城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全性

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1、 . . 城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全性摘 要 設(shè)備 系統(tǒng) 1. 簡要介紹城市軌道交通信號系統(tǒng)2. 簡要分析影響信號系統(tǒng)安全性的因素（RAMS）:3. 簡要闡述解決安全問題采取的措施（與第二點穿插闡述）4. 簡要分析信號系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的相互影響5. 總結(jié)(與第四點融合闡述)引 言失事檔案時間：1988年12月12日地點：倫敦以南的克拉普漢姆中轉(zhuǎn)站事件：載有500多名乘客的普勒列車撞上了載有900名乘客的星巴斯托克列車的尾部，并轉(zhuǎn)而撞向了第三輛剛到的空車調(diào)查機(jī)構(gòu)：英國安全運(yùn)輸局事故原因：信號箱出現(xiàn)了一根松散的電線，那是因為信號部門技師疏忽，這根電線未被束起，它帶著電，碰到那個本應(yīng)該遠(yuǎn)離的接頭時就把

2、電直接傳給了信號燈，所以信號燈變綠，這個失靈的信號燈你，引導(dǎo)者普勒列車奔向悲劇的終點注：圖只是效果圖并非此事件圖片城市軌道交通系統(tǒng)作為大容量公共交通工具, 其安全性直接關(guān)系到廣大乘客的生命安全。信號系統(tǒng)作為保證列車安全、正點、快捷、舒適、高密度不間斷運(yùn)行的重要技術(shù)裝備, 在城市軌道交通系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位。因此,信號系統(tǒng)的安全性就顯得尤其關(guān)鍵和重要。正 文1. 簡要介紹城市軌道交通信號系統(tǒng)信號系統(tǒng)包括信號設(shè)備、聯(lián)鎖設(shè)備、閉塞設(shè)備三部分（如圖1-1所示）。軌道交通信號設(shè)備指揮列車運(yùn)行；連鎖設(shè)備保證軌道交通車站（包括車輛基地）列車運(yùn)行的安全；閉塞設(shè)備則是保證區(qū)間列車運(yùn)行安全的專門裝置。 信號機(jī)

3、 繼電器 轉(zhuǎn)轍機(jī) 軌道電路 聯(lián)鎖設(shè)備（信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道電路是的檢測設(shè)備） 其他設(shè)備圖 1-1設(shè)備部分 其號基礎(chǔ)設(shè)備包括： 其中聯(lián)鎖設(shè)備組成如圖2-2所示控制臺與表示盤聯(lián)鎖設(shè)備信號控制信號表示道岔控制道岔表示進(jìn)路控制進(jìn)路表示圖2-2系統(tǒng)部分：列車自動控制系統(tǒng)（包括列車自動防護(hù)系統(tǒng)ATP，列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS，列車自動運(yùn)行系統(tǒng)ATO）。2.簡要分析影響信號系統(tǒng)安全性的因素與解決安全問題采取的措施總體來說，影響信號系統(tǒng)安全性的因素如圖3-3所示：信號系統(tǒng)RAMS圖3-3詳細(xì)與重點分析如下：設(shè)備部分圖3.1-3信號機(jī)：如圖3.1-3.目前城市軌道交通采用的信號機(jī)主要采用發(fā)光二極管半導(dǎo)體發(fā)光器件作

4、為光源。因此在選擇發(fā)光二極管半導(dǎo)體發(fā)光器件時應(yīng)該考慮安全問題，除材料外還有竄光、燈絲斷裂、點燈沖擊電流等安全隱患。解決方法：選擇材料器件時應(yīng)該滿足軌道交通RAMS標(biāo)準(zhǔn)；而選擇組合式色燈信號機(jī)或者透鏡式色燈信號機(jī)能夠有效避免竄光問題；LED色燈信號機(jī)可以消除燈絲突然斷絲和點燈沖擊電流等問題。信號機(jī)電燈電路是安全電路，設(shè)計電路時既要考慮斷線保護(hù)，又要考慮混線防護(hù)。信號機(jī)電燈電路斷線即要滅燈；信號機(jī)電燈電路要具有燈絲報警電路。圖3.2-3繼電器: 如圖3.2-3.它在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。信號繼電器室組成信號系統(tǒng)的基本器材，必須符合“故障安全”準(zhǔn)則（即當(dāng)設(shè)備、器材、元件發(fā)生故

