信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)系統(tǒng)接口控制的設(shè)計(jì)分析

信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)系統(tǒng)接口控制的設(shè)計(jì)分析

摘要基于廣州地鐵1、2號(hào)線屏蔽門(mén)系統(tǒng)工程，分析、介紹了由車載和軌旁設(shè)備支持實(shí)施的ＬＺＢ連續(xù)自動(dòng)列車控制系統(tǒng)的控制和監(jiān)督功能，從安全、合理的角度綜述了信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)系統(tǒng)之間的接口控制關(guān)系。關(guān)鍵詞屏蔽門(mén)，列車自動(dòng)防護(hù)，接口控制

屏蔽門(mén)(Ｐｌａｔｆｏｒｍｓｃｒｅｅｎｄｏｏｒｓ，簡(jiǎn)稱ＰＳＤ)系統(tǒng)是現(xiàn)代化軌道交通工程的必備設(shè)施，它沿軌道交通站臺(tái)邊緣設(shè)置，將軌道區(qū)與站臺(tái)候車區(qū)隔離，具有節(jié)能、環(huán)保和安全等功能。安裝屏蔽門(mén)系統(tǒng)后，不僅可以防止乘客跌落軌道而發(fā)生危險(xiǎn)，確保乘客安全，減少人為引起的停車延誤，提高列車準(zhǔn)點(diǎn)率，而且可以減少站臺(tái)區(qū)與軌道區(qū)之間冷熱氣流的交換，從而降低環(huán)控系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)能耗，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)系統(tǒng)相結(jié)合是屏蔽門(mén)系統(tǒng)工程的重要環(huán)節(jié)。此外，要更好地確保乘客的安全以及奠定無(wú)人駕駛的技術(shù)基礎(chǔ)，就必須實(shí)現(xiàn)屏蔽門(mén)與列車車門(mén)的連動(dòng)，并確保屏蔽門(mén)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的列車自動(dòng)防護(hù)(ＡＴＰ)之間建立聯(lián)鎖關(guān)系。根據(jù)世界各城市軌道交通工程的成功先例，屏蔽門(mén)普遍由信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行控制。廣州于2004年10月開(kāi)始對(duì)正在運(yùn)營(yíng)的地鐵1號(hào)線加裝屏蔽門(mén)系統(tǒng)。該項(xiàng)工程預(yù)計(jì)總投資金額為1.484億元人民幣，是目前我國(guó)最大的一項(xiàng)軌道交通屏蔽門(mén)系統(tǒng)工程。本文主要對(duì)廣州地鐵2號(hào)線及1號(hào)線加裝屏蔽門(mén)系統(tǒng)工程中的西門(mén)子信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)系統(tǒng)的接口進(jìn)行分析。1屏蔽門(mén)系統(tǒng)所需信號(hào)系統(tǒng)的條件及功能

(1)信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)系統(tǒng)的接口僅考慮線路上的列車的正向運(yùn)行，但要滿足屏蔽門(mén)對(duì)停車精度的要求。只有停車精度要求被滿足，信號(hào)系統(tǒng)才允許自動(dòng)或人工向列車和站臺(tái)屏蔽門(mén)系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)門(mén)命令。目前，用于廣州地鐵2號(hào)線的ＬＺＢ700Ｍ型中，ＡＴＰ和ＡＴＯ(列車自動(dòng)運(yùn)行)系統(tǒng)是由德國(guó)西門(mén)子公司提供的，其列車定點(diǎn)停車的精度ＡＴＯ系統(tǒng)為±0.3ｍ，成功率99.99%，ＡＴＰ系統(tǒng)為±0.5ｍ，已滿足屏蔽門(mén)對(duì)停車精度的要求。廣州地鐵1號(hào)線同樣采用ＬＺＢ700Ｍ型ＡＴＰ、ＡＴＯ，目前列車停車的精度ＡＴＯ系統(tǒng)為±0.5ｍ，成功率99.5%，ＡＴＰ系統(tǒng)為±1ｍ。由此可見(jiàn)，要安裝屏蔽門(mén)首先必須改善列車的停車狀況，停車精度至少要達(dá)到ＡＴＯ系統(tǒng)為±0.4ｍ，成功率99.5%，ＡＴＰ系統(tǒng)為±0.5ｍ的要求;并要保證在列車停車精度為±400ｍｍ情況下，列車乘客門(mén)凈開(kāi)度≥1200ｍｍ(屏蔽門(mén)門(mén)開(kāi)寬度為2000ｍｍ)。

