王锡波摘张建新徐美玲 冗余配置。整体各子系统之间的数 据传输系统由设备层、中间传 要：通过对深圳地铁一期信号数据传输系统的分析，从设备 层、中间传输层及现场设备层逐一介绍其工作原理及设备特点。信号 系统通过８０２．５、ＯＴＮ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等通信协议使控制中心与现场设备 大量的数据交换成为可能，分布性、可靠性与扩展性都得到了极大的 提高。 输层和现场设备层等３层结构组成 （图１）。 １．１设备层 图ｌ所示，级设备是～个典 关键词：ＯＴＮ传输网络；８０２．５协议；Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线；地铁信号 型的分布式系统，根据模块化设计 ０引言 深圳地铁一期工程包括１号线 东段（设车站ｌ５座地下车站，全长 约１７．２５ ｋｍ）和４号线南段（设车 计算机均采用符合信号“故障一安 规则，系统功能被划分为若干个块 全”原则的“三取二”或“二取二” 功能，分别由各个服务器实现，如图 由 站５座地下车站，全长约４ｋｍ）。一 期工程信号系统设备由德国西门子 公司提供。其中数据传输的安全性 和可靠性对于列车运行控制系统至 关重要，为此，重点对整个系统的数 ：央 设 备 层 由 据传输结构及通信方式进行描述与 分析。 间 传 输 层 １ 数据传输系统网络结构 深圳地铁一期信号系统属准移 动闭塞系统，该西门子系统采用了 标准的模块结构和接口电路，适应 性强、易于扩展。全套ＡＴＣ系统包 括计算机联锁系统（ＳＩＣＡＳ），列车 现 场 设 备 层 自动防护系统（ＡＴＰ），列车自动驾 驶系统（Ａ Ｔ Ｏ）和列车自动监督 （ＡＴＳ）等４个子系统组成。各有关 图１ 数据传输系统结构简图 王锡波：深圳地铁集团运营分公司自动监控部，硕士研究生，广东深圳５１ ８０４０ 琐代垣巾轫瞳交嗣４／２０１０ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ ０ ｌ中ＡＤＭ（管理服务器），Ｒｅｐｏｒｔ 地铁各站的现场设备距离较远，如 信模块ＣＰ５４４板与ＯＴＮ冗余通信， （报表服务器），Ｆａｌｋｏ（时刻表服务 何将现场的信号设备与控制中心的 实现与设备层的联结。ＲＴＵ与 器），ＭＭＩ（人机交互接口）分别实 服务器网络实现通信，则由开放式 现场设备之间使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线实 现数据存储、报表服务、时刻表及人 传输网络（ＯＴＮ，Ｏｐｅｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 现通信。 ３．１ Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线 机交互功能，所有功能块又通过 Ｎｅｔｗｏｒｋ）这个中间传输系统来实 １．ＬＡＮ（局域通信网络）进行数据通 现…。ＯＴＮ是德国西门子ＡＴＥＡ公 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ是一种国际化、开放 信由ＣＯＭ（通信服务器）组合在一 司开发的面向专网应用的开放式传 式、不依赖设备生产商的现场总线 起，实现对现场设备与列车的控制 输网络。ＯＴＮ利用最新的光纤技术 标准，广泛适用于制造业自动化、流 ＬＡＮ是建立在以太网ＩＥＥＥ８０２．３协 建立一种传输系统，传输距离几乎 程工业自动化和楼宇、交通电力等 议基础上的１００Ｍ容量的通信网络， 没有。 采用总线型拓扑结构，任一服务器 领域。Ｐｒｏｆｉｂｕｓ由３个兼容部分组 由于ＯＴＮ的主要操作都是在 成，即Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ ＦＭＳ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＰＡ。 故障并不影响网络上其他服务器通 ＯＳＩ模型的物理层中，它对高层的 信，同时为确保整个信号系统设备 各种协议都是透明的传输。