浅析列车自动监控系统与列车自动防护系统接口设备故障

曾薇

摘要：近年来随着城市轨道交通的高速发展，基于无线通信的列车自动控制系统在城市轨道交通中得到了普遍应用。而网关计算机作为列车自动监控子系统与列车自动防护子系统的接口设备，对列车自动控制系统正常运行具有重要作用，本文主要阐述了网关计算机的功能，并以典型网关计算机故障为例，详细分析了故障原因、故障判定方法和处理措施。

关键词：网关计算机；表示信息；接口；ATS；ATP

1网关计算机功能

网关计算机是列车自动监控子系统（ATS）与列车自动防护子系统（ATP）的接口设备，主要用于ATS设备和ATP设备的数据通信，并进行隔离防护。网关计算机内的APDS是ATS的接口模块，负责与ATS接口，而PDS是ATP的接口模块，负责与ATP接口。网关计算机设置在一级设备集中站，连接车站ATS分机和轨旁ATP设备。

车站ATS分机即车站ATS处理单元，是ATS系统重要处理设备，主要功能是：进行列车识别与追踪，下达列车调整命令，与联锁、ATO系统、ATP系统进行数据传输，自动触发进路等功能。

轨旁ATP即地面ATP核心处理设备，其主要功能有：追踪列车运行，确定列车位置；进行列车防护和进路防护，确定移动授权；与联锁形成接口，发送命令到联锁，读入和监督联锁状态；控制站台屏蔽门等功能。

车站ATS分机一方面通过网关计算机接收来自轨旁ATP的站场表示、列车状态、列车位置报告、报警等信息，另一方面通过网关计算机发送信号设备控制命令、站台控制命令、临时限速命令、列车调整等信息给轨旁ATP系统执行。具体接口方式如下图所示。

图1ATS子系统与ATP子系统的接口方式

2常见故障分析

当网关计算机A机和B机都故障时，将会导致该联锁区ATS与ATP通道传输信息中断，整个联锁区无表示信息也无法下达操作命令，且不再触发进路，导致所有列车在移动授权终点停车。

而网关计算机具有双机热备功能，倘若一台网关计算机出现问题，如网关计算机死机、网关计算机与ATS分机接口断开连接、网关计算机与轨旁ATP断开连接等故障时，正常会切换至另外一台网关计算机，此时网关计算机仍然能正常工作。

然而还存在一种异常的情况，一台网关计算机出现通讯通道阻滞，而ATS与ATP接口程序又未完全断开，导致不能正常切换至另外一台网关计算机，此时也将会造成该联锁区无表示信息也无法下达操作命令，且不能触发进路，导致所有列车在移动授权终点停车。下面详细分析此类型故障。

3典型故障分析

3.1故障现象

在ATS的终端界面上显示联锁区表示信息停滞，站场表示信息不再发生变化：即后续联锁区的所有站场表示信息均未更新，后续进入该联锁区的列车，在ATS终端显示界面上列车的位置表示信息消失。且该联锁区不再触发进路，导致所有列车在移动授权终点停车。

3.2故障分析

根据现场故障现象可知，首先故障影响是整个联锁区，其次列车是在移动授权终点停车，未产生紧制，可判定是非安全相关设备故障，最后在ATS运行维护终端监测到ATS分机与网关计算机B通道故障。综上可将故障可定位在轨旁ATP和ATS的通信链路上，此链路主要包括三个部分：网关计算机；网关计算机与轨旁ATP接口；网关计算机与ATS接口。

根据上述定位，可现场排查以下两个相关联的问题是否存在：

问题一是ATS保护机制问题。正常情况下，ATP发送给ATS的全局包通常在1秒钟内完成，但是为防止网络受干扰，ATS增加了一个防护机制，将一包数据的接收时间设置为10秒，如果超过10秒，则视为此全局包丢失，为了能快速恢复通道，接收后续信息，会将计数器清零。

现场需查看ATS分机、APDS、PDS及轨旁ATP的日志，如发现APDS接收PDS发送的全局包超过10秒，可确定网关计算机B内PDS与APDS通讯通道发生了阻滞，此时ATS启动了保护机制。但是由于ATS与ATP接口程序未完全断开，无法切换至备用通道。所以超时后全局包未完全丢失仍在持续发送，而此时的全局包中设备表示帧的序列号均为“0”，ATS会优先处理这些数据包，而正常表示信息数据包中的表示信息计数器与“0”相比优先级较低，不满足ATS的处理条件，故会将这些正常表示信息数据包丢弃不处理。从而会导致表示信息显示停滞。

问题二排查网关计算机是否存在蓝屏等现象，如是则可确定上述通道卡滞现象是由网关计算机B硬件或操作系统问题导致。

3.3故障原因

此类型故障ATP与ATS遵循了故障导向安全原则，在通信故障情况下，按系统安全设计理念作出了停车反应。

根据以上分析，导致此类型故障的原因，首先是网关计算机B发生内部通讯链路故障，造成PDS与APDS通讯通道阻滞；其次是ATS系统在通道通讯阻滞情况下，防护机制不完善，导致显示不更新。

3.4应急处理

3.4.1确定此类型故障方法

当运营时间发现某一联锁区所有列车的位置长时间不变化时，行车调度需进行验证操作：在该联锁区选择当前运营交路不会转动的道岔执行单锁操作，若显示道岔未处于单锁状态，则可初步判断发生该类型故障。也可采用其它如封锁信号机、封锁区段等操作进一步验证。

然后，由维修人员登录行调判断有故障联锁区主用的ATS分机。如果发现持续刷新缓存中连续表示计数器为“0”，则确认发生该类型故障。

3.4.2处理措施

首先，维修人员登录故障联锁区ATS分机，利用命令清除缓存中的表示计数器，使其不再为“0”，恢复通讯通道，接收后续信息。

若上述措施无法恢复故障，则同时重启故障联锁区的网关计算机A机和B机，再重新启动故障联锁区的ATS分机设备。

若上述措施还无法恢复故障，则同时重启故障联锁区的轨旁ATP和网关计算机A机和B机，随后重启故障联锁区的ATS分机设备。

若执行上述处理措施后，站场信息能够正常更新，执行道岔单锁操作后，能够显示道岔处于单锁状态，则判定故障恢复。

3.5优化建议

针对上述APDS接收PDS发送的全局包超过10秒，而ATS与ATP接口程序又未完全断开，不能切换至备机的情况，ATS系统可优化ATS的防错机制，保证ATS能在该异常情况下，进行与ATP接口重连，重连能保证ATS与ATP通道切换至备用通道，提高系统在上述异常情况下的可用性。

4总结

网关计算机是列车自动控制系统的重要设备，主要用于列车自动监控系统和列车自动防护系统的接口通信。本文主要介绍了网关计算机的功能，分析了具体网关计算机故障，并介绍了详细的故障判定方法及处理措施。希望可以对处理网关计算机问题有一定的参考作用。

参考文献：

[1]胡锦秀.深圳地铁罗宝线ATS故障分析及对策[J].工程技术，2012.

[2]李乐.城市轨道交通信号系统[M].重庆大学出版社，2013.

[3]李巍巍,沈涤凡.地铁综合监控和信号系统接口实现[J].工业控制计算机.2011