2019地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐

地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐2019演講人：侯文軍01前言03結(jié)束語(yǔ)02地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐目錄

第一部分

前言一、前言1.1深圳地鐵介紹：網(wǎng)絡(luò)化規(guī)模已形成，后續(xù)建設(shè)如火如荼深圳市地鐵運(yùn)營(yíng)里程為297.7公里，其中8條地鐵線路286公里，199個(gè)車站，33個(gè)換乘站；龍華有軌電車11.7公里。包括6、7、8、9、10、11、共六條線路及延長(zhǎng)線，截至2020年全部建成后，我市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程將超400公里。將建12、14、16等6條全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)新線和2條延長(zhǎng)線，共計(jì)211公里，115個(gè)車站。預(yù)計(jì)2025年四期工程完工后，深圳地鐵共18條線路，通車?yán)锍虒⑦_(dá)到643公里，416個(gè)車站。形成了集國(guó)家鐵路、城際鐵路、城市軌道和有軌電車“四合一”的軌道交通產(chǎn)業(yè)平臺(tái)。2018年深圳地鐵運(yùn)營(yíng)情況深圳地鐵四期線路規(guī)劃1.網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)2.未來(lái)五年：年在建線路超300公里，年開通2條以上新線一、前言1.2深圳地鐵列車運(yùn)營(yíng)水平地鐵車輛正線運(yùn)行表現(xiàn)連續(xù)十三年穩(wěn)步提升，處于歷史最優(yōu)水平2018年全網(wǎng)車輛服務(wù)可靠度為5142萬(wàn)車公里，較2005年提升34倍。2018年全網(wǎng)車輛正線故障頻率為3.71次/十萬(wàn)列公里，較2005年下降98%。車輛運(yùn)營(yíng)故障占比23%。三期線路列車故障率，較二期開通同期下降87%。列車服務(wù)可靠度正線故障率一、前言1.3地鐵列車運(yùn)營(yíng)痛點(diǎn)問題地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的新壓力、新要求，無(wú)法動(dòng)車問題已成為地鐵列車運(yùn)營(yíng)的痛點(diǎn)。地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)主要矛盾是日益增長(zhǎng)的客服質(zhì)量需要與不斷提升的列車可靠性之間的矛盾。1、列車迫停區(qū)間引起聯(lián)掛救援2.列車無(wú)法動(dòng)車站臺(tái)清客4.行車大間隔引發(fā)社會(huì)輿情

3.列車晚點(diǎn)引發(fā)大客流一、前言1.3地鐵列車運(yùn)營(yíng)痛點(diǎn)問題深圳地鐵運(yùn)營(yíng)14年共發(fā)生了18起無(wú)法動(dòng)車引起的列車救援事件，造成了不同程度的運(yùn)營(yíng)影響。14起/78%為列車控制系統(tǒng)故障引起，其中7起/50%為列車控制系統(tǒng)故障時(shí)應(yīng)急處置不當(dāng)引起。列車“大腦神經(jīng)”故障，動(dòng)車控制相關(guān)指令的接收、安全聯(lián)鎖和信息傳遞失效系統(tǒng)故障導(dǎo)向安全，禁止動(dòng)車列車控制系統(tǒng)故障司機(jī)處置問題司機(jī)故障判斷超時(shí)、應(yīng)急處置不當(dāng)、處理失誤等（50%）無(wú)法動(dòng)車如何提升可靠性？如何提升故障處置能力？列車控制系統(tǒng)技術(shù)探索

