城轨道岔融雪系统集成到FAO子系统TIAS的可行性讨论.pdf

92U城轨交通RBAN RAIL TRANSIT城轨道岔融雪系统集成到FAO子系统TIAS的可行性讨论周 浩（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）摘要：概述电加热道岔融雪系统和全自动无人驾驶（Full-Automatic Operation，FAO）及其子系统轨道交通综合自动化系统（Train Integrated Automation System，TIAS）的发展现状。通过对比道岔融雪系统和 FAO 系统结构、功能和人机显示界面的相似之处，探讨将道岔融雪系统集成到 TIAS 系统是可行且必要的，并由此提出一种新型集成方案。关键词：电加热道岔融雪系统；全自动无人驾驶；轨道交通综合自动化系统；集成方案中图分类号：U284.48 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)07-0092-06Discussion on Feasibility of Integrating Snow Melting System ofUrban Rail Turnout into TIAS Subsystem of FAOZhou Hao(CRSC Urban Rail Transit Technology Co.,Ltd.,Beijing 100070,China)Abstract:This paper summarizes the development status of the electrically heated turnout snow melting system,FAO(Full Automatic Operation)and its subsystem TIAS(Train Integrated Automation System).By comparing the similarities of structure,function and man-machine display interface of turnout snow melting system and FAO system,it is found that it is feasible and necessary to integrate turnout snow melting system into TIAS subsystem,and a new integration solution is proposed.Keywords:electrically heated turnout snow melting system;full automatic operation;train integrated automation system;integration solutionDOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2023.07.017收稿日期：2022-03-04；修回日期：2023-06-15作者简介：周浩（1992），男，工程师，本科，主要研究方向：中低速磁悬浮控制系统（MATC 信号系统）、城市轨道交通列控系统（CBTC 信号系统）、电加热道岔融雪系统，邮箱：。随着国内城市轨道交通线路的大量建设开通，城轨信号系统自动化水平不断提高，信号辅助系统的功能也逐步完善。城市轨道交通全自动无人驾驶系统（Full-Automatic Operation，FAO）已经实现开通运营。在雨雪严寒环境下，列车能够按运行图正常行车，对道岔融雪系统提出了新的要求。设想能否将道岔融雪系统集成到 FAO 的子系统轨道交通综合自动化系统(Train Integrated Automation System，TIAS)中，既提供统一平台供融雪设备操作，方便运营人员集中监测车站、车辆段道岔融雪设备的运行状况，又可以实现道岔融雪系统在“精准化控制”下运行，还能够利用自身铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年7月，第20卷第7期93城轨交通URBAN RAIL TRANSIT气象站向 FAO 系统输入降雪信息，与 FAO 系统“雨雪模式”相互印证，确保输入信息的准确性。1道岔融雪系统与FAO系统的现状与发展1.1电加热道岔融雪系统现状1.1.1电加热道岔融雪系统介绍电加热道岔融雪系统（简称道岔融雪系统）中使用的加热设备是电加热元件。电加热元件通电产生热效应，发热的电加热元件通过热传导将热量传递给周身涂布的热辐射涂层，使其产生热辐射效应。装有电加热元件的钢轨道岔岔尖和转辙机动作杆件周围空间温度升高，快速融化降雪天气中道岔位置的积雪，从而安全有效地防止道岔因冰雪堆积发生挤岔，避免道岔造成“四开”现象。道岔融雪系统在城市轨道交通中主要应用在北方降雪城市的地面车站、停车场和车辆段。这些站场都处在室外，咽喉区的道岔数量较多，部署道岔融雪系统解决了人工清扫积雪消耗时间长，清理难度高，工作量大，清理人员有一定安全风险的问题。1.1.2电加热道岔融雪系统结构和功能道岔融雪的控制系统由远程控制中心、车站控制终端、电器控制柜、钢轨温度传感器、气象站、通信信道等组成。道岔融雪系统结构如图 1 所示。图道岔融雪系统结构Fig.1 Structure of turnout snow melting system远程控制中心车站控制终端车站控制终端车站控制终端电器控制柜轨温传感器环温传感器雨雪传感器电器控制柜轨温传感器环温传感器雨雪传感器电器控制柜轨温传感器道岔融雪系统的远程控制中心为系统信息集中处理中心，目的是将各站融雪设备的信息统一送到调度中心、枢纽站运转室等，以方便信息查看调阅。系统采用可交互式界面，设定不同操作人员权限，可实时查看各站各控制柜的实时状态。道岔融雪系统的车站控制终端为系统车站信息集中处理中心，目的是将车站的各现场电气融雪柜信息送至车站值班室、运转室等，以方便集中管理站内融雪设备。