5、障時，其后果必須是導(dǎo)向安全側(cè)），除此之外還有在繼電器所處的環(huán)境溫度下，對于所承受的電流來說如散熱不良，會損壞輸出半導(dǎo)體器件；由于交變的dv/dt問題，會有半周波動等。解決方法：當(dāng)控制信號機(jī)開關(guān)的燈絲繼電器故障時，一定只能導(dǎo)致信號機(jī)點紅燈，強(qiáng)制停車；散熱不良時應(yīng)使用較大的或更有效的散熱片；有半周波動時采用緩沖器是有幫助的。轉(zhuǎn)轍機(jī)：如圖3.3-3.它的基本任務(wù)是轉(zhuǎn)換道岔、鎖閉道岔和反映道岔的位置和狀態(tài)。它存在的安全隱患有由設(shè)置整流子而引起的故障,由擠切銷勞損造成的慣性故障等故障。圖3.3-3解決方法：采用交流三相電動機(jī)可從根本上解決整流子而引起的故障，還可以提高壽命；采用直徑32mm的滾動珠絲杠作

6、為驅(qū)動裝置可以延長轉(zhuǎn)轍機(jī)壽命；采用具有簧式擠脫裝置的保持聯(lián)結(jié)器，并選用不可擠型零件，從根本上解決了由擠切銷勞損造成的慣性故障；采用多片干式可調(diào)摩擦聯(lián)結(jié)器，經(jīng)工廠調(diào)整加封，使用中無需調(diào)整。（多項選擇用S00K型電動轉(zhuǎn)轍機(jī)）圖3.4-3軌道電路：如圖3.4-3它是以列車運(yùn)行線路的兩根鐵軌作為導(dǎo)體，兩端加以電氣絕緣或電氣分割，并接上送電和受電設(shè)備構(gòu)成的電路。既然是電路必定會有電源、負(fù)荷，因此存在負(fù)荷過大的安全隱患；某些交流電路還會存在相位偏差；相鄰鋼軌之間會有聯(lián)系導(dǎo)致“串音”現(xiàn)象；在道床條件惡劣時，會發(fā)生“紅光帶”與“壓不死”現(xiàn)象；鋼軌損壞引起的短路問題等。解決方法：采用抗電器可以保護(hù)電源設(shè)備不因過

7、負(fù)荷損壞，并保證在列車占用軌道電路是，軌道繼電器能可靠落下，還能調(diào)整相位；鋼軌絕緣可以分隔相鄰軌道電路，從電的方面加以絕緣，但它們?nèi)钥赏ㄟ^地面聯(lián)系；改善軌道條件、改進(jìn)電路、提高檢測信息的差別等可以有效改善“紅光帶”與“壓不死”現(xiàn)象；軌道電路設(shè)計原理“故障安全”能夠有效防止由鋼軌損壞引起的安全問題。（采用數(shù)字無絕緣軌道電路可提高軌道電路的可靠性）聯(lián)鎖設(shè)備:聯(lián)鎖設(shè)備經(jīng)歷了以下幾個階段:機(jī)械聯(lián)鎖、電機(jī)聯(lián)鎖、繼電聯(lián)鎖和計算機(jī)聯(lián)鎖。但是前幾項技術(shù)都不能滿足地鐵運(yùn)營要求，存在很多安全隱患，因此國地鐵正線均采用計算機(jī)連鎖。提高聯(lián)鎖設(shè)備安全性和可靠性的措施：利用冗余技術(shù)，使其自身構(gòu)成容錯控制系統(tǒng)；采用有結(jié)果比

8、較的計算機(jī)2次處理和采用帶有結(jié)果比較的多機(jī)并行處理，即“一硬二軟結(jié)構(gòu)和一軟多硬結(jié)構(gòu) ”。案例：典型的計算機(jī)聯(lián)鎖如圖4-41.國內(nèi)計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)雙機(jī)熱備型3取2型2取2型 TYJL-II型 DS6-11型 JD-IA型 TYJL-TR9型 TYJL-ECC型 DS6-20型 EI32-JD型 DS6-K5B型 iLOCK型圖4-42.國外計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)德國SIMIS系統(tǒng)瑞典EBILOCK850型計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)英國SSI固態(tài)聯(lián)鎖系統(tǒng)圖4-4其他設(shè)備：培訓(xùn)中心設(shè)備是使維修人員學(xué)會ATC系統(tǒng)運(yùn)作原理、設(shè)備性能、故障識別與排除模擬設(shè)備。這是保證信號與整個城規(guī)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提；維修中心設(shè)備，是檢測監(jiān)

