子系统设备构成及功能

任务1　ATS子系统设备构成及功能

【场景设计】

在多媒体教室展示城市轨道交通信号ATS子系统的设备图片或视频资料（有条件的可在城市轨道交通系统的控制中心或正线车站信号设备控制室进行现场教学）。

【知识准备】

城市轨道交通信号ATS子系统由硬件和软件构成。信号ATS子系统按设备处所分为控制中心设备、车辆段/停车场设备、试车线设备、正线设备等；按实现功能分为正线监控设备、车辆段/停车场监控设备、车辆段派班室设备、模拟培训设备等。

一、中央ATS子系统主要设备

中央ATS子系统由设备、电缆、计算机、计算机外设、网络、计算机软件等构成。ATS子系统通过数据网络与其他CBTC子系统交换数据和命令。

以西安地铁2号线为例，ATS系统设备配置见第1篇项目1任务2的图1.2。

1.ATS子系统服务器

①ATS主机服务器：2台，主/备配置，用于运行ATS集中运行控制应用软件。负责全线的ATS系统功能。这些服务器主要完成列车追踪，自动调度，自动进路，自动列车调整和控制请求确认等。主机服务器还与时钟系统接口。

②ATS数据库服务器：2台，主/备配置，用于运行数据库报表生成应用软件。数据库服务器持续存储接收到的事件、ATS用户控制请求，ATS自动控制请求、报警，并为用户生成包含所有这些数据的报告。

③ATS通信服务器：2台，主/备配置，用于运行和非ATS子系统通信的通信应用软件，通过ATS接口服务器和外部系统通信。ATS通信服务器是两台同样的服务器，运行与外部系统通信的软件，通过接口服务器与外部系统进行通信。这些服务器处理所有从外部系统接收的数据（通过接口服务器），并向外部系统发送其所需数据（同样通过接口服务器）。其他CBTC子系统接口包括Microlok，DSU/FRONTAM，ZC，CC。

④ATS接口服务器：1套，主/备配置，用于处理ATS通信服务器和外部系统之间的通信。ATS接口服务器是工作在正常/备用配置下的冗余服务器，无论外部接口是通过串口或是网络连接，接口服务器提供与其他CBTC子系统和外部系统间的接口和协议转换。一台接口服务器（IFS）放置于OCC，另外一台接口服务器（IFS）放置于远程后备站。控制中心的IFS是首选的IFS并且默认在线，远程后备站的IFS在中心IFS失效的情况下接管，处理与外部系统的通信，直到中心的接口服务器（IFS）恢复。

接口服务器应用软件处理ATS和外部接口之间的协议。ATS会发送必需的信息给接口服务器，接口服务器将转发相应格式的信息给外部子系统。

对于ATS和外部系统间的串行连接，通过终端服务器连接到网络上，并在ATS和外部系统之间传送数据包。这种方式的外部系统接口包括无线、PDI和DPO。其他外部子系统是通过网络交换机连接到DCS上的。通过这种方式连接的外部子系统包括ISCS和OPS。

⑤ATS培训服务器。ATS培训服务器是一台单机服务器，提供与正常ATS服务器环境相关的培训工作站，并具有培训ATS的用户的仿真功能。

⑥终端服务器：提供与其他系统的接口。如果其他系统要求信号系统提供以太网接口，卖方负责提供并保证接口安全。终端服务器提供通信网络与外部系统之间的串口连接。终端服务器为通信服务器和外部系统的数据信息提供通道。

图2.1为ATS机柜内服务器布置，图2.2为ATS机柜及磁盘阵列。

图2.1　ATS机柜内服务器

图2.2　ATS机柜及磁盘阵列

2.网络交换存储设备

配备10/100/1000 BaseTX交换机，用于处理连接到双以太网LAN的设备间的数据信息。

存储区域网络（SAN）：配置为RAID的模块化智能阵列存储单元连接数据库服务器。

3.工作站

控制中心的ATS工作站有以下3种基本类型：ATS工作站，ATS“支持”工作站、大屏幕显示工作站。

（1）ATS工作站

用于监视、控制线路和列车运行。一般包括调度长工作站1台、调度员工作站2台。

调度员工作站和调度长工作站，各配置3台LCD显示器，有控制全线（所有区域）的能力；调度员可以根据其权限来选择或者取消控制区域。

（2）ATS“支持”工作站

用于ATS系统维护，ATS用户培训、列车时刻表的生成及管理等。一般包括系统管理员工作站、培训/仿真工作站，时刻表编辑工作站。

系统管理员工作站是一套单工作站，配有两台显示器用于监控和维护ATS系统。这台工作站中具有ATS软件、图形图表和更新的数据库等。主要功能如下：安装和更新ATS软件、设置/删除ATS用户账号、监视软件进程、数据存档/恢复等。