第二部分地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐以解決“無(wú)法動(dòng)車”引起的列車救援問題為出發(fā)點(diǎn)，深入研究與思考列車控制系統(tǒng)。應(yīng)急牽引+LCU、冗余設(shè)計(jì)+故障智能處理、全數(shù)字化列車集成控制列車控制系統(tǒng)可靠性問題、故障處置不當(dāng)問題思考實(shí)踐應(yīng)急牽引模式融合LCU和應(yīng)急牽引模式理念的地鐵列車控制全冗余設(shè)計(jì)繼電器有觸點(diǎn)電路無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制單元網(wǎng)絡(luò)與控制集成故障智能處理①②③二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐為司機(jī)提供了一種最為快速、有效且不易出錯(cuò)的解決不能動(dòng)車問題的手段成熟可靠，至今成功避免了25起列車無(wú)法動(dòng)車引起的救援事件（一）應(yīng)急牽引：為列車獨(dú)立搭建一條硬線控制生命線1.不干預(yù)單系統(tǒng)級(jí)和部件級(jí)監(jiān)控與保護(hù)2.故障系統(tǒng)或部件不會(huì)因強(qiáng)制工作而導(dǎo)致更大的故障和損失3.不投入使用，不會(huì)對(duì)既有列車性能及司機(jī)操作習(xí)慣產(chǎn)生任何影響1.對(duì)關(guān)鍵8個(gè)電氣控制回路進(jìn)行集中旁路，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)成列車級(jí)牽引條件建立的關(guān)鍵控制回路各環(huán)節(jié)冷冗余2.在列車退出正線載客服務(wù)時(shí)啟用，傻瓜式一鍵操作激活3.對(duì)運(yùn)營(yíng)影響結(jié)果底線的控制4.設(shè)計(jì)秉承安全可靠原則，不干預(yù)系統(tǒng)保護(hù)、不影響正常模式四大設(shè)計(jì)理念二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐（一）應(yīng)急牽引：技術(shù)發(fā)展歷程試點(diǎn)實(shí)施2010.11-2014.111號(hào)線（22列）全面實(shí)施2014.11-2016.101、2、5、7、9、11號(hào)線（368列）010202032004.11-2010.11無(wú)法動(dòng)車引起救援企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2017.1新購(gòu)列車（標(biāo)配）分散旁路集中旁路有限旁路

全面旁路無(wú)法動(dòng)車影響安全有序運(yùn)營(yíng)二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐（二）LCU：采用冗余設(shè)計(jì)的無(wú)觸點(diǎn)邏輯單元替代繼電器相對(duì)于繼電器，LCU在技術(shù)先進(jìn)性、智能化、可維修性和可靠性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，是車輛控制電路技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。繼電器LCU有觸點(diǎn)無(wú)觸點(diǎn)電子聯(lián)鎖繼電聯(lián)鎖1.發(fā)熱量大、占用空間大、布線復(fù)雜2.沿海耐候性差、觸點(diǎn)易氧化和單點(diǎn)控制失效3.硬邏輯實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制4.冗余性能差5.無(wú)故障診斷、檢修維護(hù)困難

1.功率小、占用空間小、布線集中簡(jiǎn)單2.控制精度高、快：輸入輸出響應(yīng)時(shí)間≤32ms3.軟邏輯實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，替代率達(dá)63%-71%4.安全可靠性高：MTBF≥20萬(wàn)小時(shí)，具備冗余切換，≥SIL25.可維護(hù)性高：具備數(shù)據(jù)監(jiān)控記錄存儲(chǔ)便于故障調(diào)查6.使用壽命長(zhǎng)：≥15年二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐（二）LCU：技術(shù)發(fā)展歷程20102004201120122014201520162019-第一階段第二階段第三階段第四階段提出理念自主研發(fā)首列車LCU改造115-116車LCU改造（2列）118-122車LCU改造（5列）506車LCU改造（1列）9號(hào)線開通（29列）1、3號(hào)線LCU改造（84列）9西延、2&5&8、6、10號(hào)線LCU（146列）繼電器LCU1.0：分散式迭代升級(jí)LCU2.0：集中式標(biāo)準(zhǔn)LCU3.0：2*2oo2優(yōu)化并全面推廣…………國(guó)內(nèi)首創(chuàng)地鐵控制電路采用LCU替代繼電器，歷經(jīng)10年完成了四個(gè)階段共268列車的LCU創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐LCU：0.12次/十萬(wàn)列公里，故障率下降達(dá)90%，至今未產(chǎn)生1起2分鐘以上運(yùn)營(yíng)晚點(diǎn)指標(biāo)二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐(三）列車控制的全冗余設(shè)計(jì)：信號(hào)傳輸全鏈路冗余方案解決列車牽引邊界條件失效問題抓住核心，全面梳解決11個(gè)列車級(jí)關(guān)鍵信號(hào)傳輸失效引起無(wú)法動(dòng)車的行業(yè)痛點(diǎn)以終為始，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全部列車級(jí)關(guān)鍵信號(hào)的“兩層次、三方面“冗余目標(biāo)，全面保證信號(hào)傳輸可靠性在深圳地鐵6、10號(hào)線上先行試用，預(yù)期可全面解決列車控制失效引起的無(wú)法動(dòng)車問題列車激活控制信號(hào)受流控制信號(hào)風(fēng)源控制信號(hào)司機(jī)室激活信號(hào)牽引制動(dòng)指令信號(hào)列車方向信號(hào)牽引允許信號(hào)牽引安全信號(hào)牽引制動(dòng)力參考值信號(hào)所有制動(dòng)緩解信號(hào)緊急制動(dòng)信號(hào)層次一：正常模式冗余①傳輸介質(zhì)冗余：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)②控制架構(gòu)冗余：2*2oo2LCU③傳輸方式冗余：網(wǎng)絡(luò)+硬線層次二：降級(jí)模式冗余④應(yīng)急牽引二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐

