城市轨道交通机电系统联合调试研究.docx
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城市轨道交通机电系统联合调试研究
第2章系统设备联调及运营演练技术
2.1系统设备联调及运营演练的作用与意义
城市轨道交通工程是涉及专业多、设备多，运载旅客要求的安全性高的一项系统工程，因此，在各条城市轨道交通线路开通运营前，都必须进行设备系统联调工作。
设备系统联调这一新的综合工作，将越来越显现出它的重要性。
为从系统角度检验设备，并施以严格的系统质量控制，近年来，国内外一些城市在城市轨道交通建设过程中将设备总联调作为一个独立环节，如深圳地铁1号线和南京地铁l号线都对机电系统联调进行了独立的招标。
系统总联调可确保全系统的最佳匹配，为大系统的顺利运转奠定坚实的基础。
系统总联调即指各设备及系统间的联合调试，它是在调试好所有子系统的基础上，启动各子系统，使它们在类似运营的条件下带负荷运行，以检验各子系统间的接口关系是否正确、性能是否达到设计要求、运作是否协调，以及能力是否满足各种可能出现的设计预定情况和运营要求，并从整体上检验城市轨道交通大系统运作的可用性、稳定性、安全性。
系统总联调是连接城市轨道交通工程建设阶段和运营阶段的关键环节，其成功与否直接决定了工程能否顺利按时按质完成和开通运营的总目标，是城市轨道交通工程建设的一个重要环节。
2.1.1总联调可以实现最佳整体匹配
就城市轨道交通列车运行而言，线路工程是基础，列车和供电是关键，通信信号与网络是运行和安全的保障，三者是不可分割的整体;从动态观点上来看，三者又可分为移动设备与固定设备之间的有机结合，总联调就是在系统目标协调下寻求它们之间的最佳整体匹配。
1.城市轨道交通建设的系统目标
运输能力:
最大的输送客流量，最短的运行时间及列车运行间隔。
服务质量:
旅客乘坐的舒适性，列车运行的安全与平稳性，售检票的便捷性及车站环境的协调性。
社会经济效益:
投人产出目标合理，社会和经济效益明显。
2.助总联调，实现系统目标协调下移动设备与固定设备的最佳整体匹配
通过总联调实现城市轨道交通各子系统的“综合集成”，城市轨道交通相关子系统的设备出厂前均按规定的技术条件和参数指标进行严格的检验和监测，各子系统所包含的接口条件也经过功能性测试和考核。
然而，符合单项技术指标体系要求的子系统未必能够顺利地构成大系统;或构成一个具有性能指标高、完全符合设计要求的大系统。
因此，需在总联调中经由大系统到子系统的多次反馈与调整方可认定子系统功能结构的完整性与合理性。
在城市轨道交通设备中存在着多方位的接口关系，借助接口来实现各子系统的动态调整，完成大系统的综合集成。
总联调的目的就在于通过对单项目标进行有条件的变换和调整，逐步在整个系统上谋求最优。
所有的设备在其安装完成并通过安装验收之后，即进行设备调试。
设备单体调试的目的是将设备的任何潜在的质量缺陷在早期发现并予以排除，并检查其性能的指标是否符合有关技术标准要求。
而设备子系统（或单站、单所）的调试，则可检查设备间接口，并证实合同中规定的功能指标都己达到。
设备系统的调试重点在于检查其内外部的接口是否全部解决，并验证各个子系统功能的相互匹配，全部技术指标是否已达到设计要求。
该阶段涉及的系统间接口调试，也可视作系统间前期联调的一部分。
尽管地铁是由多个子系统组成的综合性大系统，但仅就地铁列车运行而言，则可以说线路工程是基础，列车和供电是关键，通信信号与网络是运行和安全的保障，三者是不可分割的整体。
从动态观点上来看，三者又是移动设备与固定设备之间的有机结合，联调就是在系统目标协调下，寻求这两类设备间的最佳整体匹配。