①培训/仿真工作站。配置4台显示器，用于处理和显示请求和指示。工作站与培训服务器相连。授权的培训人员可以在这些工作站上模拟故障和其他状态对调度员进行培训。

②时刻表编辑工作站。配置1台显示器，用于生成并编辑基本的时刻表，并将时刻表载入ATS系统用于自动运行。

③应急指挥中心工作站。配置1台显示器，对全线列车运行情况进行监视。

（3）大屏幕显示工作站

通过人机界面为行车人员提供ATS图形显示信息，用于处理和显示请求及指示。

（4）网络打印机

用于打印报告、列车运行图及故障报表。

（5）远程终端设备

除控制中心设备外，ATS子系统还有其他几种远程终端设备，分别是：ATS车站工作站，ATS车辆段/停车场工作站和试车线工作站。

二、车站ATS子系统主要设备及功能

车站ATS子系统主要设备包括：ATS/LCW车站工作站、车站控制计算机SCC、维护支持工作站MSW、打印机等。

设备集中站也配备了现地控制工作站（LCW）。LCW是直接与Microlok连接的计算机。在ATS不可用的情况下，LCW允许调度员或维修人员对该联锁区域实行有限的监测和控制操作。

1.ATS车站工作站

ATS车站工作站通常设置在集中联锁站，一般配置一台ATS单机工作站，并配有相应显示器，ATS工作站用来提供列车运行的本地显示，显示当前设备及列车运行的状态，取得授权后，实现对本地联锁区域的控制功能。

联锁区域内的ATS车站工作站的运行与控制中心ATS中央调度工作站的运行相似。一般情况下，ATS车站工作站用来监视本联锁区内列车运行的状况，不需要对本联锁区域进行控制。车站工作站集成了联锁区的ATS车站工作站和本地控制工作站（LCW）的功能，ATS与LCW使用不同的设备接口。

车站工作站设置在设备集中站的本地调度室。车站工作站通过接入交换机（AS）接入数据传输网络（DCS）网络，并通过串口连接到本地联锁设备，如图2.3所示。

图2.3　系统结构示意图

在正常运营条件下，该工作站可实现车站ATS工作站的监控功能；在降级运营模式下，如果ATS设备故障导致不可用时，车站工作站使用现地控制工作站的功能，实现本地列车监控功能。

可以通过两种方法实现对联锁区域的控制，第一种方法是通过ATS车站工作站向控制中心中央ATS申请控制权，此时中央ATS工作站可以授权，也可以拒绝车站ATS的申请；第二种方法是联锁区域的紧急控制，这种方式是本联锁区的车站ATS工作站通过约定的协议进行旁路请求中央ATS授权；当中央授予控制权并被车站ATS接受时，此时中央ATS工作站用户只具备本联锁区的控制权，不具备对全线的控制权，只能为当前车站的列车/设备发送请求信息。需要交回控制权时，ATS车站工作站用户通过选择并执行解除控制权功能实现交换控制权操作。

根据需要，将某一个ATS车站工作站设置成为控制中心的后备站，能够在紧急情况下，当本地调度员退出登录授权调度员并以控制中心调度员的身份登录时，可以进行全线控制。当紧急情况恢复后，全线的授权将返回给控制中心，本地调度员仍然只控制本联锁区域的范围。根据需要配置车站ATS服务器设备，主要包括一套远程ATS主机服务器、远程ATS通信服务器。用于当中央ATS服务器不可用时，车站ATS服务器为中央ATS服务器提供第三级备份服务。

和一般联锁集中站的设备不同的是，需要在车站设置一套远程ATS主机服务器和远程ATS通信服务器。以实现在中央ATS服务器不可用时，这些服务器为中央ATS服务器提供第三级备份服务的功能。

在正常操作下，ATS功能在OCC的ATS系统中实施。然而，在紧急情况和特殊情况下，在车站的人员可取得本OCC对该区域实施的控制权，并由轨旁控制设备执行ATS功能。此类功能包括获取和归还对该区域的控制权、设置进路、快速通过和开放信号、控制转辙机和其他轨旁现场设备。

2.发车指示器系统

发车指示器系统由车站引导控制计算机（SCC）和站台发车指示器组成。如图2.4所示为站台发车指示器。

图2.4　站台发车指示器

SCC从ATS系统接收有关发车内容信息，处理后在本站发车显示器上显示，同时将发车显示器的故障报警信息通过网络传送给维修子系统。

3.信号维护支持子系统

信号维护支持子系统SMSS通过实时监测反馈设备工作状态，帮助信号维护人员分析设备异常及隐患，辅助处理故障，是加强设备管理、反映设备运行质量、提高维护效率的重要行车设备。SMSS监视控制中心，车站，轨旁，车载设备及试车线设备，有报警时发出图像和声响通知。设备主要由服务器、工作站组成。

