计算机联锁在CBTC系统中的两种集成方式

赵晓峰

赵晓峰:上海贝尔股份有限公司 工程师 201204 上海

在城市轨道交通中，基于通信的列车控制系统(CBTC)是一种新兴的信号系统，车-地通信采用国际标准的无线通信协议，极大提高了信号系统的互联互通能力。传统的计算机联锁在CBTC系统的应用中也获得了新的发展，尤其在支持后备模式功能上起到了重要作用。按照重要程度的不同，计算机联锁在CBTC系统中有兼容型和升级型2种集成方式。

1 兼容型集成方式

兼容型集成方式是指计算机联锁在系统中不处于功能核心地位，只是系统为实现点式后备模式而集成进来的产物。换句话说，没有计算机联锁，该类系统依然可以实现完整的信号系统功能。具体集成方式见图1。

图1 兼容型联锁集成方式

由图1可知，系统的功能核心是区域控制器，ATS系统向区域控制器发送CBTC进路命令，区域控制器在收到命令后会进行判断。如果请求的进路中没有道岔，那么由区域控制器自己计算CBTC进路上的移动授权，并发送给车载控制器;如果请求的进路中有道岔，那么区域控制器就向联锁发送办理通过该道岔的联锁进路命令，进路办理成功后，联锁通知区域控制器，然后区域控制器才能计算出移动授权，并发送给车载控制器。

联锁主要负责与轨旁设备的接口，包括计轴、道岔、信号机、B信标、R信标、站台紧急按钮、站台屏蔽门。B信标和R信标均是布置在轨旁且与信号机允许信号点灯电路相关联的设备。当信号机显示允许信号时，B信标才会上电，否则处于失电状态，不同的允许信号关联有不同的B信标。R信标用于指示信号机防护的进路中的道岔位置，R信标上电表示道岔定位，失电表示道岔反位。车载控制器通过检测B信标来判断列车是否冒进红灯信号，检测R信标来决定是否需要在列车运行前方将ATP限速降为道岔反位限速，从而实现点式后备系统。此外，联锁还负责将轨旁设备状态发送到ATS系统。

采用兼容型集成方式的城轨信号项目有:上海6、7、8、9、11号线，北京4号线及大兴线等。

2 升级型集成方式

升级型集成方式是指通过对传统的、基于音频无绝缘轨道电路的计算机联锁进行升级，而得到CBTC系统环境下的新型联锁方式。其集成方式见图2。

图2 升级型联锁集成方式

由图2可知，系统的功能核心是联锁，ATS系统向联锁发送进路命令，联锁在建立进路时，不再检查区段空闲，只需检查进路中道岔位置正确或该道岔可以操作至规定位置，并且没有其他敌对条件即可。当区域控制器正常工作时，在收到联锁发送的进路信息后，区域控制器回复信号灭灯命令，同时计算出该进路上的移动授权，并发送给车载控制器。当区域控制器故障时，联锁在建立进路后就会自动点灯。联锁向相邻区域的联锁发送跨区域条件，包括:跨区列车位置、相邻信号机状态、方向条件等，从而确保列车跨区域的正常作业。联锁还与车载控制器建立无线通信，接收车载控制器发送的屏蔽门开关命令，并将屏蔽门状态发回给车载控制器。

联锁主要负责与轨旁设备的接口，包括计轴、道岔、信号机、有源应答器、LEU、站台紧急按钮、站台屏蔽门。联锁和LEU采用串口通信，将进路信息、道岔位置状态信息、防护进路锁闭状态信息、站台屏蔽门开/关状态信息等发送给LEU，由LEU通过轨旁的有源应答器，将这些信息发送给车载控制器，从而实现点式后备系统。此外，联锁还负责将进路状态和轨旁设备状态发送到ATS系统。

采用升级型集成方式的城轨信号项目有:上海10号线，北京2、9、10号线、亦庄线、昌平线、房山线，广州4、6号线，深圳2、5号线等。

3 两种集成方式的比较

计算机联锁在CBTC系统中的2种集成方式在实际项目中均已有成功案列，不同的信号厂商根据已有系统特点和技术积累，选择不同的集成方式。下面从操作和功能角度进行详细比较分析。

