城市轨道交通全自动车辆段与试车线信号系统接口设计方案探索.pdf

，信息通信城市轨道交通全自动车辆段与试车线信号系统接口设计方案探索李克鹏（南京恩瑞特实业有限公司，江苏南京2 10 0 0 0）摘要：在城市轨道交通发展的今天，城市轨道交通CBTC技术已经非常成熟，寻求降低建设、运营成本，提高维护、运营效率，为居民出行提供更好服务方案已经非常迫切，此时无人驾驶信号系统的出现，为以上需求提供了一种解决途径。该方案将在城市轨道交通无人驾驶信号系统中，对车辆段与试车线的安全接口设计进行探索，提出以软件接口代替继电接口的解决方案，为信号系统的全自动无人驾驶系统设计提供参考。关键词：城市轨道交通；信号系统；车辆段与试车线；软件接口；设计中图分类号：TP311城市轨道交通无人驾驶信号系统车辆段与试车线的接口将放弃传统的继电接口，增加车辆段与试车线之间的软件接口逻辑模块，实现车辆段与试车线的安全接口逻辑设计，对试车线的车辆试车与信号试车进行安全防护。1轨旁元件设计无人驾驶信号系统试车线的轨旁元素设计与常规CBTC无明显差别，设置调车信号机，用于车辆试车和信号试车时的道岔防护，设置列车信号机，用于信号系统功能的测试及防护。J1G1联锁边界减J1G1防护边界对车辆试车和信号试车，状态机中非进路锁闭功能的防护边界如上图红色所示，试车线在信号试车与车辆试车作业时，防护元素道岔D1与D2锁闭在定位，调车信号机XD1与XD2开放白灯。2详细设计为实现车辆段与试车线的安全接口，在信号系统联锁软2023年第0 5期(总第2 45期)文献标识码：A文章编号：2 0 9 6-9 7 59(2 0 2 3)0 5-0 132-0 3信号试车与车辆试车利用软件模块中的状态机自动实现非进路锁闭功能，完成试车线的试车防护。试车线信号系统配置一套联锁设备，车辆段信号系统配置一套联锁设备。两套联锁设备之间通过余的联锁网络接口连接交换信息。与车辆段联锁连接的轨旁信号元素和与试车线联锁连接的轨旁信号元素边界如上图蓝色虚线所示，轨旁元素与联锁系统的连接不会随ATS中试车线控制权在试车线和车辆段的变化而变化。试车线D1G2GD3S0100XD100车辆段D2图1车辆段与试车线联锁边界试车线D1G2GD3S011000XD110Q车辆段口D2图2 试车线试车模式防护边界件中增加了状态机模块，状态机的功能主要是自动执行进入和退出试车模式时的安全防护，包括非进路锁闭功能、试车线信号机控制功能和试车线限速区域控制功能等。实现了试车线的集中控制，将试车线的ATS人机界面与车辆段的人机界面功能合并，试车线与车辆段的人机界面均显示试车线线路的具体状态。同时，具备试车线与车辆段人0O1XD2G4800 x01GD68IXD3COXD2G40001x01OXD3G7G5J2#G7J3J3G5J2顺收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 8作者简介：李克鹏（19 8 6-），男，汉族，甘肃庆阳人，大学本科，中级工程师，研究方向：城市轨道交通信号控制系统。132Changjiang Information&Communications机界面对试车线的分别控制，在试车线与车辆段的人机界面上配置控制权的交接，完成对试车线的控制权转换。表1ATS控制命令及显示的设计控制命令显示状态车辆段操作员试车线操作员试车线人机界面车辆段人机界面交出控制权交出控制权获取控制权获取控制权强制获取控制权一正常模式请求正常模式请求信号试车模式车辆试车信号试车模式请求模式请求2.1状态机状态机作为试车线与车辆段安全接口的联锁软件控制模块，在车辆段和试车线的联锁软件中分别进行了设计，由车辆段状态机作为主控状态机对试车线状态机进行控制。通过车辆段联锁状态机管理试车线的状态机，实现信号试车与车辆试车的功能及防护，状态机包含五种状态，分别是正常模式、请求信号试车模式、信号试车模式、请求车辆试车模式、车辆试车模式。