Skip to main content

Currently Skimming:


Pages 22-29

The Chapter Skim interface presents what we've algorithmically identified as the most significant single chunk of text within every page in the chapter.
Select key terms on the right to highlight them within pages of the chapter.


From page 22...
... SECTION 7  22  Equipment Failures  7.1 CBTC Equipment Failures   7.1.1 Equipment Redundancy  To maintain a high level of service, train control suppliers have been working to include redundancies in  their  new  systems.  The  most  common  methods  used  in  CBTC  projects  are  described  below.  The  architecture  discussed  in  this  section  concerns  all  CBTC  equipment:  onboard  controller,  wayside  controller,  and  ATS  servers.  Both  availability  and  safety  affect  the  architecture  of  CBTC  equipment.  Safety  features may  require using  several units  and  a  comparison  system, while higher  availability  is  achieved by adding more redundant units.   1oo2: One out of Two  The most  common  type  of  redundancy  is  to  have  two  identical  units when  only  one  is  required  for  proper operation. This arrangement is called 1 out of 2 and denoted as 1oo2.   Figure 8: Example of 1 out of 2 redundancy architecture  The two units are configured in hot standby. With hot standby, one unit is active and the other is passive  waiting to become active. If the active unit fails, then the passive unit becomes active.   2oo2: Two out of Two  For  safety  considerations,  suppliers have developed a method which  includes  two  identical hardware  units performing the same functions (sometimes in two different ways)  and a subsystem comparing the  results of  the  two units.  If  the  results match,  then  the  result  is  validated  and processed  in  terms of  outputs. If the results of the two units do not match, the system is not able to conclude which result is  correct,  therefore  it  stops  performing  its  function.  This  method  is  denoted  as  2oo2  and  is  used  to  guarantee the integrity of the result for vital applications. This arrangement is usually combined within a  1oo2 system, with each redundant unit being made of two 2oo2 units (four units in total)
From page 23...
... SECTION 7 – EQUIPMENT FAILURES   23  the  constraints of  this  2oo2  arrangement  is  that  complete  redundant  2oo2  equipment  includes  four  units while  other  arrangements  require  two  or  three  units. More  units  imply more  space  and more  frequent  maintenance  which  might  be  more  acceptable  for  wayside  controllers  than  for  onboard  controllers.   2oo3: Two out of Three  For vital systems, CBTC suppliers may expand the 2oo2 system by adding a third unit. It is called two out  of  three and denoted as 2oo3, where  two out of  three units must work properly and have  identical  outputs  for  the  system  to  continue  to  function.  Comparator  logic  compares  the  results  of  the  calculations of the three units; at  least two must agree for the system to function properly. If one unit  has a different result than the other two, the troubled unit is isolated, i.e. its results are not considered  until the failure is cleared.   Figure 10: Example of 2 out of 3 redundancy architecture  This configuration may be applied to both the onboard and wayside controller depending on the CBTC  project. Usually,  the maintenance  procedure  requires  that  the  complete  equipment  be  down  during  repair  even  though  only  two  units  are  necessary  for  operation.  This  constraint  is  not  present  on  a  redundant  2oo2  system which makes  the  2oo2  system more  desirable  for  some wayside  controller  applications.  7.1.2 Onboard Failures  To  have  good  availability  of  the  onboard  controller,  the  equipment  is  arranged  in  1oo2  or  2oo3  configuration depending on the CBTC supplier. Despite the redundant architecture, designed for a few  years of Mean Time Between Functional Failures, the  industry survey revealed that the most frequent  failure of a CBTC system comes  from  the onboard equipment. Understandably,  there  is a scale  factor  because  there  is  more  onboard  equipment  than  any  other  CBTC  equipment.  However,  without  considering the scale factor, the onboard equipment  is subject to more frequent failures than wayside  ones.  It  is  a  direct  result  of  its  environment:  onboard  controllers  are  subject  to  vibration,  wide  temperature variation, dirt/dust, humidity and electromagnetic interference.   In  addition  to  the  harsh  environment  of  the  onboard  controller  hardware,  it  is  a  complex  system  including not only the main controller but also other subsystems like a speed measurement system and  a communications system. In addition to hardware failures, the equipment is subject to software errors  due to the complexity of the calculations and to other functional failures when the speed measurement  system or the communications system suffers a malfunction or the interface between those subsystems  is not working properly.   A momentary wayside failure such as loss of network communications and certain train operation errors  may result in the inability for the train to continue to operate in CBTC mode. Though technically not an  onboard controller failure, the impact of such an event is that the train cannot operate in CBTC, acting  like a train with CBTC failure.  When an onboard controller  stops, whether  it can  recover  immediately or not,  the  train  is unable  to  move  in CBTC until an  initialization process takes place. The  initialization process  is different on every  project, but it always involves moving in non‐CBTC mode for a short distance to localize the train. Note  Unit A Unit C 2oo3Unit B
From page 24...