ＯＴＮ网 （１）Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ用于现场层 的时钟同步，系统通过ＳＩＣＬＯＣＫ 通过０ＴＮ节点机采用点对点链接 的高速数据传送。主要采用主／从 （时钟）提供标准ＧＰＳ时钟，以报文 方式互连并形成２个方向相反的环， 通信模式，主站周期地读取从站的 形式传递至整个信号系统设备，当 分别称为主环和次环。正常运行时， 输入信息并周期地向从站发送输出 ＧＰＳ时钟故障时，ＳＩＣＬＯＣＫ将使用 与ＯＴＮ相连设备的数据被发送到 信息。 自己内部时钟，当ＳＩＣＬＯＣＫ失效 主环上，次环处于备用状态并与主 （２）Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＦＭＳ的设计旨 时，系统将使用核心服务器ＣＯＭ的 环保持同步，以便监视系统的可用 在解决车间监控级通信。主要采 时钟。为了提高级设备的可靠 性。紧急情况下，次环能部分或全 用主／主通信模式，在这一层，可 性，服务器与通信设备均采用硬件 部接管所有数据的传输。当主／次 编程序控制器（如ＰＬＣ。ＰＣ机等） 冗余结构，任何单一设备故障均可 环光纤都断开时，与断开点相邻的 之间需要比现场层更大量的数据 迅速切换到备用服务器或备用信息 的两个节点自动将输出光纤上的信 传送，但通信的实时性要求低于 通道，不会造成系统瘫痪。 息回送到同一节点上的另一环上的 现场层。 （３）Ｐ ｒＯｆｉｂｔｌ Ｓ—ＰＡ适用于 ＰＣＵ为过程耦合单元，由Ｓ５— 输入光纤，从而形成回环，使系统 １ ５５型ＳＩＭＡＴＩＣ控制器（ＰＬＣ）及 继续保持工作，并将故障段隔离。当 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ的过程自动化。ＰＡ将自动 各通信模块组成，各通信模块与 节点机出现故障时，与该节点机相 化系统和过程控制系统与压力、湿 ＰＬＣ之间是通过Ｓ５可编程控制器 邻的两节点机自动将输出光纤上的 度和液位变送器等现场设备连接起 的ＤＨＢ数据管理功能块进行信息 信息回送到同一节点上的另一环上 来，ＰＡ可用来替代４～２０ ｍＡ的模 交换的。这种具有进程监控的Ｓ５控 的输入光纤，从而形成回环，并隔 拟技术。 制服务器通过２块通信处理模块 离该节点机，使其他节点系统继续 ３种Ｐｒｏｆｉｂｕｓ均使用一致的总 ＣＰ１４３ＯＴＦ连接ＬＡＮ网络和 保持工作，等待该故障节点机修好 线存取协议。该协议通过ＯＳＩ参考 ２块通信模块ＣＰ５４４连接ＯＴＮ传 后，再切换到主环工作，保证了系 模型的第２层来实现【２Ｊ。在Ｐｒｏｆｉｂｕｓ 输网络，实现级设备与现场设 统的可用性，同时也为系统提供了 中，第２层称为现场数据链路层 备冗余通信，并负责处理和发送各 高可靠性。 种信息报文，为外系统设备提供信 １．３现场没备层 息接口。 （ＦＤＬ）。 １．３．２现场设备数据传输 如图ｌ所示，为实现现场设备与 如图ｌ“现场设备层”所示，现 １．２中间传输层 设备通信功能，在地铁每一联 场设备的数据传输由３条的总 如图１“中间传输层”所示，由 锁站均设置有与ＰＣＵ相似作用的 线通道组成，其中系统总线与联锁 于位于控制中心的服务器与分布在 ＲＴＵ（远程终端单元）使用两块通 总线联结全线的所有联锁站，实现 ＠ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮ￥ｆ ４１２０１０坝代城市轫值交匠 信号设备关键的联锁功能。此外 （２）联锁总线。联锁机ＳＩＣＡＳ 现场设备层通过这３条Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ＲＴＵ使用一条的站台设备总线 及轨旁ＡＴＰ机柜经由总线主控组件 把单个分散的信号设备连结成可以 实现对本联锁区的所有站台设备进 ＢＵＭＡ板及光缆链路组件ＯＬＭ用 相互沟通信息、共同完成各种自动 行控制。由于３条总线上的设备距 光缆接人联锁总线。与系统总线相 控制及设备监控的整体，为的 离均分布比较远，故采用光纤做为 似，联锁总线也采用Ｐｒｏｆｉｂｕ－ＦＭＳ 集中控制提供了一个安全、可靠的 总线的传输介质，不受电磁干扰影响， 通信，联锁总线上采用主／主通信模 平台。 