任何庞大而复杂的系统，都需要在设计、制定技术规范、制造、安装（或施工）及测试的各个阶段特别注意子系统之间的界面，因为子系统不单独运行，所以各子系统与其他的界面必须检查和验证，以证实其具备所需的功能并且不存在不兼容性。
旅客乘坐地铁列车的安全性、舒适性及平稳性是通过地铁线路与列车的最佳匹配来实现的，线路的高平顺性及曲线半径的合理配置可减小列车的振动和轮轨间的动力作用，使行车的安全和平稳舒适性都能得到保证，轨道和电动客车部件的寿命和维修周期也随之延长;而列车的垂向、横向作用力又反过来明显地影响轨道及路基的稳定性与通过曲线的安全性，严重时将导致轨道变形、不平顺加剧直至出现严重的磨损与破坏。
在现实中，没有不产生动力作用的列车，也没有不产生变形的线路系统联调的任务就是寻求二者之间的匹配。
弓网匹配在常规电气化铁路运输中的矛盾一直比较明显，然而在低净空地铁隧道中所产生的弓网匹配问题却更加突出，除要求役计合理外，还须经联调实现弓网的最佳匹配，尽可能地降低离线率，提高受流质量，延长维修周期。
2.1.2总联调可以实现系统的安全分析
城市轨道交通作为输送旅客的大运量运载工具，不允许发生危及行车安全的事故，因此系统的可靠性要求很高。
首先要通过总联调判别可能出现的故障和涉及范围，其次则是确定系统出故障时能否导向安全，及系统经维修后能否恢复规定功能的能力，也就是说，要确认系统是否具有高可靠性、可用性、可维修性和安全性。
根据系统目标，在联调中按实际功能分析各子系统的安全性:
一种是子系统故障将导致行车事故;另一种则是子系统故障仅影响大系统的局部功能，不致危及行车安全。
对前一类子系统，应设定高可靠度，并据此确定系统部件的寿命期限，如线路轨道结构、电动客车走行部件、制动部件、列车运行控制系统（包括ATS，ATO，ATP）的关键部件等。
至于第二类不危及行车安全的子系统，则不必要求过高的可靠度，可采取定期检修与更换的手段，以恢复规定的功能。
对故障将危及行车安全的子系统，需经联调确认其故障导向安全的性能。
地铁而的运行控制及行车指挥系统在发生故障时，必须以牺牲效率来换取列车的安全运行:
，这种特性应通过系统联调和运营演练加以检验、确定和完善。
2.1.3实现地铁工程的系统性目标
地铁各子系统受专业、经验和其他因素的影响，最终往往局限于各自子系统目标的满足，或者虽在主观上预测它能满足大系统的要求但事实上达不到，需在联调中经由大系统到子系统的多次反馈与调整，方可认定子系统功能结构的完整性与合理性。
地铁系统是由多个相互作用及匹配的子系统构成，是一个有机的集合体，表现出很强的关联性，其特征是各子系统设备间相互联系、相互作用或彼此制约。
因此，在地铁设备中存在着多方位的接口关系，借助接口来实现各子系统的动态调整，完成大系统的综合集成。
也就是说，只有经过对各子系统接口关系的动态联调，才能从整体上完成地铁设备大系统的有机集成。
2.1.4为运营提供技术系统
联调测试将是系统验证和测试过程的一个重要部分。
一系列的电动客车联调测试，包括电动客车/地面通信、监督控制和数据采集系统及信号联调，都将在制造厂、实验基地、现场完成。
这些测试将为其后进行的系统联调测试检验和验收过程的按时完成提供可靠的保证。
系统联调和运营演练的最后过程是系统预运营，包括:
进行所要求的可维修性的预运营测试，采取所要求的日常和紧急维修措施的预运营，以及系统可用性和稳定性的预运营。
通过系统的预运营，以验证系统的技术成熟性与技术可靠性。
2.15保证国产化地铁顺利开通
地铁设备国产化是一项具有深远意义的战略决策，是我国地铁建设蓬勃发展的根本出路。
作为我国地铁电动客车及机电设备国产化的依托工程，地铁电动客车及机电设备国产化率要求高，有些设备是首次应用到地铁系统中。
