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安薩爾多CBTC列車控制系統由列車自動監控(ATS)系統、列車自動防護(ATP)系統、列車自動駕駛(ATO)系統、計算機聯鎖(CBI)子系統、數據傳輸(DCS)子系統等組成。CBTC車載控制系統提供ATP和ATO功能,負責確定列車速度和位置、超速保護、緊急制動、列車停靠、方向控制、安全的車門控制、CBTC運行模式等。車載控制系統設備包括車載控制器(CC)和速度傳感器、查詢應答器主機(TI)天線、司機操作顯示單元(TOD)和移動無線設備(MR)天線。CC與速度傳感器、TI主機和TOD接口,以確定列車的位置,顯示駕駛信息,設備狀況,并給司機報警。本系統采用開放式架構的數據傳輸子系統,采用802.11g來提供更大的帶寬和更強的抗干擾的數據通信能力;采用802.11i無線網絡技術來保障安全,阻止未授權用戶進入網絡;防火墻提供額外的防護措施來抵御惡意攻擊。MR用于車載設備和軌旁設備之間傳輸數據。ATP和ATO子系統通過兩個獨立的以太網連接到MR。A、B網同時工作,當一端通信中斷時,系統會接受另一端的車地通信信息,以保證車地通信的可用性,實現冗余車載網絡的交換和擴展。以太網擴展設備ESE利用雙絞電纜彼此連接,實現車廂之間的網絡通信。當列車經過信標時,儲存在其中的信息通過應答器天線發送給TI主機。主機接收到報文后進行解碼,將解碼后的數據用兩個不同的通道傳送給CC。CC將會關聯來自TI主機的診斷信息、磁場強度信號和信標正在讀取的信息來判斷TI主機是否故障。隨著車輪輪齒的轉動,當傳感器經過輪齒的時候會輸出數字脈沖。這些脈沖由硬件計數器來計數,可以在給定周期內測試速度。系統采用獨立的模塊測量列車的位移和速度。即使其中一個速度傳感器部分失效,CC也會正常工作。2個光電速度傳感器和4個加速度計(2個數字型和2個模擬型,以避免共模故障),用于速度測量和車輪空轉/打滑的補償。一旦檢測到空轉/打滑,CC將利用速度傳感器上一次的安全速度和位置,通過加速度計測量出來的加速度來更新列車速度和位置,位置誤差通過信標來消除。每個處理器有四個處理模塊:應用處理器模塊(App),比較處理器模塊(VO),交互式存儲處理器模塊(ME),接口處理器模塊(CPL)。App用于計算,VO對數據結果進行檢查,ME實現數據共享,CPL主要處理數據的輸入和輸出。處理器采用3取2比較結構,通過各自的APP模塊獨立運算,相互通過ME模塊交換結果,再通過VO模塊表決,保證三個計算機至少有兩個的結果一致。如果表決同意,處理器會通過通信模塊發送控制信號給列車,允許列車繼續運行。這也就是保證在單點故障時的安全運行的冗余方式。
二ATO與ATP子系統
ATP子系統是保證列車運行安全的系統,它根據線路數據、列車臨時限速信息、聯鎖設備提供的列車進路信息,提供列車運行間隔控制、超速防護、車門和站臺屏蔽門監督等安全防護功能,且符合故障-安全原則。ATO子系統在非人工狀態下通過控制牽引和制動力來控制列車運行,列車按運行圖規定的區間走行時分行車,自動完成列車啟動、加速、巡航、惰行、減速和停車的合理控制。ATO子系統為熱備份,即當主ATO單元故障時,能夠自動從主ATO單元切換到備用ATO單元。“熱備份”在這里是指主備兩套ATO單元運行完全相同的軟件,獲得相同的傳感器輸入,獨立進行運算;但是同時只有一套ATO單元作為主機和其他子系統如ATP、車輛、TOD、ATS等交互,備用ATO不提供任何輸出。僅當檢測到當前主ATO單元發生任何故障時,并且列車完全停車后,能夠自動進行切換,這樣,就避免了影響運行,或司機進行一些不必要的操作。ATO和ATP分別運行于獨立的CPU處理器中,彼此通過高速PCI總線連接。系統采用連續速度-距離曲線控制模式進行閉塞設計。當列車運行速度接近ATP最大允許速度時,車載設備產生聲光報警,并采用常用制動降低列車速度。采用常用制動時,系統連續地檢查列車的制動率,如常用制動率達不到規定值,或車速未按要求進行減速而列車速度達到ATP緊急制動觸發曲線速度時,實施緊急制動。
三結束語
基于CBTC的車載控制系統采用統一標準,易于實現互通互聯;硬件冗余,保證了高可靠性;實現了車-地之間的雙向、實時、高速、可靠、安全的移動通信,完成了列車超速防護,保證列車以最小間隔安全運行。該系統已成功應用于沈陽、西安、杭州、鄭州、成都等城市。
作者:金麗美單位:沈陽鐵路信號有限責任公司