第10讲_列车自动控制系统(4)

1 M 列车自动控制系统ATC 4 2 以西门子公司VICOS 车辆和基础设施控制和操作系统 ATS为例介绍 ATS子系统功能及原理ATS子系统软件接口 主要内容 3 ATS概述 西门子ATS系统采用VICOSOC501产品作为中央ATS VICOSOC101作为车站级ATS VICOS501是用于OCC的ATS系统 为了维持高可用性 提供了拓展的冗余 硬件基于SUN工作站 VICOSOC101是本地工作站 它的硬件是基于标准PC VICOSOC101是VICOSOC501的后备模式 主要功能是在车站级提供自动及人工控制功能 VICOSOC501将整个 控制系统 的任务划分成功能模块 并且能随意地在硬件上分布 相当部分的功能可以同步执行 从而大大提高了处理速度 在线路延伸或者要求更高级别的自动化时 系统可以通过添加硬件和软件来扩展 4 ATS概述 ATS系统汇集所有信息 如列车位置 进路状态 列车状态 列车标识 信号设备故障等等 基于这些信息和运行时刻表 ATS能够自动排列进路 还能通过改变停站时间和站间运行时间来自动调整列车运行 在必要的时候 ATS接收手动的操作控制 基于SICASECC和TRAINGUARDMT提供的信息 ATS子系统对整个线路的运行进行监督和控制 列车监控系统ATS的控制方式 是分散与集中控制方式 车站级ATS用来给有关车站值班员显示本站轨道的当前状态 并作为中心ATS的后备 5 ATS配置示意图 6 ATS子系统配置 VICOSOC501作为OCC的控制系统 是基于标准的硬件和系统体系结构 ATS服务器采用SUN工作站和UNIX操作系统 各个部件之间通过冗余100MB以太局域网连接 ATS局域网中采用TCP IP通信协议 用两台以太网交换机实现路由功能 在每个联锁站 配有高可靠性的冗余FEP用于采集来自其他外部子系统 如DTI 的信息 并与车站ATS连接 其他相关系统 如BAS SCADA 无线列调等则通过一台放置在OCC的FEP来处理 根据所采用的PIIS系统 既可以在车站级 也可以在中央FEP与ATS接口 7 ATS子系统配置 HMI是列车调度员的操作台 来自SICASECC TRAINGUARDMT和其他外围系统的动态数据汇集在COM服务器并进行处理 ADM服务器负责中心数据存储和报告 而FEP负责将其他外围系统接入ATS服务器 车站操作员工作站 LOW C LOW 和本地TRC属于车站ATS设备 将在中央ATS系统失效情况下提供附加的后备模式 分布在车控室和中控室的本地ATS设备的系统环境 是基于标准硬件和软件架构 个人计算机和Windows2000操作系统是本地操作员工作站的基础 LOW直接与SICAS联锁相互连接 8 ATS冗余 软硬件多样性 中央级和车站级ATS系统软硬件系统的多样性提高了ATS系统的可靠性 ATS系统分为OCC级和车站级 OCC级包括VICOSOC501系统和一个接口FEP C LOW LOW TRC TTP和FEP本地接口构成车站级ATS 作为OCC级的VICOSOC501是一个多机系统 各ATS工作站协同运行 系统采用三种冗余方式 COM服务器 热备冗余可以进行无扰切换 ADM服务器 备份冗余可以自动切换 HMI服务器 替代冗余可以完成无需自动切换的替代操作 9 ATS冗余 软硬件多样性 以太网冗余 连接FEP SICASECC TRAINGUARDMT和OCCVICOSOC501系统的以太网是冗余的 如果一个以太网通道发生故障 可以用第二条通道继续连接 冗余以太网同时还用于连接OCC的VICOSOC501服务器和工作站 COM热备冗余 两台COM服务器在硬件 软件上是完全相同的 COM热备冗余 10 ATS冗余 软硬件多样性 ADM备份冗余 ADM服务器包括静态软件和数据 ADM服务器上装有VICOSOC501系统报告功能使用的ORACLE数据库 当ADM服务器不可用时 备用ADM就会接管ADM功能 从ADM切换到备用ADM不会带来任何报告数据的丢失 ADM备份冗余 11 ATS冗余 软硬件多样性 MMI manmachineinterface 冗余 OCC的HMI服务器都是一样的 这样 某一台HMI可以接管其他HMI的功能 通常每台HMI服务器分配一个特定的操作区域 来监视和控制操作过程 如果一台MMI服务器发生故障 其联锁区域控制权就会被分配另一台HMI服务器 12 ATS车站级 FEP冗余 FEP的主要任务是在ATS系统和外围系统之间传输信息和命令 FEP以热备冗余方式工作 两个冗余通道的硬件和软件都是一样的 热备通道与处理控制通道并行工作 两个通道都会将信息传输到COM服务器 在活动和热备的FEP通道之间的切换时间小于一秒 这不会对系统带来任何影响 FEP冗余 13 ATS车站级 本地以太网冗余 操作员工作站 