(2)只有屏蔽門(mén)關(guān)閉的情況下列車才能運(yùn)行。ＡＴＰ軌旁單元通過(guò)故障安全型繼電器輸入接點(diǎn)接收當(dāng)前屏蔽門(mén)的狀態(tài)(ＰＳＤ開(kāi)門(mén)或ＰＳＤ關(guān)門(mén))。如果屏蔽門(mén)是開(kāi)門(mén)狀態(tài)，ＡＴＰ軌旁單元會(huì)設(shè)置一個(gè)安全停車點(diǎn)，不讓任何列車駛?cè)胂鄳?yīng)的車站站臺(tái)。

(3)ＰＳＤ的狀態(tài)通過(guò)ＡＴＰ報(bào)文傳輸給列車。當(dāng)列車接近運(yùn)營(yíng)停車點(diǎn)，且屏蔽門(mén)的狀態(tài)由“ＰＳＤ關(guān)閉”變化為“ＰＳＤ開(kāi)門(mén)”時(shí)，ＡＴＰ軌旁單元會(huì)產(chǎn)生緊急制動(dòng)讓列車停車。

(4)確保當(dāng)列車停在停車窗位置范圍內(nèi)時(shí)才連通列車到軌旁的通信通道。當(dāng)列車在站臺(tái)范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，ＡＴＰ通過(guò)不激活“ＰＴＩ(ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｒａｉｎｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，有車標(biāo)志)釋放”切斷ＰＴＩ通道。如果列車停到指定的ＡＴＰ停車窗位置時(shí)，則通過(guò)ＡＴＰ激活“ＰＴＩ釋放”讓ＰＴＩ通道連通。當(dāng)列車車門(mén)打開(kāi)時(shí)，這些報(bào)文會(huì)通過(guò)ＰＴＩ通道傳輸?shù)杰壟詥卧?，屏蔽門(mén)會(huì)隨之而打開(kāi)。

(5)屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)提供全部門(mén)“關(guān)閉及鎖定”和“互鎖解除”信息，接口采用安全型干接點(diǎn)雙斷硬線連接，接口分界點(diǎn)在屏蔽門(mén)控制設(shè)備外的線端子排。

(6)列車在ＡＴＰ停車窗范圍內(nèi)停穩(wěn)后，ＡＴＰ車載單元會(huì)發(fā)出打開(kāi)列車車門(mén)的信號(hào)。當(dāng)列車車門(mén)打開(kāi)，ＡＴＰ車載單元一個(gè)持續(xù)的故障安全輸出則會(huì)切斷列車的牽引系統(tǒng)。這是為了防止列車在車門(mén)開(kāi)啟的情況下人為地啟動(dòng)列車。

(7)ＰＴＩＭＵＸ(ＰＴＩｔｒａｃｋｓｉｄｅｕｎｉｔ)根據(jù)接收來(lái)的2個(gè)不同的ＰＳＤ編碼(對(duì)應(yīng)ＰＳＤ開(kāi)門(mén)的編碼)驅(qū)動(dòng)2個(gè)繼電器輸出，它們是表示“ＰＳＤ開(kāi)門(mén)”命令的接口。為了產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的控制信號(hào)，ＡＴＯ需不斷發(fā)送“ＰＳＤ開(kāi)門(mén)”命令，直到屏蔽門(mén)被請(qǐng)求關(guān)閉為止。

(8)如果列車車門(mén)關(guān)閉(人工或自動(dòng))，屏蔽門(mén)也隨之關(guān)閉，這些報(bào)文會(huì)通過(guò)ＰＴＩ通道傳輸?shù)杰壟詥卧?。目前廣州1、2號(hào)線列車只有人工關(guān)閉車門(mén)功能。

(9)ＡＴＰ車載單元在關(guān)閉車門(mén)的同時(shí)，輸出關(guān)閉屏蔽門(mén)命令。只有收到列車車門(mén)關(guān)閉好，且通過(guò)ＡＴＰ報(bào)文接收到屏蔽門(mén)的“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信息后，列車牽引系統(tǒng)才被釋放，ＡＴＰ才允許啟動(dòng)列車。

(10)開(kāi)左門(mén)或開(kāi)右門(mén)應(yīng)與站臺(tái)的位置和列車運(yùn)行方向相符合。如在換乘站(如公園前站)，屏蔽門(mén)的開(kāi)關(guān)要根據(jù)有利于乘客導(dǎo)向的原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì):先開(kāi)下客側(cè)的屏蔽門(mén)，后開(kāi)上客側(cè)的屏蔽門(mén)。

