信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口控制的設(shè)計分析摘 要 基于廣州地鐵1、2號線屏蔽門系統(tǒng)工程,分析、介紹了由車載和軌旁設(shè)備支持實施的ＬＺＢ連續(xù)自動列車控制系統(tǒng)的控制和監(jiān)督功能,從安全、合理的角度綜述了信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)之間的接口控制關(guān)系。關(guān)鍵詞 屏蔽門,列車自動防護,接口控制 屏蔽門(Ｐｌａｔｆｏｒｍｓｃｒｅｅｎｄｏｏｒｓ,簡稱ＰＳＤ)系統(tǒng)是現(xiàn)代化軌道交通工程的必備設(shè)施,它沿軌道交通站臺邊緣設(shè)置,將軌道區(qū)與站臺候車區(qū)隔離,具有節(jié)能、環(huán)保和安全等功能。安裝屏蔽門系統(tǒng)后,不僅可以防止乘客跌落軌道而發(fā)生危險,確保乘客安全,減少人為引起的停車延誤,提高列車準點率,而且可以減少站臺區(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)的運營能耗,節(jié)約運營成本。 信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)相結(jié)合是屏蔽門系統(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人駕駛的技術(shù)基礎(chǔ),就必須實現(xiàn)屏蔽門與列車車門的連動,并確保屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的列車自動防護(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,屏蔽門普遍由信號系統(tǒng)進行控制。廣州于2004年10月開始對正在運營的地鐵1號線加裝屏蔽門系統(tǒng)。該項工程預(yù)計總投資金額為1.484億元人民幣,是目前我國最大的一項軌道交通屏蔽門系統(tǒng)工程。本文主要對廣州地鐵2號線及1號線加裝屏蔽門系統(tǒng)工程中的西門子信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口進行分析。1 屏蔽門系統(tǒng)所需信號系統(tǒng)的條件及功能 (1)信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口僅考慮線路上的列車的正向運行,但要滿足屏蔽門對停車精度的要求。只有停車精度要求被滿足,信號系統(tǒng)才允許自動或人工向列車和站臺屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送開門命令。目前,用于廣州地鐵2號線的ＬＺＢ700Ｍ型中,ＡＴＰ和ＡＴＯ(列車自動運行)系統(tǒng)是由德國西門子公司提供的,其列車定點停車的精度ＡＴＯ系統(tǒng)為±0.3ｍ,成功率99.99%,ＡＴＰ系統(tǒng)為±0.5ｍ,已滿足屏蔽門對停車精度的要求。廣州地鐵1號線同樣采用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,要安裝屏蔽門首先必須改善列車的停車狀況,停車精度至少要達到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,列車乘客門凈開度≥1200ｍｍ(屏蔽門門開寬度為2000ｍｍ)。 (2)只有屏蔽門關(guān)閉的情況下列車才能運行。ＡＴＰ軌旁單元通過故障安全型繼電器輸入接點接收當(dāng)前屏蔽門的狀態(tài)(ＰＳＤ開門或ＰＳＤ關(guān)門)。如果屏蔽門是開門狀態(tài),ＡＴＰ軌旁單元會設(shè)置一個安全停車點,不讓任何列車駛?cè)胂鄳?yīng)的車站站臺。 (3)ＰＳＤ的狀態(tài)通過ＡＴＰ報文傳輸給列車。當(dāng)列車接近運營停車點,且屏蔽門的狀態(tài)由“ＰＳＤ關(guān)閉”變化為“ＰＳＤ開門”時,ＡＴＰ軌旁單元會產(chǎn)生緊急制動讓列車停車。 (4)確保當(dāng)列車停在停車窗位置范圍內(nèi)時才連通列車到軌旁的通信通道。當(dāng)列車在站臺范圍內(nèi)移動時,ＡＴＰ通過不激活“ＰＴＩ(ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｒａｉｎｉｄｅｎｔｉｆｉ ｃａｔｉｏｎ,有車標志)釋放”切斷ＰＴＩ通道。如果列車停到指定的ＡＴＰ停車窗位置時,則通過ＡＴＰ激活“ＰＴＩ釋放”讓ＰＴＩ通道連通。當(dāng)列車車門打開時,這些報文會通過ＰＴＩ通道傳輸?shù)杰壟詥卧?屏蔽門會隨之而打開。 (5)屏蔽門控制系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供全部門“關(guān)閉及鎖定”和“互鎖解除”信息,接口采用安全型干接點雙斷硬線連接,接口分界點在屏蔽門控制設(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車載單元會發(fā)出打開列車車門的信號。當(dāng)列車車門打開,ＡＴＰ車載單元一個持續(xù)的故障安全輸出則會切斷列車的牽引系統(tǒng)。這是為了防止列車在車門開啟的情況下人為地啟動列車。 (7)ＰＴＩ ＭＵＸ(ＰＴＩｔｒａｃｋｓｉｄｅｕｎｉｔ)根據(jù)接收來的2個不同的ＰＳＤ編碼(對應(yīng)ＰＳＤ開門的編碼)驅(qū)動2個繼電器輸出,它們是表示“ＰＳＤ開門”命令的接口。為了產(chǎn)生一個持續(xù)的控制信號,ＡＴＯ需不斷發(fā)送“ＰＳＤ開門”命令,直到屏蔽門被請求關(guān)閉為止。 (8)如果列車車門關(guān)閉(人工或自動),屏蔽門也隨之關(guān)閉,這些報文會通過ＰＴＩ通道傳輸?shù)杰壟詥卧?。目前廣州1、2號線列車只有人工關(guān)閉車門功能。 (9)ＡＴＰ車載單元在關(guān)閉車門的同時,輸出關(guān)閉屏蔽門命令。只有收到列車車門關(guān)閉好,且通過ＡＴＰ報文接收到屏蔽門的“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信息后,列車牽引系統(tǒng)才被釋放,ＡＴＰ才允許啟動列車。 (10)開左門或開右門應(yīng)與站臺的位置和列車運行方向相符合。如在換乘站(如公園前站),屏蔽門的開關(guān)要根據(jù)有利于乘客導(dǎo)向的原則來進行設(shè)計:先開下客側(cè)的屏蔽門,后開上客側(cè)的屏蔽門。 (11)屏蔽門系統(tǒng)發(fā)生故障,或屏蔽門實際已關(guān)閉但因故不能有效地把“關(guān)閉及鎖定狀態(tài)”信號傳送給ＡＴＰ系統(tǒng)時,司機只有按“ＰＳＤ互鎖解除”按鈕,屏蔽門系統(tǒng)才能給ＡＴＰ系統(tǒng)送出“互鎖解除”的信號,用以切斷屏蔽門系統(tǒng)和信號系統(tǒng)間的聯(lián)鎖關(guān)系,ＡＴＰ才允許啟動列車。且司機必須在每次發(fā)車前都按下“ＰＳＤ互鎖解除”按鈕,直到故障修復(fù)為止。 (12)屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)為每側(cè)站臺提供一組接口與信號系統(tǒng)連接,因此,島式站臺和側(cè)式站臺有兩組接口,一島兩側(cè)式站臺有四組接口(如公園前站)。 (13)由于廣州地鐵1、2號線的列車編組方式相同,在信號系統(tǒng)中沒有考慮采用不同的列車編組來開啟對應(yīng)的屏蔽門。2 信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口控制2.1 接口信號描述 信號系統(tǒng)與屏蔽門控制系統(tǒng)之間使用信號控制電纜連接,使用繼電、雙斷、安全型干接點等方式的接口電路。兩系統(tǒng)接口信號的描述見表1。
