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有關城市軌道交通信號維護支持系統(tǒng)研究分析
城市軌道交通信號系統(tǒng)是運營生產(chǎn)的關鍵設備，日益增長的客流對信號設備安全、高效運行的要求越來越高。為滿足運營需求，迫切需要一個為城市軌道交通信號系統(tǒng)量身定做的信號維護支持系統(tǒng)。
1、信號維護設備配置現(xiàn)狀
城市軌道交通信號系統(tǒng)通常由正線信號系統(tǒng)(移動閉塞或準移動閉塞)和車輛段/停車場的國產(chǎn)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)兩部分組成。
車輛段/停車場計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)分別配置一套獨立的微機監(jiān)測設備，完成對車輛段/停車場范圍內所有信號設備的監(jiān)測。正線信號系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)ATS(列車自動監(jiān)控)、ATP(列車自動防護)和ATO(列車自動運行)從國外進口，正線信號維護設備配置現(xiàn)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(tǒng)組建了專用的電源屏監(jiān)測網(wǎng)絡;轉轍機、信號機、電纜絕緣測試等，以及信號系統(tǒng)內部各子系統(tǒng)間、信號系統(tǒng)與其它系統(tǒng)接口部狀態(tài)尚沒有進行有效的監(jiān)測。
正線信號設備監(jiān)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(tǒng)，且系統(tǒng)間不能共享數(shù)據(jù)，信號維護人員在使用這些數(shù)據(jù)時需花費很大的精力進行查詢、篩選，這些都增加了故障搶修的難度、延長了故障處理時間。
信號系統(tǒng)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主要服務于運營調度，如果在ATS中增加信號設備狀態(tài)及報警信息的采集數(shù)量、頻次及故障診斷功能，勢必影響ATS服務于運營的效率，且ATS軟件受外商控制，任何維護數(shù)據(jù)的改動都會引起維護費用的大幅度增加。
2、主要技術要求
(1)信號維護支持系統(tǒng)應組建單一、獨立的維護支持網(wǎng)絡，以適應不同系統(tǒng)供應商提供的不同制式(準移動閉塞、移動閉塞)、不同類型的信號系統(tǒng)。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、車輛段/停車場、控制中心等現(xiàn)場配置的不同要求。
(2)信號維護支持系統(tǒng)應采用成熟可靠的技術手段，實現(xiàn)信號設備運用過程的動態(tài)實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計分析，監(jiān)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(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(DCS)、道岔、信號機等所有信號設備。
(3)信號維護支持系統(tǒng)應能監(jiān)督、記錄信號系統(tǒng)與電力、通信、屏蔽門等系統(tǒng)結合部的有關狀態(tài)。
(4)信號維護支持系統(tǒng)采集設備與被監(jiān)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(shù)據(jù)應滿足實時性、完整性、準確性要求，采集的信息應能與其它系統(tǒng)互聯(lián)互通，實現(xiàn)資源共享。
(5)信號維護支持系統(tǒng)模擬量采集器須經(jīng)過標準計量器具校核，測試精度應滿足技術要求。
(6)信號維護支持系統(tǒng)可通過對信號設備工作信息的實時采集和智能分析，評估信號系統(tǒng)的運行質量，當信號設備的主要電氣性能或機械特性偏離預定界限時應及時預警。
(7)信號維護支持系統(tǒng)應能及時記錄監(jiān)測設備的異常狀況，并對設備故障進行分類及報警。
(8)信號維護支持系統(tǒng)應具有一定的故障診斷能力，當信號設備出現(xiàn)故障時，能根據(jù)設備的電氣參數(shù)變化和關聯(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(tǒng)與計算機聯(lián)鎖、計軸、電源屏、UPS、DCS、ATS、ATP/ATO等智能設備接口，實現(xiàn)對智能設備的遠程監(jiān)測功能。
(10)信號維護支持系統(tǒng)應具有抗電化干擾能力。
3、系統(tǒng)方案