系统采用可交互式界面，设定不同操作人员权限，可实时查看站内各控制柜的状态，并根据实际对融雪设备进行操作，配有应急操作方式，防止因控制柜控制模块或通信模块故障造成的系统不启动加热。道岔融雪系统的电气控制柜是安装在站场内或信号楼内，通过控制器控制加热回路启动和停止，并采集电源电压、电流频率、电气元件状态、环境条件等信息，接受远程控制中心和车站控制终端的遥控操作命令并执行。气象站设有气温传感器和雨水传感器，当发生降雪或温度变化时，可向车站控制终端输出当前大气温度和降雪状态等天气情况，车站控制终端据此信息输出当前自动或人工控制方式启动电加热融雪。其中远程控制中心与车站控制终端采用单独的以太网信道通信，车站控制终端与电器控制柜采用串口通信。1.1.3电加热道岔融雪系统人机操作界面以某道岔融雪控系统运行界面为例，主界面共分为 4 个部分：菜单栏、功能按钮区、站场图及信息显示区、控制柜列表显示区，如图 2 所示。菜单栏位于主界面的顶部，主要实现软件各种功能的控制。具体包含以下按钮：系统管理、车站列表、控制柜列表、控制柜参数设置、实时故障报警信息、历史信息查询以及帮助按钮。功能按钮区包含用户登录、用户注销、参数设定、实时故障报警、历史信息查询，站场图缩放、控制柜列表样式等常用功能按钮。其中前 5 个功能按钮，等效于菜单栏中的同名按钮。“当前登录用户”区域显示当前登录用户姓名。站场图及信息显示区用于显示当前车站的站场图、各控制柜及加热电路的位置示意、工作状态等信息。控制柜列表显示各个控制柜的主要运行信息和故障信息，可直观反映全场所有控制柜的运行情况。No.7周浩：城轨道岔融雪系统集成到FAO子系统TIAS的可行性讨论94U城轨交通RBAN RAIL TRANSIT1.2FAO系统现状1.2.1FAO系统介绍FAO 系统是基于通信的列车运行控制系统，主要由以下子系统构成：区域控制器(Zone Controller，ZC)、计算机联锁(Computer-Based Interlocking，CBI)、轨道交通综合自动化系统（Train Integrated Automation System，TIAS）、车载列车自动防护系统(Automatic Train Protection，ATP)、列车自动运行系统(Automatic Train Operation，ATO)、辅 助 驾 驶 设 备(Assistant Operation Module，AOM)。其中 TIAS 子系统核心部分为列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）子系统。TIAS 深度集成 ATS 系统、电力监控系统(Power Supervisory Control And Data Acquisition，PSCADA)、环境与设备监控系统（Building Auto System，BAS）、界面集成屏蔽门系统(Platform Screed Door，PSD)、闭路电视系统（Closed-Circuit Television，CCTV）、扩声公共广播系统（Public-Address，PA）、时钟同步系统（Clock，CLK）、门禁系统（Access Guard System，AGS）、乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）、自动售检票系统（Automatic Fare Collection，AFC）、火灾报警系统（Fire Alarm System，FAS）、通信集中报警系统（Alarm，ALM），同时连接列车控制系统（Automatic Train Control，ATC）和管理系统（Train Control and Management System，TCMS）将车辆信息落地，把线上的每列车及各个车站服务器的所有数据状态集中到地铁运营控制中心显示，工作人员在控制中心即可即时监控整条线路各个专业设备的运行及安全状态：各辆列车的实时位置、是否有故障或早晚点的情况、车厢内情况、车站内情况、车站各设备的运行状况等，都通过监视屏直观地显示出来，供交通计划、调度、维修和决策人员监控使用。1.2.2FAO系统功能FAO 系统各设备间通过有线或无线通信的方式连接，分布在列车、轨旁、设备集中站、控制中心、车辆段/停车场等地点。能够实现早间上电、唤醒、出库、轧道车运行、进入正线、进站停车、站台发车、折返换端、清客、停止正线、自动回库、清扫、休眠、洗车、车辆段内自动转线等全自动无人驾驶功能。FAO 同时具备“雨雪模式”的功能。正线运营的车辆，在不同区域多次出现转向架空转和滑行状图道岔融雪系统车站终端操作界面Fig.2 Terminal operation interface of turnout snow melting system菜单栏功能按钮区站场图及信息显示区控制柜列表显示区铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年7月95城轨交通URBAN RAIL TRANSIT态，将进入“雨雪模式”。在“雨雪模式”下，车载ATP 按照能保证的紧急制动率进行紧急制动曲线计算，列车最高不可突破速度应不超过车载电子地图中配置的“雨雪模式”速度；ATO 应限制最大牵引和最大制动输出；TIAS 系统根据“雨雪模式”的触发条件，自动在行调工作站进行“雨雪模式”提示。1.2.3FAO系统TIAS人机操作界面参考某车辆段 ATS 终端界面显示如图 3 所示。菜单栏布局和内容基本与道岔融雪车站控制终端显示一致。其中站场图及信息显示区缺少电器控制柜状态显示和加热元件加热状态提示。此处可以增加相应提示满足信息采集的需求。图车辆段CBTC系统ATS中心调度工作站界面Fig.3 ATS center dispatching workstation interface of CBTC system of depot站场图及信息显示区菜单栏功能按钮区提示信息区2集成的必要性及可行性2.1集成的必要性科研人员将新一代的智能控制技术应用于道岔融雪系统，以期望实现“精准化控制”。“精准化控制”是指道岔融雪系统通过处理获得的信息和数据，智能选择需要加热的电加热原件，精