A、B雙通道、雙通道獨(dú)立的MVB連接器每車設(shè)置冗余的RPT中繼器VCU、關(guān)鍵DX、AX配置冗余#MVB通信網(wǎng)絡(luò)(三）列車控制的全冗余設(shè)計(jì)：正常模式冗余設(shè)計(jì)

①傳輸介質(zhì)冗余：

“通信設(shè)備冗余+總線冗余”，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、總線單點(diǎn)故障不影響列車通信控制。采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)容錯(cuò)型交換機(jī)安全數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制#實(shí)時(shí)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)深圳地鐵2&5&8、9西延、6、10號(hào)線新車項(xiàng)目深圳地鐵列車維護(hù)網(wǎng)上應(yīng)用，全自動(dòng)運(yùn)行新車項(xiàng)目控制主干網(wǎng)上擬采用二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐(三）列車控制的全冗余設(shè)計(jì)：正常模式冗余設(shè)計(jì)②控制架構(gòu)冗余：國(guó)內(nèi)首創(chuàng)采用2*2oo2高安全冗余架構(gòu)LCU，實(shí)現(xiàn)車輛控制功能和全面提升可靠性。1.采用光耦、MOS場(chǎng)效應(yīng)管等高可靠電子器件；2.引入2*2oo2多組比較技術(shù)，故障組切換≤16ms，滿足自動(dòng)無(wú)縫切換要求；3.具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)記錄、實(shí)現(xiàn)故障智能診斷，打造數(shù)字化列車；4.安全完整度達(dá)SIL4，與信號(hào)系統(tǒng)相匹配。

.四套系統(tǒng)同時(shí)工作，分兩系互為熱備；單系中必須雙機(jī)一致時(shí)才輸出；電源、輸入、運(yùn)算、輸出等逐級(jí)二乘二取二；2*2oo2SZL6、10、2&5&8、9增共146列SZL1、3共84列車二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐(三）列車控制的全冗余設(shè)計(jì)：正常模式冗余設(shè)計(jì)③傳輸方式冗余：構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)+硬線結(jié)合的雙行通道，實(shí)現(xiàn)列車關(guān)鍵控制信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。網(wǎng)絡(luò)硬線牽引、制動(dòng)系統(tǒng)列車級(jí)關(guān)鍵信號(hào)SZL6、10新車項(xiàng)目二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐(三）列車控制的全冗余設(shè)計(jì)：降級(jí)模式冗余設(shè)計(jì)④應(yīng)急牽引：革新理念，融合緊急牽引電路，構(gòu)建完全獨(dú)立于正常模式的動(dòng)車硬線電路系統(tǒng)，全面應(yīng)對(duì)解決電路故障。原方案故障解決范圍革新方案×