适用大范围，电隔离等特点。各通信 式。通过联锁总线实现各联锁区间 节点使用光／电转换模块（０ＬＭ） 的ＳＩＣＡＳ与ＡＴＰ联锁信息的交换。 ２结束语 接人。３条总线均采用总线拓扑，在 运行期间，接入和断开１个或几个 站不会影响其他站的工作。 （１）系统总线。系统总线实现 了ＲＴＵ，ＬＯＷ／Ｃ ＬＯＷ（现场工 作站），ＳＩＣＡＳ（联锁计算机）等设 备之间的数据通信。总线采用 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＦＭＳ通信协议，采用主／ 主通信模式，总线访问控制方式采 用令牌传递的方法。令牌传输方式 保证了访问总线的权利在精确定议 的时间内被分配。令牌作为一种特 殊的信息帧，由１台主站向下１台 主站传送总线访问权。系统总线上 所有设备均为主站，每个站均分配 唯一的总线地址，轮流获得总线访 问控制权发送和接受数据。站点可 在任何时间点从总线中接入或断开， Ｐｒｏｆｉｂｕｓ将自动地重新组织令牌环。 同时总线访问协议有能力发现有故 障的站、失效的令牌、重复的令牌、 传输错误和其他所有可能的网络失 败，并通过ＯＬＭ自动将故障点隔 离。所有的联锁控制信息均通过系 统总线传递给ＳＩＣＡＳ联锁设备，同 时现场各联锁设备状态及报警也通 过系统总线反馈回及站级人机 交互计算机。为提高总线的可靠性， 系统总线采用了双通道冗余方式， 两条配置完全一样的总线同时工作 并同步，当一条总线故障时不影响 信号系统正常工作。 此外，ＳＩＣＡＳ通过单独的ＢＵＭＡ板 信号系统（ＡＴＣ）对于确保城 以ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线以主／从模式连接 市轨道交通列车的运行安全和提 Ｅ Ｓ Ｔ Ｔ（电子元素接口）柜中的 高行车效率起到必不可少的作用。 Ｗｅｓｔｅ（道岔控制模块），Ｌｉｓｔｅ（信 信号系统因为数字技术和自动化 号机控制模块）与Ｓｔｅｋｏｐ（状态采 技术的介入，在快速、高效、安全 集驱动模块板），实现对道岔，信号 的数据传输之上，获得行车的高效 机的控制及轨道电路信息的采集功 集中控制。本文通过对深圳地铁一 能。该总线也采用双通道冗余方式， 期信号系统数据传输系统网络组 保证系统在单通道发生故障时不影 成、传输方式等介绍与分析，旨在 响信号系统正常使用。 为信号设备的维护及故障处理提 （３）站台设备总线。站台设备总 供参考。 线采用了Ｐｒｏｆｉｂｕ－ＤＰ通信协议。光 纤Ｐ ｒｏｆｉｂｕｓ ＤＰ是一种成本优化的 参考文献 光纤解决方案，且通信速率达到 ［１】黄国胜．ＯＴＮ在城市轨道交通中 １２ Ｍ。ＲＴＵ通过ＩＭ３０８Ｃ通信模块 的应用［Ｊ］．铁道通信信号，２００４ 控制本联锁区所有车站的ＤＴＩ（发车 （７）． 指示器）、ＰＩＩＳ（旅客信息与指示系 ［２］宋明中．ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线及 统），并通过ＥＴ２００终端控制ＰＡ（站 其应用技术［Ｊ］．自动化与仪表， 台广播设备）、ＬＣＰ（本地控制盘）等 ２００４，１９（６）． 站台设备。其通信模式采用主／从轮 ［３】张济民，吴汶麒．西门子的城市 询方式。ＲＴＵ为总线内唯一主站， 轨道交通信号控制系统分析［Ｊ】． 其余所有设备均为隶属于它的从站， 城市轨道交通研究，１ ９９８，１ ＲＴＵ轮流发送信息给从站或从从站 （３）：４１－７３． 获得信息。的所有站台控制信 ［４］杨静．西门子信号系统在中国城 息均传送到ＲＴＵ，ＲＴＵ再控制相 轨交通的应用［Ｊ］＿现代城市轨道 应站台设备工作，同时从站台设备 交通，２００７（３）：５２－５３． 读回设备工作状态及故障诊断信息 ［５】吴汶麒．国外铁路信号新技术 回传到。由于站台设备均非联 ［Ｍ】．北京：中国铁道出版社， 锁关键设备，故该总线仅采用单通 ２０００ 道工作方式，当通道中断时所有站 台设备将关闭显示，符合故障一安 收稿日期２０１０—０５—２４ 全原则。 啦代墟市轴幔交匠４／２０１０ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ＠
