第08章实用的ATC系统.

信号与通信概论第8章实用的ATC系统1第8章实用的ATC系统(3)信号与通信概论第8章实用的ATC系统28.2LCF-300型CBTC系统CBTC是基于通信的新型的城市轨道交通ATC系统。LCF-300型CBTC系统是典型的国产化系统，该系统的ATP/ATO部分是由北京交通大学研制开发，ATS和计算机联锁部分由卡斯柯公司研制开发。该系统已应用于北京地铁亦庄线。信号与通信概论第8章实用的ATC系统38.2.1LCF-300型CBTC系统的基本组成信号与通信概论第8章实用的ATC系统4LCF-300型CBTC系统的地面设备包括：ZC（区域控制器）子系统和用于定位及点式后备的应答器设备等。车载设备包括：VOBC（车载计算机和车载控制设备）子系统、车载无线设备等，VOBC子系统包含ATP车载系统（含数据记录系统）、ATO车载系统和MMI系统。LCF-300型CBTC系统的设备还包括：数据通信子系统(DCS)、主备用控制中心的切换设备等。数据通信子系统由ATC骨干网和ZC网、ATS网、CBI网、维护网等组成。信号与通信概论第8章实用的ATC系统58.2.2LCF-300型CBTC-ZC子系统ZC子系统从结构上分为ZC应用子系统、安全计算机平台和维护系统(ZCM)三部分。ZC子系统是CBTC系统中ATP的轨旁部分，主要负责根据列车所汇报的位置信息及联锁所排列的进路和轨旁设备提供的轨道占用／空闲信息，为其控制范围内的列车生成移动授权(MA)，保证手控列车的安全运行，具备在各种列车控制等级和驾驶模式下进行列车管理的能力。信号与通信概论第8章实用的ATC系统61．ZC子系统的特点①分层设计。整个平台从逻辑上分成外部通信网、通信控制器层、内部通信网、2乘2取2处理层、容错和安全管理（FTSM）层。②采用2乘2取2处理层为安全计算机平台的核心。该处理层分为两个2取2通道，完成通信、应用等处理功能和与容错、安全有关的各种功能。通道的2取2结构保证了平台的安全性，2乘2取2通道构成“2乘”关系，在主机故障情况下能实现主备通道热切换，保证了平台的可用性和可维护性。信号与通信概论第8章实用的ATC系统7③采用双系统并行工作的2乘2取2安全计算机系统，内部通信和外部通信都采用冗余通道设计。双系统之间采用隔离技术，对其中一系统进行维修与替换不会对另外一系统及其子系统正常工作有任何影响，即任何一个ZC计算机或网络设备不能正常I作，整个系统仍可继续正常工作，不会导致其他子系统无故切换。信号与通信概论第8章实用的ATC系统8④通道内双机采用相异软件，满足软件差异性设计原则。⑤基于COTS开发原则，4个处理单元和2个通信控制器均采用X86工业控制计算机和VXWORKS操作系统以及对应的软件开发平台开发。⑥容错和安全管理(FTSM)层负责指挥、监视双系统的运行，它是2乘2取2结构的容错与安全特性的支撑。容错和安全管理单元基于纯硬件结构，在任何时间都能够强迫2取2任一系统进入安全状态。由于关断的方法不止一种，所以冗余管理是自冗余的。信号与通信概论第8章实用的ATC系统92．ZC子系统的功能ZC子系统的功能包括：计算列车安全位置、列车排序、更新轨道占用状态、信号机强制命令设置与处理、移动授权、列车注册、列车注销、列车管理数据库版本号比较、通信状态检测、时钟同步、提供维护数据等。信号与通信概论第8章实用的ATC系统103．ZC子系统的结构信号与通信概论第8章实用的ATC系统11信号与通信概论第8章实用的ATC系统124．ZC子系统通信网如图8-15所示，ZC子系统配置冗余的内部通信网络（内网）和外部通信网络（外网）。安全计算机平台通过冗余的100Mbps以太网（内网）进行内部设备之间通信，完成安全计算机平台与内部设备之间的数据通信功能，接收来自于安全计算机系统内部其他设备的数据，并对数据的正确性、有效性和及时性进行判断，剔除非法的数据。