(11)屏蔽門(mén)系統(tǒng)發(fā)生故障，或屏蔽門(mén)實(shí)際已關(guān)閉但因故不能有效地把“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信號(hào)傳送給ＡＴＰ系統(tǒng)時(shí)，司機(jī)只有按“ＰＳＤ互鎖解除”按鈕，屏蔽門(mén)系統(tǒng)才能給ＡＴＰ系統(tǒng)送出“互鎖解除”的信號(hào)，用以切斷屏蔽門(mén)系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)間的聯(lián)鎖關(guān)系，ＡＴＰ才允許啟動(dòng)列車。且司機(jī)必須在每次發(fā)車前都按下“ＰＳＤ互鎖解除”按鈕，直到故障修復(fù)為止。

(12)屏蔽門(mén)系統(tǒng)應(yīng)為每側(cè)站臺(tái)提供一組接口與信號(hào)系統(tǒng)連接，因此，島式站臺(tái)和側(cè)式站臺(tái)有兩組接口，一島兩側(cè)式站臺(tái)有四組接口(如公園前站)。

(13)由于廣州地鐵1、2號(hào)線的列車編組方式相同，在信號(hào)系統(tǒng)中沒(méi)有考慮采用不同的列車編組來(lái)開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的屏蔽門(mén)。2信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)系統(tǒng)的接口控制2.1接口信號(hào)描述

信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)之間使用信號(hào)控制電纜連接，使用繼電、雙斷、安全型干接點(diǎn)等方式的接口電路。兩系統(tǒng)接口信號(hào)的描述見(jiàn)表1。2.2ＡＴＰ子系統(tǒng)對(duì)ＰＳＤ打開(kāi)狀態(tài)時(shí)的保護(hù)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)

屏蔽門(mén)的狀態(tài)通過(guò)ＡＴＰ報(bào)文傳輸給列車。ＡＴＰ子系統(tǒng)在屏蔽門(mén)不同的打開(kāi)情況下監(jiān)督列車的移動(dòng)，并最終控制列車導(dǎo)向安全。其出現(xiàn)的情況有圖1中給出的5種。圖1中:情況1和2若ＰＳＤ打開(kāi)，軌旁ＡＴＰ會(huì)生成一個(gè)安全停車點(diǎn)讓列車不能進(jìn)入相應(yīng)車站的站臺(tái)。在情況1中，當(dāng)列車制動(dòng)距離小于列車與安全停車點(diǎn)的接近距離時(shí)，列車實(shí)施正常制動(dòng)讓列車在停車點(diǎn)前停車。而在情況2中，當(dāng)列車制動(dòng)距離大于列車與安全停車點(diǎn)的接近距離時(shí)，列車則要被實(shí)施緊急制動(dòng)。在情況3中，列車在站臺(tái)區(qū)域移動(dòng)，同時(shí)收到“ＰＳＤ關(guān)閉”改變?yōu)椤埃校樱拈_(kāi)門(mén)”的信息時(shí)，車載ＡＴＰ單元會(huì)產(chǎn)生一個(gè)緊急制動(dòng)。同樣，在情況4中，車載ＡＴＰ單元也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)緊急制動(dòng)，這是因?yàn)榱熊囄膊窟€在站臺(tái)區(qū)域內(nèi)。在情況5中，列車已出清站臺(tái)區(qū)域時(shí)ＰＳＤ打開(kāi)，這時(shí)列車不會(huì)產(chǎn)生緊急制動(dòng)。通過(guò)上述的5種情況，確保在ＰＳＤ打開(kāi)的情況下禁止列車在站臺(tái)區(qū)段移動(dòng)，防止危及乘客的安全。2.3接口硬線連接的安全設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)單的故障會(huì)導(dǎo)致屏蔽門(mén)錯(cuò)誤地開(kāi)、關(guān)門(mén)，這是必須要防止的?，F(xiàn)說(shuō)明接口故障的安全設(shè)計(jì)。2.3.1ＰＴＩＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之間的繼電器盒

ＰＴＩＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之間采用繼電器進(jìn)行隔離，防止電氣干擾影響信號(hào)系統(tǒng)。同時(shí)為提高安全性，接口電路采用4線雙切線路。一個(gè)正常的ＰＳＤ命令是由4個(gè)ＰＴＩＭＵＸ輸出繼電器組合確定的，可以避免“ＰＳＤ開(kāi)門(mén)”和“ＰＳＤ關(guān)門(mén)”兩個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。這些繼電器會(huì)安裝在ＰＴＩＭＵＸ上，通過(guò)復(fù)合的接點(diǎn)關(guān)系防止“ＰＳＤ開(kāi)門(mén)”和“ＰＳＤ關(guān)門(mén)”命令的錯(cuò)誤輸出。其原理見(jiàn)圖2。繼電器盒的繼電器輸出狀態(tài)與邏輯結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)其繼電器控制電路邏輯結(jié)果分析，16種繼電器可能的動(dòng)作組合中，只有2種組合會(huì)產(chǎn)生正確的輸出(ＰＳＤ開(kāi)門(mén)和ＰＳＤ關(guān)門(mén))。這樣的設(shè)計(jì)也是為了防止繼電器失誤而產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出命令。2.3.2報(bào)文容錯(cuò)

