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交通信号ATS系统与主控牵引供电接口

发布日期:2013-04-11 19:12

交通信号ATS系统与主控牵引供电接口
 
摘  要: 介绍了城市轨道交通信号 ATS 系统与主控接口的牵引供电功能,并着重以广州地铁 3号线为现有条件,重点阐述了牵引供电功能在城市轨道交通中的应用及故障处理。
关键词: 移动闭塞; ATS 系统; 主控系统; 接口; 牵引供电
 
      城市轨道交通信号系统的专业接口多而复杂,特别是与牵引供电的接口,一旦设备出现故障,在人机交互界面 ( HMI) 上就会显示错误的供电信息,给线路的正常运营造成不便。本文在介绍信号与主控牵引供电接口原理的基础上,详细讲述了广州地铁 3 号线处理牵引供电信息系统故障的方法及步骤。
 
1 信号系统与主控系统接口
      信号系统与主控系统的接口在车站控制室和控制中心。在车站控制室,为车站行车值班员进行“紧急停车/扣车/放行”操作提供接口; 在控制中心,ATS 子系统通过以太网接入主控系统的中心交换机,接口类型一般为 IEEE802. 3 10/100BASE-TX以太网 ( 一主一备) ,协议类型为 TCP/IP。高层协议由主控系统统一提出。广州地铁 3 号线采用MODBUS 协议,信号系统负责进行通信规约和接口的转换,以满足数据传输的要求。
      信号系统为主控提供: 运行时刻表、实时的列车位置及识别号、列车实际的区间运行时间或阻塞、旅客向导等信息。主控为信号系统提供: 牵引供电、火灾报警、实际客流及客流统计报告、对信号与主控之间的通道检测等信息。
      控制中心信号系统与主控系统接口为各种信息的传输提供了通道,即各种信息的硬件传输通道是相同的。对于非事件触发且传输不频繁的数据,采用 FEP 协议,而对于有事件触发或者传输比较频繁的数据,采用 MODBUS TCP/IP 协议。同时,由同一种协议传输不同类型的数据,采用不同的功能码加以区分。
 
2 MODBUS TCP /IP 协议
      主控系统的 FEP 配置为主机,信号系统的 DL工作站配置为从机,主机每 500 ms 向从机发送一次轮询报文。MODBUS TCP/IP 协议的报文格式包括报头、功能码和数据 3 个部分,如图 1 所示。其中报头包括: ①2 个字节的报文序列号,例如0X0B 0X40 表示第 0X0B40 = 2880 条报文; ②2 个字节的协议标志,恒为 0X00 0X00; ③2 个字节的长度标志,以字节计,表示自单元标志开始的数据长度,例如 0X02 0X53 表示其后有 0X0253 = 595字节数据; ④1 个字节的单元标志,恒为 0XFF。

      从机报文的报文序列号、协议标志和单元标志是从主机拷贝的。功能码为 1 个字节: 0X04 表示读输入寄存器,即主控 FEP 读取信号相应寄存器的数据; 0X10 表示预置可写寄存器,即主控 FEP向信号相应寄存器写入数据,写入的数据其实就是牵引供电信息。每一个寄存器有16位。主控FEP向信号发送报文功能码后,跟随有 2 个字节的读写寄存器起始地址和 2 个字节的读写寄存器数量,从而确定了读写寄存器的范围。
 