信號維護支持系統(tǒng)采用二層三級網(wǎng)絡結構，即線網(wǎng)維護中心、線路維修中心二層維護網(wǎng);線網(wǎng)維護中心、線路維修中心、車站三級網(wǎng)絡結構。
線網(wǎng)維護中心至線路維修中心利用通信專業(yè)提供的傳輸通道組建信號維護支持系統(tǒng)上層傳輸網(wǎng)絡，線路維修中心至各站及控制中心間利用通信專業(yè)提供的傳輸通道組建信號維護支持系統(tǒng)下層傳輸網(wǎng)絡。
4、系統(tǒng)功能
信號維護支持系統(tǒng)提供以下功能：
(1)信號維護支持系統(tǒng)從控制中心ATS服務器獲取并顯示線路、站場、列車運行狀態(tài)、行車人員操作等信息。
(2)信號維護支持系統(tǒng)從中央ATS服務器獲取并顯示軌旁ATP/ATO設備狀態(tài)及報警信息。
(3)信號維護支持系統(tǒng)經(jīng)控制中心ATS中央服務器獲取并顯示車載ATP/ATO設備的狀態(tài)及報警信息。
(4)DCS通過數(shù)據(jù)接口向信號維護支持系統(tǒng)自主上報報警信息，周期性地傳輸DCS網(wǎng)絡設備的在線狀態(tài)及信息流量，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對DCS網(wǎng)絡設備的遠程監(jiān)測及故障分析。
(5)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)通過設備集中站數(shù)據(jù)接口或控制中心接口計算機向信號維護支持系統(tǒng)提供站場信息、控制臺所有按鈕開關量信息、計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)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IE瀏覽方式實現(xiàn)對計算機聯(lián)鎖設備的遠程監(jiān)測及故障分析。
(6)計軸系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口向信號維護支持系統(tǒng)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IE瀏覽方式實現(xiàn)對計軸系統(tǒng)的遠程監(jiān)測及故障分析。
(7)智能電源屏向信號維護支持系統(tǒng)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IE瀏覽方式實現(xiàn)對智能電源屏的遠程監(jiān)測及故障分析。
(8)UPS通過數(shù)據(jù)接口向信號維護支持系統(tǒng)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IE瀏覽方式實現(xiàn)對UPS的遠程監(jiān)測及故障分析。
(9)智能燈絲報警裝置向信號維護支持系統(tǒng)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燈位，在特定的信號維護終端上可通過IE瀏覽方式實現(xiàn)對信號機燈絲的遠程監(jiān)測。
(10)信號維護支持系統(tǒng)可對各車站外電網(wǎng)綜合質量(電壓、電流、功率)進行遠程監(jiān)測，當外電網(wǎng)發(fā)生斷電、缺相、相序不對等故障時提供報警功能。
(11)信號維護支持系統(tǒng)能對轉轍機動作電流、動作時間、轉換方向、表示電壓等參數(shù)進行監(jiān)測。
(12)信號維護支持系統(tǒng)可完成對車輛段/停車場50Hz相敏軌道電路繼電器端電壓的監(jiān)測。
(13)信號維護支持系統(tǒng)可對緊急關閉按鈕電路、信號系統(tǒng)與屏蔽門接口電路、線網(wǎng)聯(lián)絡線接口電路、正線與出入場線接口電路、車輛段/停車場與試車線接口電路等進行監(jiān)測。
(14)信號維護支持系統(tǒng)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、關鍵繼電器狀態(tài)等進行監(jiān)測。
(15)當信號維護支持系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)偏離預定界限時及時發(fā)出預警信號;當信號設備發(fā)生故障時，能自動提取故障發(fā)生時刻前后若干分鐘相關設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)回放文件，在同一個回放界面上進行顯示，并給出故障定位和故障處理建議。
(16)信號維護支持系統(tǒng)能輸出反映信號設備電氣特性的實時值報表、實時曲線、日報表、日曲線、月曲線和年曲線，反映設備不同時段的電氣特性變化趨勢。
(17)信號維護支持系統(tǒng)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、上道時間、主要技術參數(shù)、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(tǒng)根據(jù)信號設備的維護周期、使用次數(shù)、工作狀態(tài)和預警信息，自動生成維護建議。