車載ＡＴＯ通過(guò)ＰＴＩ信標(biāo)到ＰＴＩ-ＭＵＸ的整個(gè)傳輸通道的報(bào)文都有ＣＲＣ(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))進(jìn)行校驗(yàn)。另外，列車停在停車窗位置范圍時(shí)，整個(gè)ＰＴＩ傳輸通道才連通，以確保其它情況下沒(méi)有任何的報(bào)文接收，影響到ＰＳＤ的功能。2.4兩側(cè)都有屏蔽門(mén)的設(shè)計(jì)

該情況是列車可以打開(kāi)左側(cè)、右側(cè)或者同時(shí)都要打開(kāi)兩側(cè)車門(mén)的情況。

這里使用了6個(gè)繼電器，其功能分別是:允許開(kāi)門(mén)，允許關(guān)門(mén)，兩側(cè)門(mén)都開(kāi)，開(kāi)左門(mén)，開(kāi)右門(mén)，關(guān)閉所有門(mén)。通過(guò)這6個(gè)繼電器的接點(diǎn)組合控制ＰＳＤ的命令輸出:①開(kāi)右側(cè)屏蔽門(mén)，允許開(kāi)門(mén)和開(kāi)右門(mén)的繼電器吸起;②開(kāi)左側(cè)屏蔽門(mén)，允許開(kāi)門(mén)和開(kāi)左門(mén)的繼電器吸起;③開(kāi)兩側(cè)屏蔽門(mén)，允許開(kāi)門(mén)和兩側(cè)門(mén)都開(kāi)的繼電器吸起;④關(guān)閉屏蔽門(mén)，允許關(guān)門(mén)和關(guān)閉所有門(mén)的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態(tài)和邏輯結(jié)果見(jiàn)表3。如表3所述，只有上述的情況會(huì)產(chǎn)生命令輸出，其它的組合是無(wú)效的。通過(guò)其繼電器的互鎖關(guān)系，確保不會(huì)因繼電器錯(cuò)誤動(dòng)作產(chǎn)生有效的屏蔽門(mén)控制命令。如在公園前站這個(gè)需要兩側(cè)開(kāi)門(mén)的換乘站，在設(shè)計(jì)上要考慮屏蔽門(mén)對(duì)乘客的導(dǎo)向作用，兩側(cè)屏蔽門(mén)要先開(kāi)下客門(mén)再開(kāi)上客門(mén)，而關(guān)門(mén)時(shí)要先關(guān)下客門(mén)再關(guān)上客門(mén)。這就需要在車載軟件中設(shè)置兩側(cè)車門(mén)的開(kāi)關(guān)延時(shí)時(shí)間。同樣兩側(cè)屏蔽門(mén)開(kāi)關(guān)的時(shí)間也應(yīng)作對(duì)應(yīng)的設(shè)置。2.5車門(mén)與屏蔽門(mén)的同步

屏蔽門(mén)和列車車門(mén)的開(kāi)門(mén)時(shí)間，會(huì)在小于1ｓ內(nèi)同步啟動(dòng)。屏蔽門(mén)和列車門(mén)關(guān)閉的時(shí)間應(yīng)大致相同。同步要求的延誤，主要是因?yàn)閱?dòng)指令要從信號(hào)系統(tǒng)的車載設(shè)備傳送到信號(hào)系統(tǒng)的地面設(shè)備，傳送過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生延誤。關(guān)門(mén)同步實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。列車車門(mén)及屏蔽門(mén)收到關(guān)門(mén)命令也不是立即關(guān)閉的，而是都有一個(gè)延時(shí)時(shí)間。根據(jù)實(shí)際情況各自確定一個(gè)關(guān)門(mén)的延時(shí)時(shí)間即可。3結(jié)語(yǔ)

屏蔽門(mén)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的結(jié)合提高了屏蔽門(mén)的自動(dòng)性和安全性，在保證列車和乘客安全，實(shí)現(xiàn)快速、高密度、有序