各系统设备之间或子系统设备之间，大量存在国产化产品和国外产品的组合。
为实现较高的国产化率，一些技术成熟的关键设备采用国产化产品.但相对于系统而言它又是首次应用，存在着系统集成是否成功的风险。
为此，必须进行系统联调和运营演练，以保证国产化设备的顺利开通。
2.1.6提供解决商务争议的依据
地铁系统联调和运营演练是实现地铁建设系统目标的有效措施。
通过联调和演练认证系统的运输能力，包括系统最大的输送能力，最短的运行时间及列车运行间隔;通过联调提高系统的服务质量，实现旅客乘坐的舒适性、列车运行的一安全与平稳性、售检票的便捷性及车站环境的协调性;通过联调认证系统的社会经济效益，以使投入产出目标合理，社会和经济效益明显。
地铁工程系统联调和运营演练方案的指导思想是:
由有经验的、合格的各专业技术人员进行规定的各系统、各项工作的测试、试验和调试，保证测试仪器和试验系统的先进性、可靠性、合法性。
工作将按计划进行合理的部署，协调推进，达到工程按要求开通的最终目的。
运营单位的人员也将参与此项工作及其后的测试，运营单位的管理和技术人员通过与专业化联调队伍的合作，了解各系统性能、系统之间的技术接口系统达到使用功能的工作过程、系统易于出现的故障和解决故障的途径，并由此得到宝贵的在职实践培训。
通过系统联调和运营演练，可验证各子系统或设备是否达到与承包商约定的各项性能指标，检验在大系统工作条件下各子系统是否满足相应承包商合同所规定的要求，并指导各系统承包商和安装承包商在联调阶段的工作。
通过客观、中立的检测记录和试验报告，为业主进行验收及索赔提供各项技术依据。
由此可见，系统联调和运营演练是地铁建设进程中的一个十分重要而不可缺少的环节，应当认真规划和安排，使其发挥应有的作用。
2.1.7为地铁运营提供优质服务
（1）在接近实际运营的情况下考验设备，及早发现设备或事故的隐患，同时测试设备功能的稳定性。
（2）对各设备系统间的技术参数进行配合调整与修改，使其满足运营的实际需要。
（3）对运营人员进行现场培训，积累实际工作经验，检验车站客运、服务设施能力及相关预处理方案，确保全线顺利开通试运行。
（4）检验深圳地铁一期工程的各项与运营有关的规章制度，以及行车组织办法的有效性。
（5）检验调度、司机、车站员工在非正常情况下的组织、协调、应急应变能力，检验非正常情况对运营的影响。
（6）进一步完善车站灭火疏散方案，提高车站员工在火灾初期的灭火疏散自防、自救能力。
检验OCC各调度员的组织能力和司机对火灾事故的处理能力。
（7）检验消防设备设施的协调功能和操作人员的应急处理能力。
（8）检验地铁总部各相关职能部门之间的协调配合能力。
（9）检验地铁公司及政府公安及消防部门在紧急情况发生时的协调及协作效率。
2.2设备系统联调的基本思想与总体构想
2.2.1设备系统联调的基本思路
（1）总联调应以相对独立的时间和具备必要条件的空间作为支撑。
（2）总联调是“合格”设备的调试，不是系统的重构和再生。
（3）制定系统总联调试验大纲及总联调试验实施计划。
（4）在总联调中坚持信息沟通、资源共享。
（5）配置各类必要的测试设备。
2.2.2实施设备系统联调的基础
1.具备的基本要求及先决条件
单系统调试:
各设备系统的调试及其相关的联调，是有其技术上及管理上的接口关系。
在考虑联调开展可能时，应综合考虑以下各有关单系统调试的先决条件:
（1）工地安装测试检查完成，设备达到品质标准，测试报告经审查批核。
（2）部分系统测试检查完成，各设备在个别站场设备室（如车站、车辆段、OCC）单独功能合乎规格，测试报告经审查批核。
（3）各设备系统调试完成，各子系统完成整合，全线设备得到联系，全系统功能合乎规格，测试报告经审查批核。