联锁系统启动后的默认状态为正常模式，系统运行期间，试车线当前状态在车辆段和试车线人机界面上显示。请求信号试车模式TTT.3信号试车模式信号试车测试模式转换设计：(1)TTT.1:通过ATS的操作员命令发送“请求信号试车模式；(2)TTT.2:通过ATS的操作员命令发送恢复“正常模式”；(3)TTT.3：检查进入测试模式的所有检查条件；（4)T T T.4：通过ATS操作员命令发送恢复“正常模式”，或者至少有一个进入测试模式的检查条件不满足。车辆试车测试模式转换设计：(1)TRST.1：通过ATS的操作员命令发送“请求车辆试车模式”；(2)TRST.2:通过ATS的操作员命令发送恢复“正常模式”；(3)TRST.3：检查进入测试模式的所有检查条件；(4)TRST.4:通过ATS操作员命令发送恢复“正常模式”，或者至少有一个进入测试模式的条件不满足。模式转换的前提条件：(1)TTT.1与TRST.1的测试请求只能在状态机正常的情况下执行；(2)TTT.3与TRST.3的进入试车模式，需要所有进入试车模式的检查条件都满足，否则不能进入试车模式。133李克鹏：城市轨道交通全自动车辆段与试车线信号系统接口设计方案探索进入试车模式的检查条件包括“非进路锁闭”，通过状态机将试车线道岔D1及为试车提供侧面防护的道岔D2自动转换到定位并锁闭，调车信号机XD1与XD2开放白灯。“非进路锁闭”的功能在ATS请求进入试车模式时由状态机自动完成，不需要单独的ATS操作命令。“非进路锁闭”功能激活，试车线处于试车模式时，若测试期间“非进路锁闭”检查条件不正常模式请求正常模式请求信号试车车辆试车模式请求模式请求正常模式正常模式信号试车模式车辆试车模式车辆试车模式请求车辆试车模式TTT.1TRST.1TTT.2TRST.2正常模式TRST.4TTT.4图3状态机模式转换说明满足或者状态丢失，状态机将立即退出试车模式，试车模式的检查条件在测试过程中被实时监测。2.2状态机的一般功能状态机的状态会影响信号试车进路的排列与进路信号的开放条件。(1)特定状态处于活动状态时无法排列的进路；(2)特定状态处于激活状态时，进路无法显示“开放 的信号。例如：当状态机处于正常模式或请求试车模式时，试车线的试车进路无法排列。当试车线不处于信号试车模式时，可激活此状态预定义的RAUZ(速度限制)区域，此功能会防止试车线上的CTC列车意外移动。依据试车线执行的测试，试车线的信号机可被状态机打开或关闭，例如，试车线在车辆试车时，状态机控制试车线所有列车信号关闭，调车信号显示开放状态。2.3状态机的特殊功能当状态机激活时，以下状态机的功能将自动执行。正常模式下状态机的执行内容：(1)试车线设置RAUZ区域限制；（2）试车线主信号关闭；（3)调车信号转换为可被正常操作（不受限制）。信号试车模式下的状态机执行内容：(1)试车线调车信号机XD1,XD2开放白灯TRST.3(2)试车线取消RAUZ区域限制；（3）主信号可被正常操作（不受限制）；(4)状态机自动执行“非进路锁闭”（试车线道岔及试车线防护道岔转换至定位并锁闭）。车辆试车模式车辆试车测试模式下的状态机执行内容：(1)试车线调车信号机XD1,XD2开放白灯；(2)试车线施加RAUZ区域限制，试车线主信号机保持关闭（灭灯），终端信号常亮；(3)联锁自动执行“非进路锁闭”（试车线道岔及试车线防护道岔转换至定位并锁闭）。在试车线的试车过程中，状态机完成了试车线的试车防护与辅助试车功能，对于试车车辆在试车线与车辆段之间的转线作业由车辆段联锁和试车线联锁分别使用调车进路完成。2.4正常模式与信号试车模式的转换操作员可以使用ATS显示终端上的软按钮发出指令“信号试车模式请求”和“正常模式请求”以触发模式转换。“信号试车模式请求”命令触发状态机执行从正常模式到信号试车模式的转换。这包括当且仅当满足所有信号试车模式条件时可向信号试车模式转换。“正常模式请求”命令触发状态机执行从信号试车模式或信号试车模式请求到正常模式的转换。在信号测试过程中，信号试车模式的进入条件会被持续检查。