城市軌道交通數字軌道電路系統可靠性與安全性設計

作者：時(shí)間：2013-01-11 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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1 概述

國外軌道交通ATP系統許多都采用軌道電路作為信息傳遞媒介。軌道電路把控制中心發(fā)出的命令傳遞給列車(chē)，同時(shí)將列車(chē)的位置信息（以軌道電路區段單位）返回給控制中心，控制中心據此形成后續列車(chē)的控制命令。軌道電路具備雙重作用：即列車(chē)檢知和信息傳遞。以軌道電路作為信息媒介可以簡(jiǎn)化ATP系統設計。隨著(zhù)ATP系統新的控車(chē)模式（尤其是一次模式曲線(xiàn)控車(chē)方式）的出現，車(chē)載系統對信息量的需求顯著(zhù)增加，軌道電路信息數字化應運而生。同時(shí)，車(chē)載設備對信息連續性、穩定性的要求也相應提高。為此，列控信息安全可靠快速傳遞成為新型數字軌道電路首要解決的問(wèn)題。

作為ATP系統的一個(gè)子系統，從信息傳遞的角度看，數字軌道電路（Digital Track Circuit，縮寫(xiě)DTC）在整個(gè)系統中起著(zhù)承上啟下的作用，是信息的主要載體，ATP系統信息傳遞流程如下圖。

區域控制中心（ICU）與DTC之間的信息交換是通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)CAN來(lái)實(shí)現的，DTC與車(chē)載系統（On-board system）之間的信息傳遞通過(guò)鋼軌線(xiàn)路與車(chē)載傳感器的配合來(lái)完成。 DTC內部結構如下圖示，其工作原理如下：通訊板接收列控命令并轉發(fā)給各個(gè)軌道電路發(fā)送、接收設備，并把軌道電路狀態(tài)及各單元電路的工作狀態(tài)報告給區控中心。發(fā)送板根據通訊板送來(lái)的列控命令形成DTC信息，調制后送功放，經(jīng)傳輸設備、鋼軌回送至接收板，接收板對信號解調并判斷軌道電路區段是否有列車(chē)占用，將此信息報告給通訊板。列車(chē)進(jìn)入軌道區段后，通過(guò)裝設在前部的傳感器接收控制命令。因此，將ATP信息傳遞系統即DTC系統的安全性與可靠性分為三層設計，即ATP子系統間信息傳遞、軌道電路系統本身及各個(gè)設備單元。

2 ATP子系統間信息傳遞設計

ATP各子系統設計相對獨立，彼此沒(méi)有任何的直接控制功能，子系統間的聯(lián)系只有信息交換，因此信息的安全性與可靠性的設計，可局限于通訊信道和端設備的設計。

2.1 通訊信道設計

對于區控中心和DTC信息交換的物理通道——電纜本身來(lái)說(shuō)，其狀態(tài)可定義為“通”和“斷”，“通”是正常工作狀態(tài)，“斷”則是故障狀態(tài)，因此把“斷”作為安全狀態(tài)（故障輸出狀態(tài)）。在任何導致信息錯誤接收時(shí)，接收端都將視為信息中斷，并根據該狀態(tài)產(chǎn)生相應的輸出。同樣，在DTC和車(chē)載接收設備之間的信息傳遞通道——鋼軌線(xiàn)路（也包括設備）的安全狀態(tài)也定義在“斷”。

為此，需要確定界定故障的條件。區控中心與DTC之間的聯(lián)系在設計通訊協(xié)議（protocol）時(shí)，需要確定通訊周期、信息格式，當超出通訊周期時(shí)，通訊仍然中斷或不能正確接收信息，則視為通訊錯誤，若連續出現通訊錯誤，則視為通訊故障，啟動(dòng)相應的故障處理程序。為保證信息正確接收，采用應答方式對信息接收進(jìn)行確認。

對通道中傳遞的信息也進(jìn)行冗余設計，采用三取二方式（2-out-3），即區控中心的每個(gè)ICU主機都發(fā)送一組列控數據給DTC，由DTC設備對三組數據進(jìn)行三取二判決，以此保證列控數據的安全。為保證ICU與DTC之間信息交換可靠進(jìn)行，通訊的物理通道采用雙環(huán)結構。這種結構的通訊環(huán)路任何一處出現電氣斷路，都不影響其正常工作。并且只要有一個(gè)通訊環(huán)工作正常，通訊就能正常進(jìn)行。當環(huán)路出現故障時(shí)，有正常的檢測機制報告其狀態(tài)，以便及時(shí)維修。

DTC與車(chē)載設備之間由于信息是單向傳遞的，因此只有在信息編碼調制過(guò)程中約定信息格式。防止信息錯誤接收的唯一辦法是對信息進(jìn)行冗余設計，并且規定接收端只能檢錯。

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