（4）注意部分系统功能需配合其它系统来验证（如牵引供电系统的最大负荷测试），其系统调试将待系统联调阶段方可完满完成。
接口完成:
联调是两个或以上的系统连接接口的功能测试，所以联调的前提要求是单系统调试成功，同时连接两系统的接口亦已根据施工图和设计文件安装完成。
稳定供电:
当进入联调阶段，为避免影响测试的进行和测试结果，稳定的供电是必要条件之一。
如有停电安排必须预先通知各联调项目组，做出合理的安排和配合。
检查限界:
当进行有关车辆联调测试之前，必须确保列车经过地方的限界内，;受有任何设备或对象侵入，以免造成对列车的损害及意外。
人员配合:
联调测试开始之前，联调项目组负责人及有关系统负责人必须对联调细则内容，包括测试目的、测试前的要求、测试程序、测试中安全事故、处理紧急意外程序有充份了解和适当人手设备安排，才可以依计划编配的时间进行
2.接口管理
地铁设备系统的接口资源管理是设备总联调的核心，也是总联调工作的难点，接口资源管理的优劣直接影响到大系统性能和能力的发挥。
现以对称的二维矩阵表述地铁各子系统设备的界面与接口关系如表2-1所示。
可见，其相关性较强和接口界面较为复杂的是地铁车辆与综合自动化等子系统，故在总联调过程中这类子系统应视为重点调试对象。
表中表示各子系统的相关问题，应在系统总联调之前予以充分认证、检测与调试。
表中方框内容表示各子系统间的相互关系，需经总联调进行认证、检测与调试。
地铁设备总联调包括:
试验测试、调试、改进完善、性能检定评估、系统认定。
由于各类试验的出发点与所需解决与评价的问题均不同，评价方法亦各有差异，为便于描述，将各种试验的分类及其对应关系如表2-2。
其中，对角线上的单元为子系统的单项试验内容，右上矩阵各单元对应子系统间的相关问题和总联调的试验内容。
表2-1子系统间接口关系分析
地铁车辆
列控与信号
通信
供电
轨道与土建工程
售检票
环境控制
防灾报警
安全监控
综合自动化
地铁车辆
运行控制
移动通信
弓网系统
轮轨关系与相互作用
运能评估
振动噪声
隧道火灾防护
车辆检测系统
列车测控
列控与信号
控制信号传输
信号双备份供电
隧道内信号设备
列车定位于与信号监控
中央控制台
通信
售检票信息传输
电磁干扰
系统自保护
系统传输
供电
漏电与过载保护
供电监控
供电控制与耗能分析
轨道与土建工程
振动噪声
隧道火灾防护
轨道几何检测系统
轨检数据采集与分析
售检票
系统检测
自动售票与数据库
环境控制
防火报警
系统安全
检测系统
安全监控
图像与数据分析
综合自动化
表2-2实验测试内容分析
地铁车辆
列控与信号
通信
供电
轨道与土建工程
售检票
环境控制
防灾报警
安全监控
综合自动化
地铁车辆
牵引制动动力学性能
系统辨识与自动控制
车上信息传输移动通信与差错控制
弓网关系与受流
平稳舒适度轮轨动力学
振动与噪声
防灾系统测试
车辆子系统性能测试
列车测控网络
列控与信号
信号可靠性
列车自控系统ATS、ATP、ATO
轨道电路
信号监测系统性能
中央控制台性能
通信
误码率等性能指标
连锁装置与轨道电路车站设施
售检票网络测试
电磁干扰测试
冗余性测试
数据网路性能
供电
供电系统与接触网性能
漏电与过载保护
供电监控系统性能
供电控制系统性能
轨道与土建工程
平顺性、弹性、稳定性
振动与噪声
防灾系统测试
轨道电路性能
轨检数据采集与分析
售检票
可靠性
检测系统性能
自动售票与数据库性能
环境控制
环境评价
防灾报警
灵敏度与可靠性
系统安全性综合测试
检测系统性能
安全监控
稳定性与灵敏性
安全系列数图分析系统性能
综合自动化
可靠性与数据吞吐能力几网络测试
3.接口文件编制流程