信号与通信概论第8章实用的ATC系统13信号与通信概论第8章实用的ATC系统14ZC的内部通信网络（内网）和外部通信网络（外网）均采用冗余方式，都是由两条相互独立的100Mbps以太网构成的，因此一旦冗余网络中的一条网络发生故障，各子系统仍可以通过另一条网络进行通信。所有基于以太网的通信接口，均是采用安全通信协谀进行通信，保证信息的可靠性和可用性。同时，出于冗余设计的考虑，设置了两个相互独立而功能相同的通信控制器。通信控制器分别向两系转发CBTC系统中的其他设备发送给ZC子系统的信息，从而完成外网和内网的信息的相互传递。通信控制器的存在，使ZC子系统对于CBTC系统中的其他设备而言，表现为单一的IP地址，同时通信控制器起到安全计算机平台内部网络与外部网络隔离的作用。信号与通信概论第8章实用的ATC系统155．ZC维护子系统(ZCM)ZCM作为ZC子系统与维护系统(MSS)的交互接口，主要负责ZC子系统运行的相关维护数据传输以及ZC子系统的故障报警，为维修人员及时提供ZC子系统的运行状态和报警信息，并提供故障处理帮助信息。ZCM安装于ZC设备机柜内，由一台4U主流配置的x86工业控制机和一台1U17英寸LCD、8口KVM（多计算机切换器）组成，属于非安全设备。ZCM子系统安装Windows操作系统，其软件采用VC++开发。信号与通信概论第8章实用的ATC系统16ZCM子系统一方面通过两块独立的网卡经ZC的内网与ZC设备连接，接收ZC设备发送的运行状态记录数据，ZCM子系统记录、分析这些数据，并将分析结果以图形界面方式显示出来。另一方面通过第3块独立网卡与CBTC系统维护网连接，将ZC设备运行状态信息发送给维护中心信号与通信概论第8章实用的ATC系统176．ZC子系统电源ZC子系统工作电源有交流220V、直流12V、隔离直流12V三种。处理单元工作电源、通信控制器工作电源、FTSM输入电源、交换机工作电源、维护机工作电源、KVM工作电源为AC220V．FTSM工作电源为DC12V，按钮和指示灯电源为隔离DC12V。信号与通信概论第8章实用的ATC系统187．ZC子系统接口ZC子系统的外部接口有：逻辑接口、有线通信接口、电源接口、综合接地接口等。1)逻辑接口(1)人机接口3U面板上的指示灯有：通道l电源指示灯、通道1运行指示灯、通信控制器1电源指示灯、通信控制器l运行指示灯、通信控制器2电源指示灯、通信控制器2运行指示灯、通道2电源指示灯、通道，2运行指示灯。3U面板上的按钮有：通道1工作按钮、通道1恢复按钮、通信控制器1恢复按钮、通信控制器2恢复按钮、通道2工作按钮、通道2恢复按钮。信号与通信概论第8章实用的ATC系统19(2)ZC和VOBC玄间的双向信息交换ZC和VOBC之间的双向信息交换构成了列车移动闭塞运行原理的基础。ZC→VOBC的信息有：ZC的ID，ZC对列车申请信息的应答，数据库版本号信息，下一个登录ZC（非周期提供），列车识别号信息，停车保证查询信息，PSD（站台屏蔽门）、EMP状态、临时限速信息（包含在MA信息中）。VOBC—ZC的信息有：列车的运行信息（申请MA、注销、切换）和类型（通信列车／非通信列车），列车的位置信息（包括非安全车头、车尾信息，以及列车的测距误差等与计算安全位置相关的信息），列车速度、运行方向、车门信息，列车完整性标识，列车紧急制动状态信息，列车停车保证信息，列车停稳信息、列车站台准确停车信息，VOBC维护／诊断信息。信号与通信概论第8章实用的ATC系统20(3)ZC和ZC之间的信息交换相邻的ZC之间交换信息，保证通信列车可以越过ZC的边界。相邻的ZC之间交换的信息有：数据库版本号、信息帧类型、列车位置、列车运行信息和MA信息。(4)ZC和ATS之间的信息交换ZC从ATS接收操作命令并给ATS提供状态指示和故障信息。ZC—ATS的信息有：通信列车占压的逻辑区段、非通信列车占压的逻辑区段、向ATS发送时间同步申请。信号与通信概论第8章实用的ATC系统21(5)ZC和CBI之间的信息交换CBTC系统应当支持～个到计算机联锁(CBI)的双向接口，以进一步优化列车的运行。