将FEP与SICASECC联锁连接在一起的以太网是完全冗余的 如果一个以太网通道发生故障 系统将会启用第二个通道从而保持连接 将SICASECC联锁 TRAINGUARDMT和C LOW LOW TRC TTP S D连接在一起的以太网也是冗余的 如果一个以太网通道发生故障 系统可以通过第二个通道保持连接 操作SICAS联锁的功能是由车控室的LOW提供的 如果LOW发生故障 其相关的操作区域可能会被分配给该线路上的另一个LOW 14 系统功能1 列车监视和追踪TMTtrainmonitoringandtracking 列车监视和追踪 TMT 是VICOSOC501系统的功能 TMT的任务是确定每列车在系统中的位置 这是由跟踪列车运行实现的 列车一旦进入系统 就可以通过人工分配车次号或通过车次号读取器自动分配车次号 随后 ATS根据列车的移动不断地修改列车的位置数据 直到列车离开系统或进入一个不受ATS监督的区域 从一个区段到相邻区段的列车移动追踪也称为 步进 15 系统功能1 列车监视和追踪TMT 由SICAS联锁和TRAINGUARDMT系统提供的如下信息可能触发一个步进操作 一个信号机由 开放 到 关闭 一个区段状态由 空闲 到 占用 一个区段状态由 占用 到 空闲 一个列车位置报文描述了系统中列车的绝对位置 上述事件可能不全由列车引起 如一条进路的人工取消也可能导致情形1 而通过 列车位置定义 功能可以避免该类问题 16 系统功能1 列车监视和追踪TMT 无信号步进 带信号步进 17 系统功能1 列车监视和追踪TMT 列车位置报文 TRAINGUARDMT提供的列车位置报文 包括列车识别号 也是一个附加的步进标准 列车用车组号来标识 当在TMT中存储的车次号与列车位置报文中的不同时 列车位置报文具有高优先级 列车位置报文可以在整个线路网络中收到 系统边界 18 系统功能2 自动进路排列ARS automaticroutesetting 自动进路排列 ARS 是VICOSOC501系统的功能 它可以让操作员从标准的日常操作中解脱出来 其功能是根据列车当前位置 向联锁发出进路排列命令 列车位置指示可以启动ARS 另外为了保证运行规律性 也要考虑运行触发点 在某些情况下 只有到了时刻表中发车时间时 ARS才能排列进路 一旦排列进路没有障碍 相应的命令就会发向联锁 命令发出后 联锁将核实该进路是否得到排列 如果没有 进路命令必须重发 如果不想使用ARS 操作员可以关闭某架信号机或全部信号机的ARS功能 控制中心和本地ATS都可以按照时刻表办理站间自动闭塞 根据运行计划车次自动为故障列车办理进路 19 系统功能2 自动进路排列ARS 运行触发点 它的设置应该使列车在正常运行条件下 没有进路排列故障 以区段允许的最高速度驶向绿色信号机 运行触发器不能触发得太早 造成其他列车不必要的耽误 运行触发点的位置 20 系统功能3 列车自动调整ATR automatictrainregulation 列车自动调整 ATR 的任务是调整列车运行 确保列车运行遵照时刻表 它向车站旅客向导信息系统 PIIS 输出预计到达时间 同时处理HMI或LCP上的操作 ATR还给其他系统 如自动进路排列 TRAINGUARDMT系统 提供数据 负责检查TRAINGUARDMT系统设置的停车点并在必要的时候命令取消停车点 只有当某列车的ATR功能开启时 系统才会对该列车进行调整 列车自动调整在时刻表比较 TTCO 结果的基础上调节停站时间和运行时间 小的偏差可以通过调节计划运行时间来调整 大的偏差可以通过调节计划停站时间来调整 连续通信情况下 可以对线路上任何位置的列车进行运行调整 在固定闭塞情况下 只能在车站进行调整 21 系统功能3 ATR与其他ATS功能的接口 发送停站时间到本地FEP 当ATR接收到时刻表偏移系统发出的 到站 指令 就会计算停站时间并发送给本地FEP接口 发送运行时间到TRAINGUARDMT ATO 列车停站和出发时 ATR会发送离站信息和预计的运行时间到TRAINGUARDMT 发送到达时间到PIIS 下一个站的到达时间会传送到PIIS系统 同时给PIIS子系统提供必要的信息 给自动排列进路提供发车时间 对于每一个列车停站时发生的调整指令 系统完成停站时间的计算后 会将新的发车时间从车站发到ARS 确保可以在正确的时间排列出进路 TRAINGUARDMT的停车点处理 负责计算由TRAINGUARDMT设定的停车点是否应该释放 如果是 它将发出取消停车点的指令到TRAINGUARDMT 22 系统功能4 时刻表系统 时刻表系统分为一个执行时刻表的在线运行系统和一个创建时刻表的生成系统 这是ATS系统中用户可以修改的内容 在线运行系统是VICOSOC501的一部分 操作员通过从时刻表数据库中装载日常时刻表来启动日常运行 时刻表数据库冗余存放在两个COM服务器上 