车辆段维修中心设置两台维修支持工作站MSW，负责全线维修。

控制中心设置一台MSW，这台MSW不采集维修信息，与中心维修服务器CMS结合，负责监视全线，实现维修功能，如图2.5所示。

图2.5　控制中心ATS维护工作站

设备集中站和试车线各设置一台MSW，MSW与CMS进行通信，提供其所辖区域内的有关车站ATS、MicroLok Ⅱ、信号机、计轴、PDI、ZC和Frontam维修信息。

维护监测子系统的显示分为实时数据和历史数据两种，实时数据以报表实时刷新方式显示；历史数据是从中心维修服务器CMS调取数据，在本地维修支持工作站MSW上显示，分为报表和图形两种方式。

三、ATS车辆段/停车场工作站

停车场和车辆段分别设置两台单机工作站，各配备相应的显示器。车辆段/停车场工作站有两种类型：派班计划工作站和车辆段监视工作站。

1.车辆段/停车场监视工作站

在车辆段/停车场信号楼内设置监视工作站，如图2.6所示。用于车辆段/停车场的行车值班员依据ATS列车时刻表，为车辆段/停车场的列车进出计划提供支持信息。设置两台工作站，其中一台用于行车计划切换，放在司机派班室，用于正线运行和返回车辆段/停车场列车行车计划的调整；另一台则用于根据ATS列车时刻表，为进出车辆段/停车场的列车进路计划提供支持信息。

图2.6　车辆段/停车场工作站

2.行车计划切换工作站（派班工作站）

在停车库司机派班室设置一台车辆段/停车场派班工作站，用于列车在正线运行以及返回车辆段/停车场所需的换班计划。通过ATS车辆段/停车场派班工作站的人机界面可以访问列车列表，包括存车线上的列车，以及根据当前计划时刻表运营所需要的列车列表。在运营所需车辆列表中，用户可以为每辆列车匹配相应的车辆固定标识（PVID）和司机身份标识（ID），并临时存储该数据，以便其他用户进行访问，例如车辆段ATS工作站的调度员。

3.ATS试车线工作站

在试车线信号设备室设置一台单机工作站，配备相应的显示器，该工作站提供试车线的本地控制和监控，试车线独立于正线CBTC系统。目的是提供信号或车辆的车载ATP和ATO的静态、动态功能测试平台，提供例如车站停车，屏蔽门和车门功能，自动折返，轮径检测以及在安全停车点停车之类的安全功能测试。如图2.7、图2.8所示分别为试车线工作站和控制盘。

图2.7　试车线ATS工作站

图2.8　试车线控制盘

四、ATS培训子系统终端设备

ATS培训子系统运行ATS集中运行控制培训软件，真实地模拟了地铁运行环境中的所有设备状况，响应从ATS用户和ATS训练子系统的自动功能提供的输入。系统主要用于培训操作员和调度员，ATS培训子系统是一个独立的、离线子系统，不控制真实的地铁。

按照训练环境与在线监视和控制环境逻辑，ATS培训子系统隔离设计，构成独立的网络。如果需要，能够将其与正线信号系统的骨干网相连接，可通过使用独立消息软件，独立连接端口和独立的处理软件登录账号实现连接。

在培训环境中，列车工作站具备行车调度或行车调度长工作站的所有功能。在紧急情况下，列车工作站可用作常规ATS工作站使用。

【任务实施】

1.布置任务（认知城市轨道交通信号系统设备分布特点，中央、车站ATS子系统设备的构成及功能，车辆段/停车场工作站的分布、特点和功能，建立城市轨道交通信号ATS子系统的基本框架），明确目标；发放相关学习资料和引导文。

2.学生分组（6～8人一组），按照任务分工设定学习目标，制订小组学习计划。

3.小组通过查阅城市轨道交通信号系统的有关资料，结合教材及教学资料、图片等资源，根据引导文规定的内容进行学习、讨论，初步认知城市轨道交通信号ATS子系统设备的分布、特点及功能，建立城市轨道交通信号ATS子系统的整体框架。

4.完成学习之后，小组内进行学习交流（注意记录交流合作的过程与收获）。小组选派代表，交流汇报本任务的完成情况。

5.小组间进行互评，教师进行评价。

6.完成规定的自评、互评表等文件并汇总上交。

【思考题】

1.中央ATS子系统主要由哪些设备构成？

2.车站ATS子系统包括哪些设备？主要功能是什么？

3.ATS子系统的工作站怎样分布？主要完成什么功能？

4.ATS培训子系统有什么功能？