9、視各種設(shè)備是否正常運(yùn)行的設(shè)備，這是預(yù)防安全隱患發(fā)生的手段。系統(tǒng)部分ATP子系統(tǒng)：ATP設(shè)備故障包括ATP地面設(shè)備故障與車載ATP設(shè)備故障。常存在的安全隱患有（以5號線為例）：ATP機(jī)柜部有虛接、接觸不良現(xiàn)象，造成多普勒無效、APR無效、不同步、89138914等故障；BIDI無線控制器（液晶觸摸屏），比較脆弱容易發(fā)生碎裂現(xiàn)象；PIC，MIES,IVL,MRBP等模塊，故障率較高多普勒雷達(dá)，設(shè)備本身故障率較高，經(jīng)常導(dǎo)致故障。解決方法：以上設(shè)備故障由于目前科技技術(shù)的限制還未能得到有效地解決，因此利用好“故障-安全”原則是很有必要的，當(dāng)故障發(fā)生時就采用系統(tǒng)局部故障的降級使用。西安二號線運(yùn)營路線ATS

10、子系統(tǒng)：ATS設(shè)備故障包括ATS工作站故障、中心的ATS設(shè)備故障、車站ATS設(shè)備故障以與ATS子系統(tǒng)的故障降級順序。常存在的具體故障有（以二號線為例具體說明）：此故障表象為列車在正線運(yùn)營時，部分軌道占用信息不正常，列車占用軌道后ATS 工作站仍顯示綠色進(jìn)路鎖閉狀態(tài)；大明宮西站市圖書館站正向進(jìn)路和北苑運(yùn)動公園、大明宮西龍首原反向進(jìn)路無法實現(xiàn)ATS 進(jìn)路自動排列等問題。解決方法：通過故障現(xiàn)象和日志分析，此故障原因為ATS 系統(tǒng)中負(fù)責(zé)中央服務(wù)器與站級工作站之間通信的進(jìn)程故障造成，CTC 進(jìn)程異常影響中央和站級設(shè)備無法做到數(shù)據(jù)同步傳輸和效驗，軌道鎖閉信息、列車占用信息、軌道解鎖信息無法實時傳遞。徹底消

11、除故障須將原有ATS 軟件配置包由原L2_CFG.3.2.0.b 升級至L2.2.3.3.c 版本，解決CTC 進(jìn)程故障和服務(wù)器故障進(jìn)程無法自行進(jìn)行切換問題；通過故障現(xiàn)象和日志分析，ATS 系統(tǒng)存在服務(wù)器上進(jìn)程通信模塊在處理數(shù)據(jù)時發(fā)生錯誤，造成了ATS 部分進(jìn)路不能通過預(yù)檢查，影響市圖書館聯(lián)鎖區(qū)部分進(jìn)路無法進(jìn)行自排。進(jìn)程錯誤可能存在原因為服務(wù)器通信模塊在進(jìn)行處理運(yùn)算處理時進(jìn)入運(yùn)算死循環(huán)，但服務(wù)器切換模塊未檢測到模塊故障，服務(wù)器未進(jìn)行自動切換?？傮w來說，解決方法就是要認(rèn)真分析故障現(xiàn)象和日志，并上系統(tǒng)局部故障的降級的使用這樣才能保證安全和可靠。ATO子系統(tǒng)：ATO為非安全系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)保證列車高

12、質(zhì)量運(yùn)行水平。當(dāng)其發(fā)生故障時，列車會產(chǎn)生制動并報警，列車停車后人工或自動轉(zhuǎn)換成ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式運(yùn)行。3.簡要分析信號系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的相互影響與總結(jié)保證信號系統(tǒng)的安全性可以從設(shè)備、設(shè)計、電路三方面著手：信號系統(tǒng)中的安全- 關(guān)鍵設(shè)備( 指那些一旦有故障可引起撞車、脫軌等危險情況發(fā)生的設(shè)備) , 應(yīng)采用嚴(yán)格隱患分析或其它分析方法來進(jìn)行鑒定。信號系統(tǒng)設(shè)計要基于認(rèn)可的安全分析和審核程序, 并執(zhí)行故障- 安全設(shè)計原則, 單個故障不能產(chǎn)生非安全輸出。號系統(tǒng)中所有冗余的車載、軌旁設(shè)備單元應(yīng)采用熱備方式, 單個設(shè)備故障時, 系統(tǒng)應(yīng)不受影響保持正常工作, 從而確保系統(tǒng)的安全完整性。所有安全- 關(guān)鍵的電路