并存有几个由时刻表生成系统产生的日常时刻表 完成时刻表装载后 新的时刻表数据会分发到VICOSOC501的控制任务 如ATR ARS等 FALKO工具用做时刻表的生成系统 FALKO是时刻表创建和验证的工具 在装载进入ATS系统用以运行前 可以进行创建 修改和验证等操作 包括检查车次号的有效性 保证系统中没有重复的车次号 23 系统功能5 报警和消息列表 VICOSOC501系统提供若干报警和消息列表 用以向操作员通知故障 发出的命令或常规的状态信息 所有的报警和消息列表都显示成英文和中文 报警列表 那些描述故障的消息和需要操作员干预的消息都会插入到报警列表框 此外 轨旁设备 SICASECC TRAINGUARDMT 道岔 信号机等 的状态 报警和诊断信息 以及列车的状态和诊断信息 紧急制动 车门故障等 也都可以显示在ATS的报警列表框中 发出命令列表 所有由操作员发出的到联锁的命令 包括登录和注销操作 都按时间排序显示在 发布命令列表 中 运营日志 全部的报警 事件和发出命令都存储在运营日志当中 所有由列车提供的状态和诊断信息 如驾驶模式 紧急制动 车门故障等 也会存储在运营日志中 24 系统功能5 报警和消息列表 报告 VICOSOC501报告系统提供多种不同的报告 典型的报告有 运营日志报告 日报 列车报告 包括所有列车的到发时间车站报告 包括所有列车的到发时间乘务组报告里程报告所有储存在ORACLE数据库中的信息也可以直接通过SQL语言来查询 查询结果可以存储在存档介质上 也可以转移到其他计算机做进一步的处理 25 系统功能6 车站操作员工作站 C LOW LOW 车站ATS包括以下设备 车站操作员工作站 LOW C LOW 列车排路计算机TRC和时刻表处理器TTP 所有这些都属于VICOSOC101产品系列 C LOW LOW是车站操作员的工作台 一个联锁区域内的LOW基本上负责整个联锁区域 这意味着 所有处于一个联锁区域的LOW可以监视属于这个联锁区域的元件 操作权限允许时 可以对元件进行操作 各车站操作员工作站 LOW 具备独立站控功能 LOW和C LOW是车站级ATS的图形化操作控制台 26 LOW主窗口举例 详细线路图 27 系统功能7 本地列车排路计算机 本地ATS在后备模式下时 TTP所述功能是激活并完全执行的 当中央ATS正常工作时 本地ATS是处于备用模式 所有的指令输出 如改变现行时刻表 自动车次更换 停站时间输出 运行时间输出都会被抑制 本地列车排路计算机提供了本地的列车监视和追踪功能 TMT 自动进路排列功能 ARS 和自动列车调整功能 ATR 以及本地时刻表功能 基于本地TMT LOW上的操作员可以得知系统中的列车位置 通过读取点或人工输入的车次号信息 会随着列车的移动而步进 本地进路排列功能和本地自动列车调整功能只在特定情况下激活 如到OCC的通信发生故障时 28 人机界面HMI原理 VICOSOC501HMI工作站把控制中心操作员与整个信号系统相连 线路总图示例 人机界面HMI原理 车次号总图示例 30 人机界面HMI原理 正线和车辆段的详细线路图示例 31 人机界面HMI原理 系统图显示信号设备以及相连子系统的状态信息 设备和连接电缆表示成框图 系统图根据硬件的数量分为几个子图 其中至少包括两个图 一个是OCC设备图 另一个是每个联锁站的车站设备图 常规操作 修改 删除车次号和车组号 人工步进车次号 查找车次号 ARS开启 关闭 联锁操作 操作模式 中央远程模式和本地模式 转换 LCP操作 列车运行图的显示及调整 ATR操作 记录与回放 权限与职责 屏幕快照 日志消息存档等 32 软件 VICOSOC501系统的软件是基于UNIX操作系统 Solaris9或更高版本 其中服务和帮助程序 如编译器和输入 输出系统都直接运行在操作系统上 在软件的最高层 系统提供了操作控制功能 如操作员控制和显示功能 自动进路排列和自动进路追踪功能 另外还包括一下软件 LOW C LOW 一套LOW应用软件TRC 一套TRC应用软件TTP 一套TTP应用软件S D 一套S D应用软件FEP 一套FEP应用软件 包括ProfibusDP许可证 33 VICOSOC101系统流程图 34 接口 中央接口 到控制中心表示屏的接口 作为ATS系统一部分的HMI接口工作站是到表示屏系统的接口 表示屏系统通过该接口计算机连接到ATS系统 到主时钟的接口 ATS系统提供到中央GPS主时钟的接口 通过此连接接收的时间信号可以调整ATS系统的SICLOCK SICLOCK是整个信号系统的主时钟 到列车无线的接口 TEL ATS列车无线接口 TEL 传输目的地号 服务号 班组号以及列车位置 列车折返信息到通信系统 这些信息使无线系统用户可以通过车次号联系车辆 列车进入系统或离开系统的信息也会传送给无线系统 FEP和无线系统之间的数据传输通过RS 232接