2.4.1转换到信号试车模式车辆段操作员具有试车线的控制权，车辆段操作员完成从车辆段至试车线的调车进路，司机以RM模式驾驶列车至试车线停稳，完成车辆段至试车线的调车任务。列车调车至Changjiang Information&Communications试车线后，试车线操作员操作试车线ATS试车请求软按钮，状态机转换到“试车请求”模式，同时车辆段ATS界面“试车请求”按钮闪烁。车辆段操作员收到试车线操作员的试车请求时，车辆段操作员按压闪烁的“试车请求”按钮后，车辆段自动向试车线交出控制权，此时车辆段与试车线ATS上显示控制权所在位置，试车线操作员确认后接管试车线控制权。取得控制权的同时，在试车线具备测试条件前，状态机自动执行“非进路锁闭”指令，控制道岔D1转换至定位锁闭，控制道岔D2转换至定位锁闭。当所有进入“信号试车模式”条件满足后，状态机转换到信号试车测试模式，ATS终端显示目前试车线处于信号试车模式，试车线RAUZ区域限制自动取消，状态机控制试车线调车信号机XD1与XD2显示白灯。试车线转换至“信号试车模式”后，车辆段与试车线ATS显示目前试车线处于信号试车状态。此时，可在试车线进行信号试车作业。2.4.2转换到正常模式试车线信号试车结束，列车在试车线上岔前区段停车，试车线操作员按压ATS终端“正常模式请求”按钮，在“正常模式请求”按钮按下后，状态机转换至“正常模式”，并在试车线与车辆段ATS终端显示。“非进路锁闭”命令自动取消，试车线调车信号可被正常使用，试车线主信号灭灯，试车线自动设置RAUZ限制区域，以防止CTC列车移动。当试车线退出信号试车测试模式后，试车线不具备信号试车条件。如果此时试车线有运行的SM,AM及FAM列车，列车将紧急制动。车辆段操作员手动获取试车线控制权，试车线与车辆段ATS终端显示目前试车线处于“正常模式”并且处于车辆段控制。车辆段操作员排列进路，司机控制试车线列车以RM模式驶离试车线，运行至车辆段。每次ATS操作员“请求信号测试模式”或“请求正常模式”时，ATS同步控制发送试车线与车辆段之间的自动交接权命令。2.5正常模式与车辆试车模式的转换为了满足试车线车辆测试，操作员可以使用ATS显示终端上的软按钮发出指令“车辆试车模式请求”和“正常模式请求”以触发模式转换。在车辆测试过程中，车辆试车模式的进入条件会被持续检查。2.5.1转换到车辆试车模式iiiiiii+（上接第131页）的网络设备模块可通过传输通道与P2020处理器平台进行数据传输，表明传输通道的以太网通信正常。因此测试结果可证明本文设计的P2020处理器网卡驱动程序功能正确，运行稳定，可实现两路以太网的通信功能，并可满足P2020处理器平台利用两路以太网分别实现调试功能和传输功能的要求。6结语为了在某P2020处理器平台上实现两路以太网的通信功能，本文基于某国产嵌入式操作系统的网络协议栈组件对可支持两路以太网通信的网卡驱动进行了设计和实现。由于该P2020处理器平台提供的两路以太网连接方式各不相同，因此首先对eTSEC和PHY之间使用的RGMII和SGMII接口进行了分析，其次对8 8 E1111芯片与电口和光口的连接方式进行了分析，然后研究了某国产嵌入式操作系统网络协议栈组件的驱动结构，最后设计实现了可支持两路以太网通信的网卡驱动程序，并在P2020处理器平台上完成了测试。测试结李克鹏：城市轨道交通全自动车辆段与试车线信号系统接口设计方案探索车辆段ATS操作员完成从车辆段至试车线的调车进路，司机以RM模式驾驶列车运行至试车线停稳，完成车辆段至试车线的调车任务。车辆段操作员按压车辆段ATS终端“车辆试车模式请求”软按钮，状态机发送“车辆试车模式请求”，车辆段与试车线ATS终端显示试车线处于“车辆试车请求状态”；当状态机自动完成“非进路锁闭”指令，控制道岔D1转换至定位锁闭与控制道岔D2转换至定位锁闭，车辆测试模式条件全部满足，状态机转换至“车辆试车模式”，试车线与车辆段ATS显示试车线目前处于车辆试车模式，状态机控制试车线调车信号机XD1