3 牵引供电信息的传输原理
      牵引供电信息通过接口 ,从主控的FEP传输到信号系统的 DL 工作站,再经过信号系统SRS 的处理,最终在 HMI 上显示出来。牵引供电信息的传输采用 MODBUS TCP/IP 协议,其信息传输的流程如图 2 所示。
      若信号与主控的链接中断 ( 一般是信号重启SRS 和 DL 工作站) ,主控会以 5 s 的周期不断地发送状态检测报文,检测信号设备的状态,直到设备状态正常。该报文请求读取以寄存器 01 开始的寄存器数据,即读取寄存器 01 的数据。
      信号可读寄存器 01 的低 2 位表示信号设备的状态: 01 表示数据无效,10 表示信号有效。当信号系统接收到该报文之后,如果信号设备准备就绪,将会发送表示信号设备有效的报文,否则发送无效的报文。
      当主控系统检测到信号设备可用之后,将会以500 ms 的周期不断地发送轮询报文,从信号设备获取运营信息。典型报文: 0X00 0X05 0X00 0X00 0X00 0X06 0XFF 0X04 0X00 0X01 0X01 0XD7 表示读取以寄存器 01 开始的 0X01D7 =471 个寄存器的数据。
     信号系统接收到该报文之后,将会返回主控需要的线路运营信息。如果是第一次接收到该轮询报文,信号系统会将寄存器 02 的最低一位置为 1,表示请求牵引供电信息,如 0X00 0X05 0X00 0X000X03 0XB1 0XFF 0X04 0X00 0X00 ……( 功能码 0X04 之后的 0X00 表示字节个数,在此无效,恒为 00) ; 否则,该位为 0。
      主控系统在接收到牵引供电请求之后,将会发送牵引供电信息。该报文将以寄存器 0X01F5 =501 开始的 8 个可写寄存器数据预置。
      信号可写寄存器 501—508 共8 个寄存器 128 个位,每 2 个位表示一个牵引供电区段的状态: 00 和 11 表示不确定、01 表示带电、10 表示掉电。牵引供电区段与寄存器位的对应关系如表 1 所示。信号系统收到牵引供电信息之后,保存该信息,并在 HMI 上显示。如果某一牵引供电区段带电,相应轨道上不会有显示; 否侧,将显示 2 条绿色的直线。
      信号系统接收到牵引供电信息之后,将返回主控确认报文。
      主控系统接收到信号系统返回的确认报文之后,将会立即发送牵引请求复位的报文,复位信号对牵引供电的请求。信号系统接收到该报文之后,将牵引供电请求位置 0,不再请求牵引供电信息,牵引供电信息保持不变,直到再次重新连接,或者主控检测到牵引供电信息改变。
      主控系统检测到牵引供电信息出现更新时,会主动再次向信号系统发送可写寄存器的报文,将更新的牵引供电信息写入可写寄存器。信号系统接收到该报文之后,更新并存储更新之后的牵引供电信息,同时更新 HMI 的显示。
 
4 牵引供电信息故障的处理
      牵引供电信息故障主要是HMI显示的牵引供电信息与现场情况不一致,包括 2 种情况: HMI 显示牵引掉电而现场为牵引供电,HMI 显示牵引供电而现场显示牵引掉电。

4. 1 牵引供电信息报文的阅读
      在处理牵引供电信息故障的时候,需要阅读牵引供电信息报文。在报文中搜索内容 “0X10 0X01 0XF5 0X00 0X08 0X00 0X10”,将其后 16 个字节的数据转换为二进制之后,从左到右自上而下依次填入表 1 所示的牵引供电信息与寄存器位的对应表中,即可得出结论。
4. 2 牵引供电信息故障的处理流程
      3 号线信号维护人员处理牵引供电信息故障的流程及方法如图 3 所示。

      当出现 HMI 显示牵引供电信息与现场不一致时,立即查看 MODBUS 报文,找到最新的由主控发向信号系统的牵引供电信息 ( 写入可写寄存器) 报文。需要注意的是一定要找到最新的供电信息报文,因为 HMI 是根据最新的牵引供电报文显示牵引供电信息的。为此,可从文件最底端向上搜索,若未找到,继续查看上一个文件,依次类推。
      轨道区段与寄存器位的映射关系: 轨道区段→供电区段编号→寄存器位。
      1. 牵引供电区段与轨道区段的对应关系可查看相关工程图纸,以便得到故障区段的牵引供电区段编号。
      2. 找到最新的牵引供电信息报文之后,依据该供电区段编号,按照上述方法阅读报文得到故障牵引供电区段的牵引供电信息 ( 00、01、10、11) 。
      3. 将报文的信息与 HMI 显示对比即可判断报文信息与 HMI 显示是否一致。如果报文信息与HMI 显示不一致,则证明是 SRS 或者 DL 工作站软件出错,可待运营结束之后,重启 SRS 和 DL 工作站。若未恢复则重装 SRS 和 DL 工作站软件。若还未恢复则证明故障原因为软件缺陷,需联系供货商升级软件。如果报文信息与 HMI 显示一致,则故障原因可能是信号与主控连接中断或者主控专业问题。此时可以分别在 2 个 DL 工作站上 ping 主控FEP 的 2 个 IP 地 址 192. 168. 70. 11 和192. 168. 70. 12。若能够 ping 通 ( 有一条链路 ping通就行) ,则证明信号与主控链接正常,故障原因在主控一方,通知主控人员检查其设备; 若不能ping 通,则证明信号 DL 工作站到主控 FEP 的链接中断,联系主控人员一起检查并恢复链路。
 
5 结束语
      本文从系统需求、软硬件的设计和实现方面,详细讲述了广州地铁 3 号线 ATS 与主控关于牵引供电信息的接口,以及信号方面关于牵引供电信息故障的处理流程和方法,可为城市轨道交通信号关于接口的设计、施工和维护提供参考。
 
[1] 王长林,林颖 . 列车运行控制技术[M]. 成都: 西南交通大学出版社,2006.