简析CBTC系统中联锁与区域控制器的关系
摘 要：针对地铁CBTC系统中联锁和区域控制器的功能和关系进行分析和探讨。
关键词：联锁；区域控制器；关系
地铁信号系统目前都采用基于通信的列车控制系统（CBTC），利用其最先进的无线移动闭塞制式，完成车地间双向、连续、可靠和安全的数据交换，实现列车移动授权和超速防护，保证列车以最小的安全间隔追踪运行。地铁信号系统的设计一般都提供 3 种运行模式。主模式是基于无线通信的CBTC 模式，后备模式一种是点式通信的 IATP 模式，一种是传统的信号联锁模式。不论哪种模式，都建立在联锁设备基础之上。在国内的信号系统设计中，联锁是最基础的信号设备，具有独立性。区域控制器依存于联锁，需要联锁与其同步工作。现针对 CBTC 系统中联锁与区域控制器的功能和关系探讨如下。
1 组成与设置
1.1 计算机联锁（CBI）
在 CBTC 系统中是一个独立的子系统，由联锁计算机和轨旁设备组成。每个设备集中站都设有该系统，用于控制轨旁信号机、道岔、计轴轨道区段、动态信标等设备，并与站台屏蔽门、紧急停车按钮、自动折返按钮、区间防淹门及联络线和其他接轨线接口，实现其联锁功能。
1.2 区域控制器（ZC）
ZC 是一个高可靠性和可用性的安全计算机。ZC 接收其控制范围内所有列车车载控制器（CC）发出的位置信息和 ATS 发出的临时限速 (TSR) 指令，并通过安全的计算向车载控制器 CC（车载ATP 的核心组件）发送移动授权，是列车超速防护子系统 ATP（由轨旁和车载设备组成）的核心组成部分，也是 CBTC 系统完成联锁功能、实现移动授权的核心组件。一般一个 ZC 能够控制最多40 列列车（不同的厂家有所不同），按其所划分的控制区域安装在某个集中站。一个 ZC 控制区域可覆盖多个联锁设备集中站，ZC 的设置应根据列车的追踪间隔和所控列车数量来确定。
2 联锁在不同运行模式中的功能
2.1 后备的联锁模式
是 CBTC 系统一种降级的运营模式，也是最基础的信号联锁模式，完成传统的信号联锁规则和信号逻辑功能，提供固定闭塞列车间隔和联锁防护。联锁模式提供两种列车驾驶模式 : 一种是人工驾驶模式（RM），当车载 ATO/ATP 可用时，可提供25 km/h 超速防护 ；另一种是非限制人工驾驶模式(NRM)，车载设备不提供保护，行车安全完全由司机来保证。
2.2 点式IATP模式
是 CBTC 系统常用的降级后备模式，也是一种行车效率较高的点式通信联锁模式，可提供 240 s的最小行车间隔。点式 IATP 模式是当列车与 ZC失去通信，在联锁实现其全部功能的基础上，车载ATP 及地面信标（动态与静态）可用时实现点式通信，通过动态信标向列车传送其关联的地面信号显示，把信号机到信号机间固定的点式移动授权发送给列车。车载 ATP 根据移动授权和车载轨道地图中的存储信息，计算生成 ATP 速度 - 距离防护曲线进行控车，确保列车不越过移动授权，具有列车超速防护和信号机防冒进功能。点式 IATP 模式只提供单一的驾驶模式。
2.3 CBTC模式
是基于无线通信的移动闭塞系统，要求所有列车控制子系统都完备工作，可实现 90 s 最小列车追踪的安全间隔防护。CBTC 模式以车载信号为主体信号，联锁根据 ATS 指令建立进路并按其自己的逻辑工作。联锁完成其功能后，向 ZC 提供一种逻辑状态下的“信号开放”信息（在 ATS 界面上信号复示器的灯显与非 CBTC 灯显是不同的），这是 ZC为其所控列车计算移动授权的前提条件。同时联锁按照 ZC 指令屏蔽部分联锁功能的输出，如轨旁信号机灭灯或处于规定的显示状态（点辅助蓝灯或红 M 灯），为满足多列车进路的追踪运行，不检查计轴轨道区段空闲等。CBTC 模式提供 3 种列车驾驶模式，既自动列车运行模式 (AM)、ATP 监控下人工驾驶模式（ATPM）和无人自动折返驾驶模式(ATB)。
3 CBTC模式中ZC的联锁功能
3.1 列车检测
通过无线通信及 ATP 车载定位设备，确定列车在线路上的精确位置，替代了传统的轨道电路检测列车方式。
3.2 道岔控制
道岔转换不检查轨道区段空闲，只需检查进路中的道岔位置正确，即使道岔区段因故障出现红光带，经 ZC 通过对接收到的信息进行安全的计算，道岔区段没有障碍物（包括其他列车、封闭区段、道岔失表以及任何外部因素），ZC 把信息传递给联锁，联锁就可以搬动道岔，线路的空闲信息由 ZC向联锁提供。
3.3 进路联锁
