2021年1月铁道通信信号January2021第57卷第1期Railway Signalling&Communication Vol.57No.1
诚轨•企铁
地铁车辆基地综合自动化系统与外部系统
接□总体方案研究
胡敏汪峥范琪谭冠华
摘要：结合成都地铁5号线车辆基地综合自动化系统的功能设置，对其与外部系统接口需求进行分析，总结形成了具有可实施性的车辆基地综合自动化系统与外部系统接口总体方案，主要包括接口总体框架、通信设计、界面划分、功能设计和方案应用等内容。
关键词：地铁；车辆基地；综合自动化系统；外部系统接口；总体方案
中图分类号：U285.2;U285.7文献标识码：A
DOI：10.13879/j.issn.1000-7458.2021-01.20021
Abstract:According to the function definition of the integrated automation system for the depot of Chengd
u Metro's No.5Line,the requirements of the interfaces with other external systems are analyzed.And on the basis of this,the general scheme of external system interfaces of the Integrated Automation System is formulated,mainly including the overall framework,communication design, interface demarcation,design of interfacing functions,scheme application,etc.
Key words:Metro；Depot；Integrated automation system；External system interface；General scheme
地铁车辆基地作为地铁全线运营的基本保障，承担了地铁全线车辆停放、车辆检修、车辆运用（收车、发车、段内调车转线）以及全线设备设施检维修的生产任务，相对于地铁正线的高度自动化水平，车辆基地内生产作业基本依靠电话（专用电话或800MHz语音）、纸质工单流转、人工录入等方式进行作业管理，信息化、自动化水平较低。为了提高车辆基地的生产作业效率、以及运营管理的信息化和自动化水平，成都地铁集团公司招标建设
胡敏：成都地铁运营有限公司高级工程师610081成都汪峥：中铁二院工程集团有限责任公司工程师610036成都
范琪：中铁二院工程集团有限责任公司工程师610036成都
谭冠华：中铁二院工程集团有限责任公司工程师610036成都
基金项目：四川省重点科研项目.城轨车辆段进路自动控制系统关键技术研究.2019YFG0296.
收稿日期：2020-01-10成都地铁5号线车辆基地综合自动化系统（以下简称MDIAS）[141o成都地铁5号线也是成都首条采用MDIAS的线路。
由于MDIAS涉及车辆、信号、供电、通信等多个专业设备，接口较为复杂、实施难度较大，亟需确定MDIAS外部系统的总体接口方案，明确接口通信方式、接口界面划分、接口功能等设计内容，以便后期进行接口实施和维护。
本文重点研究MDIAS功能设置，结合成都地铁5号线车辆基地的机电设备、信息化系统建设情况，总结并提出MDIAS与外部系统接口的总体设计方案，为成都地铁后续线路以及其他城市地铁建设车辆基地综合自动化系统提供一定的参考。
1MDIAS概述
成都地铁5号线建设车辆基地3座（含元华车辆段、大丰停车场和回龙停车场）。MDIAS主要是实现车辆基地内车辆检修、列车收/发/调车、司
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Railway Signalling&Communication Vol.57No.l2021
机派班计划的自动编制，以及计划的执行、跟踪及结果反馈等功能，总体可划分为以下3部分。