13、、系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格的測試與認(rèn)證, 以保證它們在發(fā)生故障時可回到安全狀態(tài)。設(shè)計應(yīng)依據(jù)最大程度降低故障發(fā)生的可能性來執(zhí)行, 例如采用錯誤檢測、“看門狗”電路、動態(tài)邏輯、合理性檢查和周期性復(fù)查等。但實踐證明，絕對不發(fā)生危險側(cè)故障是不可能的，只能采取措施使危險側(cè)故障發(fā)生的概率盡可能小而已。實際上，系統(tǒng)和設(shè)備的RAMS是密切相關(guān)的，采取冗余措施對于提高系統(tǒng)RAMS是很有效的。八大系統(tǒng)組成了城市軌道交通系統(tǒng)。列車平穩(wěn)地運(yùn)行要靠八大系統(tǒng)安全的運(yùn)行。信號系統(tǒng)作為城規(guī)系統(tǒng)中的安全系統(tǒng)任重而道遠(yuǎn)。然而其安全的運(yùn)行也離不開供電系統(tǒng)給予的安全平穩(wěn)的電流，離不開環(huán)控系統(tǒng)為其提供舒適安全的環(huán)境，離不開給排水消防系統(tǒng)為其預(yù)防

14、危險的災(zāi)難因此，系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性要求每個系統(tǒng)的RAMS都要很高這樣城軌整個系統(tǒng)才能安全高效的運(yùn)行。注：RAMS：可靠性( Reliability) 、可用性( Availability ) 、可維護(hù)性( Maintainability ) 和安全性( Safety ) , 簡為RAMS。RAMS 是系統(tǒng)長期工作的特性, 它是在系統(tǒng)的壽命周期, 通過對工程概念、方法、工具和技術(shù)的應(yīng)用獲得的。系統(tǒng)的RAMS 可用質(zhì)量和數(shù)值來表示系統(tǒng)、子系統(tǒng)或組成系統(tǒng)部件的性能程度, 它是系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護(hù)性與安全性的組合,故障安全：故障- 安全技術(shù)誕生于信號系統(tǒng)發(fā)展初期, 它是一種安全技術(shù), 強(qiáng)調(diào)的是當(dāng)器

15、件、部件和系統(tǒng)發(fā)生故障時不產(chǎn)生危險側(cè)輸出的技術(shù), 在大英詞典中的解釋是：“Eliminating danger by compensating automatically for a failure or malfunction”即通過對故障進(jìn)行補(bǔ)救以消除危險。EN 標(biāo)準(zhǔn)中Fail Safe 的定義是：“A concept which is incorporated into the design of a product such that, in the event of a failure, it enters or remains in a safe state”。一硬二軟結(jié)構(gòu)和一軟多

16、硬結(jié)構(gòu)：一軟多硬結(jié)構(gòu)示意圖一軟二硬結(jié)構(gòu)示意圖關(guān)聯(lián)性：是指組織體系的要素，既具獨立性，又具相關(guān)性，而具各要素和體系之間同樣存在這種“相互關(guān)聯(lián)或相互作用”的關(guān)系。參考文獻(xiàn)1CENELEC prEN50126 - 1999 Railway Applications: TheSpecification and Demonstration of Reliability, Availability,Maintainability and SafetyS.1999.2 嚴(yán)云升.鐵道機(jī)車車輛電子產(chǎn)品的RAMSJ.機(jī)車電傳動,2003（6）:1.3蕾.城市軌道交通引入RAMS 管理的必要性J.城市軌道交通研究,2007(3):4.4輝.城市軌道交通系統(tǒng)M.：人民交通，2008.5伯鴻，國寧.城市軌道交通信號M.：西南交通大學(xué)，2011.6周順華.城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)M.：人民交通，2009.7蔡國強(qiáng).城市軌道交通信息技術(shù)M.：交通大學(xué)，2012.8燕飛唐濤.軌道交通信號系統(tǒng)安全技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀N.中全科學(xué)學(xué)報，2005-6（6）9王偉任.淺談地鐵二號線信號ATS子系統(tǒng)功能和相關(guān)故障分析R.：市地下鐵道#公司運(yùn)營分公司，393-395.11 / 11