为确保设备系统联调的顺利进行，必须在联调过程中强化接口管理，实施设备系统接口追踪。
接口文件编制流程与联调关系:
接口按其性质可分为管理接口、硬件接口和信息接口。
（l）管理接口一般是指组织架构、程序、责任界面划分、调试顺序和工期衔接等。
（2）硬件接口又称为物理接口，表示的是设备或系统之间存在的电气、机械方面的直接连接。
（3）信息接口是设备或系统之间存在的功能、软件及通讯规约方面的互相匹配以便协调运作的接口。
本接口文件特指的是除管理接口之外的硬件接口和信息接口。
各设备系统负责人，根据业主提供的地铁工程设备系统的施工设计文件、施工图纸、技术规格书和有关文件等资料，在充分熟悉、掌握各设备系统各自的功能、各设备系统之间的功能要求的基础上完成。
（1）找出其设备系统需要配合其它设备系统才能完成的功能。
（2）画出其设备系统在功能上需要连接其它设备系统的框图，标明相连设备系统的接口、功能要求、接口群编号。
（3）在功能要求表上，详细列出每一个功能要求、连接系统的名称、接口群编号和参考资料。
（4）在接口关系表上，填写接口群内每一个接口资料，包括:
接口地点、接口位置、物理接口资料、信息接口资料和系统接口编号。
而系统接口编号需要有关供货商、承包商提供资料。
（5）编制地铁工程设备系统联调咨询服务设备系统接口文件。
接口文件编制的具体流程及与联调的关系，详见图2-1。
文件内容:
（l）接口总表，择要列出系统之间需要联调的接口、关键功能和接口关系表编号，如表2-3所示。
（2）设备系统接口框图，列出系统之间的联调接口。
（3）各设备系统接口功能表，列出各设备系统的接口功能表、连接系统和参考资料。
（4）各设备系统接口关系表列出各设备系统的接口地点、位置、物理接口资料、信息接口资料和接口编号。
图2-1、设备系统接口文件、缺口评估报告及联调细则编制流程
表2-3设备系统接口总表
系统
连接系统
关键功能接口
接口关系表编号
车辆
供电系统接触网系统
供电系统经接触网为列车提供牵引电力，实现保护配合。
信号系统
车辆配合信号系统完成ATC功能
010-040
通信无线子系统
为列车司机与中心调度员提供无线通话，控制中心广播
010-053
限界
在列车动态运行时应满足限界要求
车辆段及其他基地设备
没有
不适用
供电系统
车辆
实现保护配合
SCADA
实现对供电设备的监控功能
030-123
接触网系统
车辆
接触网为列车提供牵引电力
信号系统
车辆
车辆配合信号系统完成ATC功能
040-010
EMCS
信号系统为EMCS提供列车在区间内行车信息，启动隧道通风设备
040-121
SCADA
SCADA为讯号提供信息完成接触网的各区段带电状态显示功能
040-123
PIS
为PIS提供行车信息
040-124
通信传输子系统
通信传输子系统为信号提供由控制中心至控制车站点对点，一主一备信道
041-051
通信时钟子系统
通信时钟子系统为信号系统提供统一时钟信号
041-052
通信无线子系统
信号系统为通信无线子系统提供列车资料实现用车次号呼叫列车
041-053
通信广播子系统
信号系统提供信息使通信广播子系统完成列车到发自动广播
041-055
站台屏蔽门系统
信号系统控制屏蔽门开/关
042-070
通信传输专网
信号系统
通信传输子系统为信号提供由控制中心至控制车站点对点，一主一备信道
051-041
AFC
通信传输子系统为AFC提供E1信道，由各车站至控制中心点对点
051-060
EMCSSCADA
通信传输子系统为EMCS/SCADA提供一主一备以太网信道，为主变电所提供点对点通道
051-121
通信运输公网
PIS
通信传输子系统为PIS提供千兆以太网信道
051-124
门禁系统