... SECTION 7 – EQUIPMENT FAILURES   24  that there are a few projects with specific assumptions regarding the presence of non‐equipped trains,  plus particular train tracking and localization functions, where it is possible that a CBTC train can move  immediately in CBTC mode after onboard equipment boot‐up.   Managing a  single  train with CBTC  failure  in CBTC project Category 1.A: Secondary System capable of  revenue service  • Train is switched to operate without the CBTC system in restricted speed mode until the next signal, and  then either  it can  recover and  resume CBTC operation or  it  is driven at  restricted speed  to a siding area or it is switched to bypass mode, to be able to run at a speed compatible with revenue service. • If the following train is close to the train with CBTC failure, the following train is stopped and needs to  run  in  non‐CBTC  mode  for  a  short  distance.  If  not  close  to  the  train  with  CBTC  failure,  the following  train remains  in CBTC mode and  follows  the  train with CBTC  failure,  increasing  the  train separation but still compatible with peak or off‐peak revenue service.
From page 25...
... SECTION 7 – EQUIPMENT FAILURES   25  Managing a single train with CBTC failure in CBTC project Category 2: No STD/PS  • Train is switched to operate without the CBTC system in restricted speed mode. • The area where the train with CBTC failure  is  located  is blocked for CBTC operation. The train with CBTC  failure needs  to be  removed  from  the mainline and brought  to a CBTC  system  initialization point, if capable of resuming CBTC operation. Another train, with full CBTC capabilities, must run in manual mode to sweep the area before CBTC revenue service can resume in the area. The result is a major service disruption.
From page 26...
... SECTION 7 – EQUIPMENT FAILURES   26  Managing  a  wayside  controller  failure  in  CBTC  project  Category  1.B:  Secondary  System  designed  to  handle a single non‐CBTC train,  • All trains are switched to operate without the CBTC system in restricted speed mode. • In projects of Category 1.B.1, revenue service can continue with absolute block operation, one train per block, a block usually covering an interstation. Speed is limited. Normal operation is possible in areas outside the failed control zone.
From page 27...
... SECTION 7 – EQUIPMENT FAILURES   27   Prone to a failure of the entire line, for instance in case of loss of power to the room. Pros:    Easily accessible by maintenance.
From page 28...
... SECTION 7 – EQUIPMENT FAILURES   28  In projects using processor‐based  interlockings, and where  the  interface between  the  interlocking  and the wayside controller  is digital, then  loss of communication between an  interlocking and the  wayside controller results in an inability to continue CBTC operation over the area controlled by the  interlocking.  7.2 STD/PS Equipment Failures  It  is  very  important  to  note  that when  a  secondary  system  is  used,  it  is  implemented  such  that  its  detection and protection functions are active and interface with the CBTC system at all times. Therefore,  any  failure of the secondary system has the potential to  impact the performance of the CBTC system.  This section presents some of the possible secondary system failures and the impact on CBTC operation.   7.2.1 Track Circuit Failures  A track circuit is a fail‐safe solution and, when failed, it reports as if it were occupied by a train. The CBTC  can detect that a track circuit  is failed by comparing the  localization of the trains and the track circuit  status. For instance, if a track circuit which is not occupied by any train suddenly reports occupied, then  the wayside controller determines  that  it  is due  to a  failure of  the equipment and not due  to a  train  present on the track circuit and shunting the running rails.  When a track circuit is detected as failed, CBTC trains may be impacted. Trains may be required to stop  and switch to a restricted CBTC mode or non‐CBTC mode of operation before entering the track circuit  block.  Alternatively,  there  might  be  relatively  complex  CBTC  functions  which  allow  continued  CBTC  operation  over  the  area,  where  the  function  may  be  automatic  or  may  require  ATS  operator  intervention.  In most projects, the CBTC system uses the determination that the track circuit  is failed to allow CBTC  operation over it. Authorizing CBTC operation over the area may be automatic or may require a control  center ATS command. Because the track circuit failure may be due to a broken rail, a slow speed may be  enforced while the train  is occupying  the track circuit. Depending on  the option chosen by the transit  agency, a track circuit failure may be transparent for CBTC operation.   The rare and unsafe case of a failed track circuit  in the vacant state, even when a train  is shunting the  rails, is handled by CBTC, inhibiting train operation in CBTC mode.   Recovery:  After the track circuit is repaired, CBTC operation may resume immediately over it. A control center ATS  command may be necessary to remove the restrictions on operation depending on the type of failure  and the agency procedures.  7.2.2 Axle Counter Failures  Failure of an axle counter impacts the blocks before and after the axle counter. Similar to a failed track  circuit, the axle counter output is used by CBTC at all times, and therefore CBTC trains may be stopped  before entering the blocks around the failed axle counter.   As for the track circuit, in most projects, the CBTC system uses the determination that the axle counter is  failed  to  allow CBTC operation over  the  area. Authorizing CBTC operation may be  automatic or may  require a control center ATS command  to disregard  the  failed axle counter. Depending on  the option  chosen by the transit agency, an axle counter failure may be transparent for CBTC operation.  Recovery:  Unlike  track circuits,  returning  to normal operation after an axle counter  failure  requires a process  to  verify that the blocks around the repaired axle counters are empty. The procedure can be: 
From page 29...
... SECTION 7 – EQUIPMENT FAILURES   29  • Sweeping the area with a train. • Sending a  command  to  the axle  counter  system after verification  that  the blocks are empty. The verification usually involves having personnel in the field.

Key Terms



This material may be derived from roughly machine-read images, and so is provided only to facilitate research.
More information on Chapter Skim is available.