信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，充分保障了全自動(dòng)運(yùn)行軌道交通線路的可靠性與安全性。