(19)信號維護支持系統(tǒng)監(jiān)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(jù)報警的緊急程度和報警處理預案，啟動相應的報警處理流程。
5、系統(tǒng)設備配置
(1)線網(wǎng)維護中心設備配置：設置獨立的電源供電系統(tǒng)(含UPS)，配置1臺應用服務器以便共享線網(wǎng)內信號維護資源，設置1臺防病毒服務器管理各線路信號維護支持系統(tǒng)的防病毒軟件、1套網(wǎng)管工作站管理信號維護支持網(wǎng)絡及通信前置機、防火墻、交換機(或路由器)等網(wǎng)絡設備，根據(jù)需要設置若干臺線網(wǎng)中心維護工作站，采用與信號系統(tǒng)相同的網(wǎng)絡時鐘。
(2)線路維修中心設備配置：配置獨立的電源供電系統(tǒng)，配置2臺數(shù)據(jù)庫服務器及1套磁盤陣列存放信號設備的狀態(tài)及報警信息，設置1臺WEB服務器實現(xiàn)對智能設備的遠程監(jiān)測，根據(jù)需要設置若干臺線路中心維修工作站以及必要的網(wǎng)絡設備。
(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(tǒng)在控制中心設置的接口計算機上傳至信號維護支持系統(tǒng)，如果因技術原因不能利用信號系統(tǒng)設置的接口計算機時，應在控制中心設置1臺接口計算機。在線網(wǎng)的維護中心還沒有建成時，時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(tǒng)。另外還需在控制中心配置必要的網(wǎng)絡設備。
(4)設備集中站設備配置：配置1套車站采集設備，根據(jù)需要配置1臺車站維護工作站，以及必要的網(wǎng)絡設備。信號智能設備的狀態(tài)及報警信息通過通信接口機上傳至車站采集設備。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，亦可通過控制中心ATS服務器接入信號維護支持網(wǎng)絡。
(5)非集中站設備配置：非集中站智能電源屏與UPS的狀態(tài)及報警信息通過必要的網(wǎng)絡設備接入信號維護支持網(wǎng)絡。
(6)車輛段/停車場設備配置：車輛段/停車場各配置1套車站采集設備，并配備必要的網(wǎng)絡設備，車輛段/停車場智能設備的信息通過通信接口機上傳至車站采集機柜。
6、接口
(1)線網(wǎng)維護中心至各線路維修中心之間的數(shù)據(jù)通道帶寬不小于100Mbit/s，線路維修中心至各站、控制中心、車輛段/停車場的數(shù)據(jù)通道帶寬不低于10Mbit/s。
(2)信號維護支持系統(tǒng)采集機柜與計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)及計軸系統(tǒng)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(tǒng)在控制中心設置的接口計算機與ATS中央服務器間采用以太網(wǎng)連接。
(3)信號維護支持系統(tǒng)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(tǒng)供應商提供不同的ATP/ATO設備，信號維護支持系統(tǒng)與軌旁ATP/ATO接口時應對報警信息列表進行確認。
(4)信號維護支持系統(tǒng)接收車載ATP/ATO設備的報警信息，由于不同的供應商提供不同的車載ATP/ATO設備，信號維護支持系統(tǒng)與車載ATP/ATO接口時應對車載設備報警信息列表進行確認。
(5)信號維護支持系統(tǒng)在控制中心設置的接口計算機與DCS服務器接口，獲取DCS狀態(tài)及報警信息，信號維護支持系統(tǒng)需與DCS共同確認報警信息列表。
7、結語
本信號維護支持系統(tǒng)具有良好的兼容性、靈活性、可擴展性及系統(tǒng)開發(fā)的延續(xù)性，提升了信號維護支持系統(tǒng)的可用性。信號維護支持系統(tǒng)與ATS系統(tǒng)分網(wǎng)設計，避免了維護信息與行車管理信息間的相互干擾，克服了ATS網(wǎng)絡故障時維護系統(tǒng)不能發(fā)揮作用的缺陷。線網(wǎng)內配置該信號維護支持系統(tǒng)，便于維保部門對信號系統(tǒng)集約化維護管理，共享線網(wǎng)內信號維護資源，提升信號維護部門處理故障的能力。該系統(tǒng)全部為國產(chǎn)化設備，系統(tǒng)維護及時、維護費用較低，當用戶需求發(fā)生變化時，對軟件的修改成本較低且不影響行車。
目前，本信號維護支持系統(tǒng)已成功應用于上海軌道交通12、13、16號線及鄭州軌道交通1號線。
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