1）计划编制部分。MDIAS结合地铁正线的运营时刻表（也称运行图）及车辆故障情况自动编制车辆检修计划，检修计划中应能提供满足正线运营要求的列车数量；结合运行图、车辆检修计划自动编制生成列车收车和发车计划，同时可与车辆基地内的施工计划进行冲突检查，避免列车开进施工区域，造成人身安全事故；结合运行图自动生成司机的派班计划。
2）计划执行部分。MDIAS结合自身制定的收/发/调车计划，自动触发收/发/调车进路的办理，自动将计划转化成进路办理的指令，且在进路办理之前，能够自动与车辆基地内正在执行的施工任务进行冲突检查，避免列车开进施工区域；能够标记车辆基地内股道接触网断送电信息，避免电客车开进无电区；实现车辆基地内信号设备的实时控制与状态显示。
3）计划跟踪及反馈部分。MDIAS具备车辆基地内车辆位置、车号信息的实时跟踪功能，要求获取列车发车至正线后的列车交路实时信息，在列车交路发生变化时，能够及时调整列车的收车计划。
2成都地铁5号线车辆基地建设情况
1）信号设备室设有车辆段计算机联锁系统，通过联锁控显机（分为A、B机，一主一备）实现车辆基地内信号设备的控制与状态显示、信号进路的开放，且基本都是由车辆基地信号值班员手动完成操作。
2）信号设备室设有信号ATS分机（分为A、B机，一主一备），可提供与外部系统的接口，实现车辆基地内车辆的跟踪、车号的显示功能等。
3）采用PSCADA系统对全线的接触网供电状态进行监测。
4）全线设置施工调度管理系统，对地铁正线、车辆基地内的施工计划申报、审批，施工的请点、销点进行全面的信息化管理，该系统部署运行在成都地铁办公网络上（简称OA网络）。
5）采用资产管理系统（简称PMS）实现车辆故障的提报、跟踪处理及结果反馈，存储车辆检修计划信息，该系统也部署运行在成都地铁办公网络上［5,o 3MDIAS接口需求分析
结合MIDAS系统功能设置以及成都地铁5号线车辆基地机电设备和信息化系统建设情况，梳理MDAIS系统接口需求如表1所示。
表1MDIAS与外部系统接口需求
序号外部接口系统接口需求备注
1车辆基地计算
机联锁系统
从计算机联锁系统接口获取
车辆基地站场信号表示信
息；向计算机联锁系统下达
信号设备控制命令信息、进
路办理指令信息
要求双机
冗余设置
2信号ATS
系统
从ATS系统接口获取场段
车辆实时跟踪信息、列车
正线计划运行图信息以及
实时的正线列车运行交路
信息
要求双机
冗余设置
3PSCADA
系统
从PSCADA系统接口获取
车辆基地接触网供电状态
信息⑹
4施工调度
管理系统
从施工调度系统接口获取
发布的施工计划信息、施
工请点信息及销点信息
5PMS系统
从PMS系统获取车辆故障
处理信息，并把车辆检修计
划发送给PMS
4MDIAS与外部系统接口总体方案
4.1总体框架
4.1.1硬件接口通信方案设计
MDIAS是涉及行车调度的系统，在3个场段建立了MDIAS专网，MDIAS的中心设备、接口设备、终端设备都挂载在MDIAS专网上；同时为了保障系统网络的可靠性和稳定性，MDIAS采用双网络冗余结构设计。
对MDIAS的外部接口进行重要性等级排序，如表2所示。各接口设计如下。
1）与施工调度管理系统、PMS系统的接口。
表2MDIAS与外部系统接口重要性等级
序号对外接口系统重要性等级
可靠性和
稳定性要求1车辆基地计算机联锁系统★★★最高
2信号ATS系统★★高
3PSCADA系统★较高
4施工调度管理系统★校高
5PMS系统★较高
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铁道通信信号2021年第57卷第1期
由于与MDIAS 接口的施工调度管理系统、PMS 系 统都运行在地铁公司OA 网络上，因此MDIAS 网络 需与OA 网络实现网络接口互通，以实现MDIAS 与
施工调度管理系统、PMS 系统的数据交互。
地铁公司OA 网在地铁全线都是贯通的，因此
只在元华车辆段设置MDIAS 网络与OA 网络的接 口连接。如图1所示，MDIAS 专网通过MDIAS 防
火墙与OA 网络进行连接，在防火墙中设置防护策 略，只允许施工调度管理系统与MDIAS 的接口端
口数据及PMS 系统与MDIAS 的接口端口数据进 A  MDIAS 专网，接口数据直接由MDIAS 中心服
务器进行处理。
2）与ATS 接口。相比与施工调度管理系统和