3.1 2种集成方式的相同点

2种集成方式下的计算机联锁都具有CBTC和后备2种模式。处于CBTC模式的联锁，均办理联锁进路，并辅助区域控制器计算移动授权;处于后备模式的联锁，均可以实现点式后备，同时满足TB/T 3027-2002《计算机联锁技术条件》的要求。

无论处于何种模式，2种集成方式下的联锁均与轨旁设备接口，包括计轴、道岔、信号机、站台紧急按钮、站台屏蔽门等，控制轨旁设备，并将轨旁设备状态发送至ATS系统。

3.2 2种集成方式的不同点

3.2.1 操作员角度不同

兼容型集成方式下的联锁不会把联锁进路信息发送给ATS，而是由区域控制器发送移动授权信息给ATS，所以ATS操作员看到的CBTC进路其实是移动授权;而升级型集成方式下的联锁则会发送进路信息给ATS，因此ATS操作员看到的进路就是联锁进路。

处于CBTC模式的联锁，如果是兼容型集成方式，联锁根据区域控制器的允许信号命令，将轨旁信号显示相应的允许信号，称为点灯方式;如果是升级型集成方式，联锁则根据区域控制器的允许信号命令，将轨旁信号置为无显示，即红灯也没有，称为灭灯方式。

3.2.2 系统模式切换不同

兼容型集成方式下的联锁有明确的CBTC模式、后备模式，以及切换时的中间态——待机模式。联锁在2种模式之间切换时，不支持自动切换，而只能人工切换。一个区域的联锁只能有一种模式，不支持区域内的局部后备模式 (特别说明，区域内的局部后备模式是由区域控制器和车载控制器配合完成的)。当联锁接收到ATS的切换命令后，把当前模式切换为待机模式，并启动一个计时器，计时时间是联锁控制区域中进路防护区段解锁的最长时间，一般是180 s，以保证区域内的列车均能停下，并且区域内的进路均能解锁，计时器计时结束后，该区域的联锁切换到人工命令要求的模式。

升级型集成方式下的联锁没有明确的CBTC模式或后备模式，也没有系统模式切换命令，联锁在2种模式之间自动切换，所以称之为CBTC状态和后备状态更为合适。当区域控制器故障时，同一区域的联锁自动转为点灯方式，此时，整个区域的联锁切换到后备模式;当区域内某一列车的车载控制器通信故障，或司机主动把列车降为点式级别(BLOC)运行时，联锁自动为该列车的前方信号机点灯，此时，区域内的联锁切换到局部后备状态。

3.2.3 后备模式原理不同

兼容型集成方式下的联锁通过计轴、B信标和R信标布置，实现的是双红灯防护 (双区间)的点式ATP模式，其主要特点是控制列车的最高允许速度。当列车的实际运行速度超过最高允许速度时，ATP将按制动或紧急制动曲线实施控制。正常运行时，其速度-距离控制线为直线，列车在红灯前的制动由司机控制并完成，ATP不提供正常停车时的制动曲线;当列车速度超过“直线”的速度值 (区段最大允许速度)时，系统实施紧急制动;当列车冒进红灯时，系统实施紧急制动。因此，B信标往往布置在紧邻信号机前方的位置，它距信号机的距离与列车上安装的B信标查询器到最近列车边缘的外悬距离相同。如果考虑车头朝向问题，B信标还需要布置在离信号机距离稍远的位置，它距信号机的距离就是列车上B信标查询器到最远列车边缘外悬的长度。当信号机防护的进路中有道岔时，该信号机还需要关联一个R信标，其位置在信号机前方更远的地方，R信标到信号机的距离应能保证司机看到红灯时紧急制动能停下列车。每一组B信标和R信标只能反映相关联的一架信号机的状态，不同信号机的B信标之间以及R信标之间没有任何关联。

升级型集成方式下的联锁通过计轴和有源应答器的布置，实现的是目标-距离式的点式ATP模式，其主要特点是:根据列车可运行的目标距离，实时地计算允许列车运行的最高速度，其速度-距离控制线为曲线。ATP系统为列车在红灯前的制动提供连续的速度控制曲线，当列车的实际运行速度超过实时计算所允许的最高速度或冒进红灯时，ATP系统实施紧急制动。因此，有源应答器也有类似B信标和R信标的布置原则，只是不同信号机的有源应答器之间有关联，即:联锁能通过LEU系统将后一架信号机的状态关联到前一架信号机状态。此外，由于采用目标-距离式的行车方式，进路的防护区段相比双红灯防护的行车方式要短小，一般是100 m。