司控器電氣故障√×

牽引接口故障√×

正常模式接地、空開跳閘故障√×

緊急制動(dòng)回路部分故障√“四個(gè)獨(dú)立”設(shè)計(jì)：電源+行程開關(guān)+列車線+終端端口“節(jié)點(diǎn)旁路”“獨(dú)立電路”SZL6、10、2&5&8、9西延及后續(xù)新車項(xiàng)目（四）車輛故障智能處理技術(shù)：故障預(yù)判+本地自動(dòng)處置+遠(yuǎn)程操控，革新故障處理機(jī)制遠(yuǎn)程操作處理主動(dòng)維修處置本地自動(dòng)處理空開自復(fù)位系統(tǒng)自旁路列車自重啟SZL10部分實(shí)現(xiàn)SZL14FAO將實(shí)現(xiàn)SZL11部分實(shí)現(xiàn)二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐（五）新型列車控制系統(tǒng)：集成控制將成為發(fā)展方向和趨勢(shì)。添加標(biāo)題列車控制系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了硬線控制、微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化等三個(gè)階段；“數(shù)字化+集成化”控制將可能成為新型列車控制系統(tǒng)的發(fā)展方向和趨勢(shì)；擬在深圳地鐵部分新線項(xiàng)目中實(shí)施。列車硬線控制微機(jī)+硬線控制網(wǎng)絡(luò)+硬線控制數(shù)字化+集成化控制列車控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)：……二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐（五）新型列車控制系統(tǒng)1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀：“大網(wǎng)套小網(wǎng)”、數(shù)據(jù)高速傳輸受限、互聯(lián)互通困難制式多樣、接口繁雜、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、通信設(shè)備繁多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、傳輸速率短板、協(xié)議開放性差可靠性不高、互聯(lián)互通困難和運(yùn)營(yíng)管理效率低既有列車網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐問題解決方案：列車集成控制①中間控制環(huán)節(jié)多、各系統(tǒng)軟硬件接口多、牽引制動(dòng)控制效率低②控制功能分散、重疊，設(shè)備與布線重復(fù)③整車控制性能未得到充分發(fā)揮、控制未有機(jī)聯(lián)動(dòng)制動(dòng)控制響應(yīng)延時(shí)大列車進(jìn)站沖欠標(biāo)閘瓦磨耗大車輛HMI/信號(hào)DMI制動(dòng)速度傳感器/信號(hào)編碼里程計(jì)車輛定位檢測(cè)/信號(hào)電子地圖TCMS、LCU、DCU/EBCU重復(fù)采集硬線節(jié)點(diǎn)雨天黏著控制EED非區(qū)間授權(quán)控制正線保壓制動(dòng)緩解控制車門站臺(tái)門自動(dòng)對(duì)位隔離控制（五）新型列車控制系統(tǒng)2.列車控制功能現(xiàn)狀：

車輛信號(hào)“大小腦不協(xié)調(diào)”，各系統(tǒng)“堆積木設(shè)計(jì)”，功能重疊，控制效率和效能低二、地鐵列車控制系統(tǒng)發(fā)展的思考與實(shí)踐牽引控制響應(yīng)提升53%、制動(dòng)控制響應(yīng)提升40%可平均提升制動(dòng)控制響應(yīng)時(shí)間45.71%系統(tǒng)簡(jiǎn)約化設(shè)計(jì)，設(shè)備設(shè)施約核減40%控制、診斷、運(yùn)維于一體，打破系統(tǒng)技術(shù)壁壘降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和減少信號(hào)重復(fù)采集，IO減少60%；實(shí)現(xiàn)整車的硬線信號(hào)的共享和提升數(shù)據(jù)可靠性；與車載ATP匹配，實(shí)現(xiàn)整車全鏈路控制功能的SIL4安全等級(jí)的全電子聯(lián)鎖。3.解決方案：網(wǎng)絡(luò)與控制集成，分步實(shí)施一場(chǎng)列車控制技術(shù)的革命統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建列車控制與數(shù)據(jù)一體的“高速公路”“兩腦合一”，精細(xì)化設(shè)計(jì)，節(jié)能增效、充分發(fā)揮控制性能①網(wǎng)絡(luò)集成：統(tǒng)一通道，掃除傳輸障礙②列控VCU與車載信號(hào)ATO集