PMS 系统的接口，MDIAS 与ATS 接口的稳定性和 可靠性要求更高，在元华、大丰、回龙3个场段均
设置了 MDIAS 与ATS 的接口服务器（简称FEP ）O
如图1所示，以元华场段举例，在车辆段运转
楼MDIAS 机房设置了与ATS 接口服务器2台，分 别为FEP-A 和FEP-B 。FEP-A 通过以太网线连
接至车辆段运转楼信号设备室ATS 分机-A 、
FEP-B 连接至车辆段ATS 分机-B 。FEP-A,
FEP-B 接收的数据均相同，采用互为主备的工作 模式。一般是FEP-A 作为主用对外发送数据，当
FEP-A 发生故障时，采用FEP-B 对外发送 数据叫
3） 与PSCADA 系统接口。PSCADA 主机位
于每个场段的牵引混合所的PSCADA 主机柜内， 需通过光纤与MDIAS 连接。选取每个场段的
FEP-A，作为与PSCADA 连接的接口服务器。
4） 与车辆基地计算机联锁系统的接口。相比
与其他对外接口，MDIAS 与联锁系统的接口要求 最高，在每个场段均设置了与联锁系统接口的串口
服务器2台，也称为程序进路控制器（简称PRC ）o
如图1所示，PRC 与联锁系统的接口方式为交 叉互联方式，通过RS422串口线连接。PRC-A 与
PRC-B 是一主一备，只是在通信链路上，PRC-A  与联锁控显机-A 、联锁控显机-B 各有1条通道可
以选择，增强了通信连接的可靠性与稳定性。⑻
md [a 郦务器
PSCADA 主机
ATS 分机-A  ATS 分机-B
元华大卜:
1"1龙
K  Mt
RS422串口线
显机"显机-B
於机-A 显机-B
PRC-A
FEPHB
ATS 分机-A  ATS 分机-B
大丰
ATS 务範-A  ATS4机-B
回龙
图1 MDIAS 与外部系统接口连接示意图
MDIAS 调度终蜩）IAS 调度终蜩
FEP-A
FEP-B
PRC-B
以太#以比网钱
线从网线4.1.2关于FEP 设置的特殊说明
在整个系统接口设计中，FEP 起到了承上启下
的作用，除了完成与ATS 、PSCADA 的接口数据 交互外，还需负责完成以下任务：①把PRC 从联锁 系统接口接收的数据直接转发至MDIAS 各个调度 终端；②把ATS 接口的数据、PSCADA 接口的数
据转发至中心服务器处理，再通过FEP 反馈至各个 调度终端进行显示；③把中心接口发送的施工信 息、PMS 信息转发至各个调度终端进行显示；④把
中心制定的计划信息转发至PRC，由PRC 把计划 转化成指令信息，在收到触发信息之后，把指令信
息下发至联锁系统.由联锁系统开放进路办理。
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Railway Signalling Communication Vol.57No.l2021
4.2接口分界面划分
在所有的接口设计中，接口分界面的划分非常重要，直接关系到接口实施中接口双方的职责以及后期系统交付之后的接口维护界面⑼。MDIAS与外部系统接口方式及接口分界面划分见表3。
4.3接口功能设计
结合前述MDIAS对外接口需求分析，总结MDIAS对外接口功能如表4所示110-121□
表3MDIAS与外部系统接口方式及接口分界面划分
序号对外接口系统接口方式接口分界面划分
汽车综合
1车辆基地计算机联锁系统通过RSS-422串口线连接；采用CTC协议信号设备室联锁机柜RS-422接入串口处2信号ATS系统采用以太网线连接；采用TCP协议信号设备室ATS接入交换机网络端口处
3PSCADA系统通过光纤连接；采用MODBUS TCP协议
牵引混合所主控室PSCADA控制柜光纤接入端口处
4施工调度管理系统通过OA网实现接口数据传输；采用webservice协议各自系统的网络防火墙处5PMS系统通过OA网实现接口数据传输；采用http协议各自系统的网络防火墙处
表4MDIAS与外部系统接口数据信息何
接口交互数据信息数据流向接口数据的意义
站场表示信息（含信号机、道岔、轨道区段、按钮、表
示灯、各类报警信息、是否同意洗车等）
联锁-*MDIAS
MDIAS向计算机联锁系统发送的控制命令，包括命令类
型、命令按钮序列以及按钮状态