兼容型集成方式下的联锁所实现的双红灯防护点式ATP模式，仅支持列车点式人工ATP行车模式。

升级型集成方式下的联锁所实现的目标-距离式的点式ATP模式，则支持列车点式ATO和点式人工ATP行车模式。

3.2.4 进路类型不同

兼容型集成方式下的联锁支持的进路类型有:自动解锁进路、人工解锁进路、移动闭塞进路。处于CBTC模式的联锁，只有移动闭塞进路功能。在接收到区域控制器的进路办理命令后，联锁进行进路的登记、执行和授权;在接收到区域控制器的取消进路命令后，联锁立即解锁移动闭塞进路。移动闭塞进路不具备接近锁闭功能。处于后备模式的联锁，则有自动解锁进路和人工解锁进路。自动解锁进路是指列车通过进路时，经过“三点检查”，联锁逐段自动解锁该进路;人工解锁进路是指列车通过进路时，进路不会自动解锁，列车完全出清进路后，信号自动重新开放，该类型的进路只能人工解锁。

升级型集成方式下的联锁支持的进路类型有:普通进路、自动通过进路、自动折返进路。普通进路是指由人工命令或ATS自动触发的进路，列车通过后，经过“三点检查”，联锁逐段自动解锁进路;自动通过进路是指人工命令设置的进路，列车通过进路时，进路不会自动解锁，列车完全出清进路后，信号自动重新开放，该类型进路只能人工取消或解锁;自动折返进路是指在折返站和某些有岔中间站，联锁根据人工命令启用循环模式。该处理过程是:当列车占用站台区段，联锁自动排列进入岔区的第1条进路，并开放信号机;当列车完全进入折返区段后，第1条进路自动解锁，信号关闭;当列车完全踏入折返区段45 s后，并且第1条进路解锁，第2条进路 (折返进路)可以被排列，信号机自动开放，列车顺序出清折返进路所有区段后，折返进路自动解锁，信号关闭，完成一次折返。

兼容型集成方式下的联锁办理引导进路时有2种情况:在CBTC模式下，区域控制器先办理一条人工解锁CBTC进路，并通知联锁办理该进路对应的移动闭塞进路，联锁办理成功后回复区域控制器，然后区域控制器再通知联锁该进路已具备办理引导信号的条件，联锁在收到区域控制器的引导使能条件和ATS发送的引导信号命令等条件满足后，开放引导信号;在后备模式下，联锁先办理一条人工解锁进路，然后ATS再发送一个引导信号命令，条件满足后开放引导信号。

升级型集成方式下的联锁办理引导进路时，则是联锁接收到ATS发送来的人工命令后，直接办理引导进路，条件满足后开放引导信号。

4 结束语

兼容型集成方式下的联锁有泾渭分明的CBTC模式和后备模式，操作员比较容易分辨当前区域所处的模式，从而可以更好地控制列车运行。CBTC模式下，联锁办理和解锁进路需要区域控制器命令，中间存在微小延时，在复杂情况下，会出现进路办理的死锁现象;后备模式下，联锁实现双红灯防护的点式 ATP，只支持列车的点式人工 ATP模式。

升级型集成方式下的联锁的CBTC模式和后备模式能自动切换，还具有区域内局部后备模式，整个系统功能灵活、可用性高。CBTC模式下，联锁根据区域控制器命令将信号机灭灯，当信号系统长期使用CBTC模式时，不利于信号机硬件设备的故障监测和维修保养;后备模式功能强大，联锁实现目标-距离式点式ATP，支持列车的点式ATO和点式人工ATP模式。

兼容型集成方式和升级型集成方式下的联锁，由于在整个CBTC系统中重要程度不同，表现出不同功能和特点，综合对比分析计算机联锁在CBTC系统中的2种集成方式，有助于信号系统研发人员设计出更好的系统集成方案，同时，对于轮岗的调度人员快速掌握多种信号系统也有所裨益。

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