在正确的进路建立且锁闭的前提下，该进路才能被移动授权覆盖。列车一旦获得移动授权，只有在列车驶过联锁进路或移动授权已被取消并生效，相关进路才会解锁，列车通过的轨道区段可按三点检查方式解锁。在以列车为中心的 CBTC 系统中，ZC 通过车载 ATP 追踪其所控区域内所有列车的精确位置，并与联锁共同完成接近、进路、方向和转辙机锁闭功能，ZC 的联锁功能通过列车位置数据来实现。
3.4 临时限速
区域控制器 ZC 接收和存储临时限速 (TSR) 指令，通过移动授权把 TSR 数据发给车载 ATP，能够提供多级临时限速防护。
3.5 停车保证功能
用于在 CBTC 运行模式下，当人工取消进路时，安全判定 CBTC 列车能否在信号机前停车。即ZC 获知进路取消命令后告知 CC，同时 ZC 通知联锁把前方信号机由 CBTC 灭灯状态转为点红灯状态，CC 根据当前列车的位置和速度进行计算，把能否在信号机前停车的信息通过 ZC 告知联锁。如果可以停车，则联锁立即解锁进路 ；否则，联锁将执行延时解锁。
3.6 多列车进路
在 CBTC 模式下，一条联锁进路允许多个列车同时运行，同一进路中的追踪列车由车载控制器 CC 实时向 ZC 报告列车位置。随着列车的运行，ZC 持续更新和传输移动权限指令，ZC 提供其所控列车的安全间隔和超速防护，实现多列车在同一进路中追踪运行，追踪进路的信号复示器在 ATS 界面上同样按 CBTC 灯显二次开放。
3.7 混跑功能
对于 CBTC 列车前方的信号机，ZC 会安全的命令联锁系统熄灭列车进路上的信号机或点亮辅助灯光，联锁负责联锁防护，ZC 负责列车间隔防护，联锁和 ZC 共同负责接近锁闭防护。对于非 CBTC列车，与其运行前方的 CBTC 列车间的所有信号机都为点灯状态（也有与其不同的方案），列车的运行是以地面信号为主体信号，联锁完成其联锁功能的防护。非 CBTC 列车的位置检测由计轴轨道区段完成，其位置信息由联锁计算机通过轨旁网络通信传送给区域控制器 ZC，用于对 CBTC 列车计算移动授权。
3.8 移动授权
联锁按 ATS 指令先排进路，并把进路锁闭信息发送给 ZC，ZC 根据联锁提供的信息及在线列车的位置情况计算移动授权并发送给车载 CC。同时 CC也通过 ZC 得知前方的进路锁闭状态、计轴区段等轨旁状态的信息，并根据车载线路地图，计算车载CC 的 ATP 防护曲线，CC 将根据这个 ATP 防护曲线进行列车的速度监督和超速防护。
当然，ZC 的联锁功能不仅仅局限在以上所述内容，在 CBTC 系统中，ZC 的功能比联锁更强大，ZC 能实现联锁很多不能实现的功能。
4 联锁与区域控制器的关系
4.1 对联锁和区域控制器的定位
联锁和区域控制器都是轨旁独立设置的“故障-安全”设备，综合安全性等级同为 SIL4 级。在CBTC 系统中，最基础的设备是联锁，最核心的设备是 ZC。两者间的关系可以理解为 ZC 是控制和指令层，联锁是受控和执行层。ZC 建立在信号联锁基础之上，需要联锁与其同步工作，同时屏蔽部分联锁功能。联锁不依赖 ZC 可独立工作，为 CBTC系统提供最传统的后备联锁模式。
4.2 信息的处理与交换
联锁和 ZC 的系统结构和功能有所不同，联锁以逻辑运算为主，包含输入 / 输出的安全控制设备（继电器）。ZC 没有输入 / 输出的安全控制，不驱动任何设备。ZC 所需的轨旁设备信息都来自数据存储单元 FRONTAM。联锁根据预先定义的接口协议进行信息处理，并将计轴区段状态、道岔位置、信号机状态、进路取消请求（停车保证功能）及站台的自动折返按钮状态、紧急停车按钮、屏蔽门等信息状态通过轨旁网络通信提供给 ZC，供 ZC 计算移动授权。ZC 同样通过 FRONTAM 把 CBTC 列车接近信号机（接近锁闭信号）、信号机前停车保证、灭灯信号命令、列车越过信号机压入下一个区段（自动取消进路信号）、屏蔽门门控等信息传递给联锁并由联锁执行。
5 结束语
随着 CBTC 系统技术的发展，联锁和区域控制器的功能将不断得到拓宽和完善，深入研究联锁和区域控制器的关系，有助于 CBTC 新技术的提高和应用，以便更好的为不同业主的不同需求服务。文中的探讨并没有脱离传统的联锁理念，所述内容也仅针对较易模糊不清的问题进行研讨，难免存在问题，敬请同仁批评指正。
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