MDIAS-联锁
心跳信息MDIAS"联锁
控制状态信息MDIAS j联锁
MDIAS/联锁控制模式转换时的数据MDIAS*-*联锁
列车运行图/时刻表信息ATS—MDIAS
回段列车的车组号信息ATS-*MDIAS
车辆段/停车场内的列车位置信息和车组号信息ATS-*MDIAS
标准时钟ATS-*MDIAS
心跳信息ATS^MDIAS
段内发车计划信息MDIAS—ATS
车辆段/停车场内各区段、各股道的接触网
供电状态信息⑺
PSCADA—DIAS
施工计划信息施工调度管理系统—MDIAS
施工计划变更信息施工调度管理系统—MDIAS
施工任务状态信息，如开始、进行、终止、完成等施工调度管理系统-MDIAS
故障处理跟踪信息PMS-*MDIAS 车辆检修计划MDIAS-*PMS MDIAS需获取站场表示信息，并在各调度工作站上进行显示MDIAS终端需实现对信号设备的操控
通信双方应发送心跳信息以表明自身设备运行正常和网络畅通
包括联锁系统控显机的主备运行状态和当前控制模式、程序进路控制器主备运行状态和允许转回联锁控制模式状态
完成联锁控制模式与MDIAS控制模式的相互转换
MDIAS获取运行图，用于编制收发车计划及派班计划
作为车辆段/停车场申请人段进路的触发条件
MDIAS需在站场终端上显示列车位置信息和车组号信息
同步MDIAS与ATS的计算机时钟
通信双方应发送心跳信息以表明自身设备运行正常和网络畅通用于ATS出段列车的车次号与车组号的绑定
MDIAS需获取场段供电状态信息进行显示
MDIAS需获取施工计划信息进行收、发、调车计划编制的冲突检査
MDIAS在进路触发之前需进行施工防护的冲突检査
MDIAS需基于故障处理跟踪信息，制定合理的车辆检修计划
按管理规定,PMS需存储检修计划信息
5方案应用效果
成都地铁5号线已开通运营，本文所研究的MDIAS对外接口总体方案也已得到具体应用。从2019年4月完成接口调试至今，MDIAS对外接口一直运行稳定。经全线综合联调及用户使用验证，其接口通信设计和功能设计均能满足MDIAS的用户使用要求，效果良好。
随着城市轨道交通信息化、自动化技术的发展，越来越多的城市地铁开展了车辆基地综合自动化系统的建设或研究，本文可为其建设实施、系统研究提供一定的参考。（下转第80页）
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铁道通信信号2021年第57卷第1期
信息记录在本地的对象字典中，主节点定期通过SDO对象获取每个1()执行单元的监控信息以及维护信息(如系统运行时间、软件版本号等)，并发送给外部的维护台。
SDO传输分为快速传输、段传输和块传输3种。为了加快传输速度，提高CAN总线的利用率，在安全计算机平台中，针对不同类型的监控维护信息采用不同的传输方法。对于数据长度小于等于4个字节的监控维护信息，采用快速传输的方式进行传输；对于大于4个字节而小于0xA8个字节的监控维护信息，采用段传输的方式进行传输；对于更大数据量的监控维护信息，则采用块传输方式进行传输。
4安全计算机平台应用测试
为了验证CANopen协议在安全计算机平台通信中的可用性，实验室搭建了最大配置的运行环境进行测试，包含2个逻辑处理单元和42个IO执行单元。其中，主逻辑处理单元作为CANopen网络的主节点，每50ms发送一次同步帧，用于同步PDO传输；每Is发送一次时间戳报文，为所有网络节点提供统一的时间基准；IO执行单元每150ms发送一次心跳报文，每500ms发送一次检测维护消息的SDO 报文，报文大小为200字节。系统持续运行72h，实验过程中没有出现延时、数据被破坏、丢包等错误，CAN总线的平均利用率为41.8%，最大利用率为64%，性能上完全能够满足系统要求的CAN总线的平均利用率不超过70%的要求。
5结束语
基于CANopen协议的轨道交通安全计算机平(上接第71页)
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和实时性，还可以提高整个系统的兼容性，为系统的进一步扩展提供了更加便捷的方式。
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