CBI—ZC的信息有：障碍物数量和状态、申请停车保证对象及数量、进路信息、PSD与EMP状态和临时限速。ZC—CBI的信息有：信号机强制命令、逻辑区段信息及状态、停车保证信息。(6)ZC-ZC维护机ZC向ZC维护机发送维护／诊断信息，经ZC维护机转发到维护网络。信号与通信概论第8章实用的ATC系统222)有线通信接口ZC子系统对外提供两个独立的100Mbps以太网通道，每个通道提供一个RJ-45的电气接口。系统使用这两个通道作为ATC系统间的数据传输通道。ZCM子系统通过两块独立的网卡提供两个相互独立的100Mbps以太网通道与ZC设备的冗余内网连接，接收ZC设备发送的运行状态记录数据。每个通道提供一个RJ-45的电气接口。信号与通信概论第8章实用的ATC系统233)电源接口ZC子系统的双路220V交流电源来自于机房电源屏。由于ZCM子系统由一台4U主流配置的x86工韭控制机和一台1U17英寸LCD、8口KVM组成，同时ZC设备的交流电接线端子排冗余配置，因此可将工业控制机和KVM的供电接口分别接在ZC设备冗余交流电接线端子排的不同系上。4)综合接地接口ZC子系统通过综合接地系统实现接地。ZC子系统机柜中设置内部接地汇流排，内部设备连接到内部汇流排上，内部汇流排再连接到机房接地汇流排上。信号与通信概论第8章实用的ATC系统248．ZC子系统计轴设备CBTC信号系统配置计轴设备，作为次级列车占用检测设备，它可以连续地对线路的占用／空闲进行安全可靠的检测。ZC结合计轴区段的占用／空闲信息及列车位置信息，确定在CBTC级别下的线路占用／空闲情况，实现对线路上运行的通信列车的定位。在CBTC系统中，以逻辑区段作为轨道的最小划分单位，将计轴区段划分为若干逻辑区段，并基于相互连接的逻辑区段实现对轨道线路的描述，ZC将列车定位等相应的信息以逻辑区段占用／空闲状态的形式发送给联锁系统，辅助联锁系统完成线路上列车的定位。轨道状态根据逻辑区段占压列车的情况可以划分为：通信列车占用、非通信列车占用、空闲、故障。信号与通信概论第8章实用的ATC系统25ZC判断计轴故障的原则为：当一列受ZC控制的列车完整运行出清一个计釉区段后，ZC确定此时计轴区段内无列车占用，但计轴区段在一定时间后仍然汇报计轴区段状态为占用的时候，ZC将认为计轴区段状态异常，并将该计轴区段异常信息以逻辑区段的形式报告给系统。信号与通信概论第8章实用的ATC系统268.2.3LCF-300型CBTC-VOBC子系统VOBC系统包含ATP车载系统（含数据记录系统）、ATO车载系统和MMI系统。1．LCF-300型CBTC车载系统的特点①能获得最佳的行车间隔。由于使用r无线系统进行车地间的双向连续通信，实现了对列车的连续监控，列车通过实际位置进行分隔。②通过列车自主定位，基于速度距离曲线对列车提供超速防护，在保证列车安全的前提下有效缩短追踪距离。③具有ATO自动驾驶功能，能自动控制列车的启动、巡航、精确停车以及车门和安全门的自动打开关闭，满足高效、节能、舒适的运营要求。④正常模式下，与次级检测系统（计轴器）完全独立，次级检测系统也用于降级模式。⑤使用一套驾驶台的屏幕显示，能显示列车的各种运行数据，并为司机提供辅助驾驶信息。⑥系统提供完备的数据记录和故障诊断功能，便于系统的维护、维修。信号与通信概论第8章实用的ATC系统272．LCF-300型CBTC车载系统的构成车载控制系统安装在每列车的两端，两端的车载设备配置完全一样，两端设备通过通信线互连，可以实现它们之间的通信以及无线通信的双路冗余。一端车载设备的构成如图8-16所示。应答器车载查询器(BTM)、DCS无线通信系统、ATO车载系统及ATP车载系统安装于车载支架中。信号与通信概论第8章实用的ATC系统28信号与通信概论第8章实用的ATC系统293．车载ATP系统在列车头尾两端各安装一套设备，两端通过通信线进行连接。ATP系统采用了3取2技术，