通信传输子系统为门禁系统提供百兆以太网信道
051-125
通信传输子系统（光纤）
FAS
通信传输子系统为FAS提供车站之间光纤
051-122
通信时钟子系统
信号AFCEMCSFASPIS门禁系统
通信时钟子系统为各系统提供统一时钟信号
052-040052-060052-121052-122052-124052-125
通信无线子系统
车辆
为列车司机与中心调度员提供无线通话，控制中心广播
053-010
信号系统
信号系统为通信无线子系统提供列车资料实现用车次号呼叫列车
053-040
通信电视监控子系统
大屏幕显示
通信电视监视子系统为大屏幕显示提供电视画面信息
054-126
通信广播子系统
信号系统
信号系统提供信息使通信广播子系统完成列车到发自动广播
055-040
AFC
通信传输子系统
通信传输子系统为AFC提供E1信道，由各车站至控制中心点对点
060-051
通信时钟子系统
在OCC通信时钟子系统为AFC提供统一时钟信号
060-052
标志系统
通过闸机与标志系统的接口，实现相互状态的联动
060-150
站台屏蔽门系统
信号系统
信号系统控制站台屏蔽门开关和进行相关信息交换
070-040
EMCS
EMCS实现对站台屏蔽门系统监视
070-121
自动扶梯和电梯系统
EMCSFAS
EMCS/FAS实现对自动扶梯的监控
080-121080-122
环控系统
EMCSFAS
EMCS/FAS实现对环控系统的监控
090-121090-122
给排水及气体消防
EMCSFAS
EMCS实现对给排水系统的监控
FAS实现对消防水泵及气体消防系统的监控
100-121100-122
EMCS
信号系统
信号系统为EMCS提供列车在区间内行车信息
121-040
通信时钟子系统
通信时钟子系统为EMCS提供统一时钟信号
121-052
通信传输子系统
通信传输子系统为SCADA/EMCS提供一主一备以太网信道
121-051
站台屏蔽门系统
启动隧道通风设备
121-070
环控系统
121-090
给排水系统
121-100
人防密闭隔断门系统
121-140
FAS
通信传输子系统
通信传输子系统为FAS提供车站之间的光纤
122-051
通信时钟子系统
在OCC通信时钟子系统为FAS提供统一时钟信号
122-052
消防系统EMCS系统
实现对环控和消防设备的监控
122-100122-170
SCADA
供电系统
SCADA实现对供电系统设备的监控功能
123-030
信号系统
SCADA为信号提供信息完成接触网的各区段带电状态显示功能
123-040
通信传输子系统
通信传输子系统为SCADA/EMCS提供一主一备以太网信道
123-051
PIS
信号系统
信号系统在OCC为PIS提供行车信息
124-040
通信传输子系统
通信传输子系统为PIS提供千兆以太网信道
124-051
通信时钟子系统
在OCC通信时钟子系统为PIS提供统一时钟信号
124-052
门禁系统
通信传输子系统
通信传输子系统为门禁系统提供百兆以太网信道
125-051
通信时钟子系统
在OCC通信时钟子系统为门禁系统提供统一时钟信号
125-052
大屏幕显示
信号系统/通信电视监控子系统/EFS
大屏幕显示通信电视监控子系统画面信息大屏幕显示列车位置及信号设备状态、进路状态及EFS监视画面
126-040126-054
标志系统
AFC
通过闸机与标志系统的接口，实现相互状态的联动
150-060
2.2.3计算机仿真在总联调中的应用
在设备系统联调中借助计
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