现代有轨电车自动控制系统设计
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【摘要】现代有轨电车作为一种新兴的城市轨道交通形式在我国已经蓬勃发展起来，本文结合现代有轨电车实际运营情况，重点对现代有轨电车自动控制系统的构成、系统设备组成及系统功能进行分析研究。
【关键词】现代有轨电车;自动控制系统;系统设计
一、概述
现代有轨电车作为城市轨道交通类型之一，在我国得到了快速的发展，截至2019年12月31日，国内已有16个城市开通了现代有轨电车并投入运营，运营里程达到405.64公里。现代有轨电车自动控制系统设计过程中更多的考虑故障——安全原则及较为完善的后备降级功能、路口的优先要求，确保电车在不太影响社会车辆运行的前提下，安全、可靠、高效运行。
二、现代有轨电车自动控制系统构成
现代有轨电车自动控制系统包括运营调度管理（MOCS）子系统、道岔控制子系统（NSC）、车载控制（NTC）子系统、交叉路口控制（NRC）子系统、数据通信（DCS）子系统和维修检测子系统。系统总体分层图如下图1所示。
中央控制中心为运营调度管理MOCS-T子系统，完成运营调度管理功能。轨旁层为道岔控制NSC与信号基础设备、现地控制箱SCP一起完成了轨旁联锁控制功能;交叉路口NRC与交通信号控制TSC一起完成了信号优先功能。通信层提供中心、轨旁与车载之间的通信，无线系统提供用于车与中心、道岔控制和交叉路口间通信。有线系统提供中心与道岔控制、交叉路口控制间的通信。车载层主要是车载信号设备包括了车载NTC，司机人机界面TOD以及障碍物探测等。
三、现代有轨电车自动控制系统设备组成
运营调度管理子系统（MOCS-T）由控制中心设备和车辆段的相关设备组成。控制中心设置了中央设备，实现对全线电车及线路的监控功能。应用服务器和数据库服务器均为冗余设置，当一台服务器故障时系统自动切换到备机运行，不影响系统的正常运行。行车调度工作站用于调度员人工操作控制线路设备及线路监控等。在车辆段配置车辆段DFEP和HMI，用以监督进出车辆段的电车运行情况;培训中心配置一套HMI，用于培训功能;在派班室配备一套HMI，用于司机派班。运营调度管理子系统的设备主要包括：（1）调度大厅：调度员工作站、值班主任工作站、维护工作站和打印机;（2）信号设备室：数据服务器（DBS）、应用服务器（CAS）、外部通讯前置机CFEP（与广播系统，PIDS等非信号系统连接）、内部通讯前置机FEP（与道岔控制系统、交叉路口控制器等信号系统连接）、网络服务器、显示接口工作站、維护HMI、时刻表编辑器（TTE）、交换机和机柜等;（3）时刻表编辑室：时刻表编辑工作站和打印机;（4）培训室：培训工作站、培训服务器、交通仿真器和打印机。
1.道岔控制子系统（NSC）对全线每个相对集中的道岔区域分别设置一套道岔控制主机和现地控制箱，用于管理本区域所有道岔、进路表示器和轨道空闲检测设备。道岔控制主机通过安全的继电器接口电路，控制现场设备。现地控制箱与道岔控制主机也通过安全的继电器进行接口，实现异常情况下的司机现地控制。每一处的道岔控制设备，主要包括：三取二安全道岔控制主机（室外机柜）;现地控制箱;继电器;防雷端子和模块;现场元件（转辙机、进路表示器和计轴等）。
2.交叉路口控制子系统（NRC）对全线每处交叉路口/人行过街处，均设置一套NRC设备，NRC与车载控制子系统、运营调度子系统以及智能交通信号控制器一起，共同完成有轨电车在平交路口和人行过街处的快速通过。NRC设备包含：室外箱;NRC控制器（含复位按钮，用于故障下的司机现地处理）;通信模块。
3.车载控制子系统（NTC）用来提供电车定位、进路下发、障碍物探测和司机辅助驾驶等功能。为确保车载控制器子系统的安全性、可靠性及可用性，每列车头尾各配置一套车载NTC和TOD设备，设备主要包括：车载控制器NTC（内含车载控制主机、信标读取单元和GPS/BD处理器）;司机显示单元TOD;驾驶台按钮盘;障碍物探测;信标天线;GPS/BD天线;通信单元;轨旁布置的若干信标。
4.数据通信子系统（DCS）是一个有线与无线融合的通信网络，有线网络由通用的IT网络设备组成，无线网络采用WLAN技术，由符合IEEE802.11a/b/g标准的AP、STA组成。采用IP技术作为基础的宽带传输网对上层应用透明，可承载信号系统数据业务，各应用就像使用普通的以太网交换机/路由器一样使用该传输网。
系统各个组成部分都是冗余的，某一个网络设备故障不会影响系统正常通信，具有很高的可靠性。DCS子系统的主要设备包括：控制中心：通信控制器和网络管理服务器（均冗余配置）;无线接入点（200米左右一个）;列车头尾STA及天馈线;冗余的光纤环网;交换机若干。
四、现代有轨电车自动控制系统功能
有轨电车在运营调度子系统、道岔控制子系统、交叉路口控制
子系统和车载控制子系统的有序和谐工作下，按照运营时刻表在司机的驾驶下与社会车辆运行在线路上。
运营调度子系统通过骨干网络系统与信号系统其它子系统进行数据通信，实现全线区域（含出入段线和车辆基地等）的集中监督控制功能。根据当日时刻表自动监督每列车的运行，当电车下线后，从系统删除电车。同时系统对各子系统进行故障等级控制，并可根据车载及道岔控制子系统的运行状态，对调度员进行适当提醒，使异常情况或设备故障所产生的不良影响降至最低。
道岔控制子系统实现道岔区段内道岔、进路表示器和轨道区段之间正确的联锁关系，从而确保电车运行的安全。
交叉路口控制子系统的功能是在保证不对整个交叉路口或干线车辆运行产生严重影响的前提下，优先保证有轨电车通行，减少有轨电车的延误，提高有轨电车准点率及运行效率。
车载子系统的功能主要是电车定位、司机辅助驾驶、与道岔控制子系统共同实现对道岔的控制、与运营调度子系统共同实现有轨电车运行状态的监控、与交叉路口控制子系统共同实现路口优先控制、事件记录及保存和自诊断等。
参考文献：
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