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1、 . . 城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全性 摘 要 ① 設(shè)備 ② 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)查機構(gòu)：英國安全運輸局 事故原

2、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)該遠離的接頭時就把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

3、三部分（如圖1-1所示）。軌道交通信號設(shè)備指揮列車運行；連鎖設(shè)備保證軌道交通車站（包括車輛基地）列車運行的安全；閉塞設(shè)備則是保證區(qū)間列車運行安全的專門裝置。 ① 信號機 ② 繼電器 ③ 轉(zhuǎn)轍機 ④ 軌道電路 ⑤ 聯(lián)鎖設(shè)備 （信號機、轉(zhuǎn)轍機、軌道電路是⑤的檢測設(shè)備） ⑥ 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 進路控制 進路表示 圖2-2 系統(tǒng)部分：列車自動控制系統(tǒng)（包括列車自動防護系統(tǒng)ATP，列車自動監(jiān)控系統(tǒng)

4、ATS，列車自動運行系統(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 詳細與重點分析如下： 設(shè)備部分 圖3.1-3 信號機：如圖3.1-3.目前城市軌道交通采用的信號機主要采用發(fā)光二極管半導(dǎo)體發(fā)光器件作為光源。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標準；而選擇組合式色燈信號機或者透鏡式色燈信號機能夠有效避免竄光問題；LED色燈信號機可以消

5、除燈絲突然斷絲和點燈沖擊電流等問題。信號機電燈電路是安全電路，設(shè)計電路時既要考慮斷線保護，又要考慮混線防護。信號機電燈電路斷線即要滅燈；信號機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、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”準則（即當設(shè)備、器材、元件發(fā)生故障時，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：當控制信號機開關(guān)的燈絲繼電器故障時，一定只能導(dǎo)致信號機點紅燈，強

6、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：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的滾動珠絲杠作為驅(qū)動裝置可以延長轉(zhuǎn)轍機壽命；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） 圖3

7、.4-3 軌道電路：如圖3.4-3它是以列車運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、負荷，因此存在負荷過大的安全隱患；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電源設(shè)備不因過負荷損壞，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、改進電路、提高檢測信息的差別等可以有效改善“紅光帶”與

8、“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:機械聯(lián)鎖、電機聯(lián)鎖、繼電聯(lián)鎖和計算機聯(lián)鎖。但是前幾項技術(shù)都不能滿足地鐵運營要求，存在很多安全隱患，因此國地鐵正線均采用計算機連鎖。 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)果比較的計算機2次處理和采用帶有結(jié)果比較的多機并行處理，即“一硬二軟結(jié)構(gòu)和一軟多硬結(jié)構(gòu) ”。 案例：典型的計算機聯(lián)鎖如圖4-4 1.國內(nèi)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng) 雙機熱備型 3取2型 2取2型 ①

9、 TYJL-II型 ② DS6-11型 ③ JD-IA型 ① TYJL-TR9型 ② TYJL-ECC型 ③ DS6-20型 ① EI32-JD型 ② DS6-K5B型 ③ iLOCK型 圖4-4 2.國外計算機聯(lián)鎖系統(tǒng) 德國SIMIS系統(tǒng) 瑞典 EBILOCK850型計算機聯(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：培訓中心設(shè)備是使維修人員學會ATC系統(tǒng)運作原理、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)安全可靠運行的前提；維修中心設(shè)備，是檢測監(jiān)視各種設(shè)備是否正常運行的設(shè)備，這是預(yù)防安全隱患發(fā)

10、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，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。 西安二號線運營路線 ATS子系統(tǒng)：ATS設(shè)備故障包括A

11、TS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路鎖閉狀態(tài)；大明宮西站——市圖書館站正向進路和北苑——運動公園、大明宮西——龍首原反向進路無法實現(xiàn)ATS 進路自動排列等問題。 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)中負責中央服務(wù)器與站級工作站之間通信的進程故障造成，CTC 進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。徹底消除故障須將原

12、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 進程故障和服務(wù)器故障進程無法自行進行切換問題；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 部分進路不能通過預(yù)檢查，影響市圖書館聯(lián)鎖區(qū)部分進路無法進行自排。進程錯誤可能存在原因為服務(wù)器通信模塊在進行處理運算處理時進入運算死循環(huán)，但服務(wù)器切換模塊未檢測到模塊故障，服務(wù)器未進行自動切換。總體來說，解決方法就是要認真分析故障現(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)，它主要負責保證列車高質(zhì)量運行

13、水平。當其發(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)采用嚴格隱患分析或其它分析方法來進行鑒定。 信號系統(tǒng)設(shè)計要基于認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-

14、 關(guān)鍵的電路、系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)過嚴格的測試與認證, 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)地運行要靠八大系統(tǒng)安全的運行。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。然而其安全的運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

15、排水消防系統(tǒng)為其預(yù)防危險的災(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)才能安全高效的運行。 注： RAMS：可靠性( Reliability) 、可用性( Availability ) 、可維護性( 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)

16、展初期, 它是一種安 全技術(shù), 強調(diào)的是當器件、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”即通過對故障進行補救以消除危險。EN 標準中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

17、in a safe state”。 一硬二軟結(jié)構(gòu)和一軟多硬結(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 [1]CENELEC prEN50126 - 1999 Railway Applications: The Specification and Demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety[S

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