2.2ＡＴＰ子系統(tǒng)對ＰＳＤ打開狀態(tài)時的保護聯(lián)鎖設(shè)計 屏蔽門的狀態(tài)通過ＡＴＰ報文傳輸給列車。ＡＴＰ子系統(tǒng)在屏蔽門不同的打開情況下監(jiān)督列車的移動,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,軌旁ＡＴＰ會生成一個安全停車點讓列車不能進入相應(yīng)車站的站臺。在情況1中,當(dāng)列車制動距離小于列車與安全停車點的接近距離時,列車實施正常制動讓列車在停車點前停車。而在情況2中,當(dāng)列車制動距離大于列車與安全停車點的接近距離時,列車則要被實施緊急制動。在情況3中,列車在站臺區(qū)域移動,同時收到“ＰＳＤ關(guān)閉”改變?yōu)椤埃校樱拈_門”的信息時,車載ＡＴＰ單元會產(chǎn)生一個緊急制動。同樣,在情況4中,車載ＡＴＰ單元也會產(chǎn)生一個緊急制動,這是因為列車尾部還在站臺區(qū)域內(nèi)。在情況5中,列車已出清站臺區(qū)域時ＰＳＤ打開,這時列車不會產(chǎn)生緊急制動。通過上述的5種情況,確保在ＰＳＤ打開的情況下禁止列車在站臺區(qū)段移動,防止危及乘客的安全。2.3接口硬線連接的安全設(shè)計 簡單的故障會導(dǎo)致屏蔽門錯誤地開、關(guān)門,這是必須要防止的。現(xiàn)說明接口故障的安全設(shè)計。2.3.1ＰＴＩ ＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之間的繼電器盒 ＰＴＩ ＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之間采用繼電器進行隔離,防止電氣干擾影響信號系統(tǒng)。同時為提高安全性,接口電路采用4線雙切線路。一個正常的ＰＳＤ命令是由4個ＰＴＩ ＭＵＸ輸出繼電器組合確定的,可以避免“ＰＳＤ開門”和“ＰＳＤ關(guān)門”兩個信號同時出現(xiàn)的錯誤。這些繼電器會安裝在ＰＴＩ ＭＵＸ上,通過復(fù)合的接點關(guān)系防止“ＰＳＤ開門”和“ＰＳＤ關(guān)門”命令的錯誤輸出。其原理見圖2。繼電器盒的繼電器輸出狀態(tài)與邏輯結(jié)果見表2。 通過其繼電器控制電路邏輯結(jié)果分析,16種繼電器可能的動作組合中,只有2種組合會產(chǎn)生正確的輸出(ＰＳＤ開門和ＰＳＤ關(guān)門)。這樣的設(shè)計也是為了防止繼電器失誤而產(chǎn)生錯誤的輸出命令。2.3.2報文容錯 車載ＡＴＯ通過ＰＴＩ信標到ＰＴＩ-ＭＵＸ的整個傳輸通道的報文都有ＣＲＣ(循環(huán)冗余碼校驗)進行校驗。另外,列車停在停車窗位置范圍時,整個ＰＴＩ傳輸通道才連通,以確保其它情況下沒有任何的報文接收,影響到ＰＳＤ的功能。2.4兩側(cè)都有屏蔽門的設(shè)計 該情況是列車可以打開左側(cè)、右側(cè)或者同時都要打開兩側(cè)車門的情況。 這里使用了6個繼電器,其功能分別是:允許開門,允許關(guān)門,兩側(cè)門都開,開左門,開右門,關(guān)閉所有門。通過這6個繼電器的接點組合控制ＰＳＤ的命令輸出:①開右側(cè)屏蔽門,允許開門和開右門的繼電器吸起;②開左側(cè)屏蔽門,允許開門和開左門的繼電器吸起;③開兩側(cè)屏蔽門,允許開門和兩側(cè)門都開的繼電器吸起;④關(guān)閉屏蔽門,允許關(guān)門和關(guān)閉所有門的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態(tài)和邏輯結(jié)果見表3。 如表3所述,只有上述的情況會產(chǎn)生命令輸出,其它的組合是無效的。通過其繼電器的互鎖關(guān)系,確保不會因繼電器錯誤動作產(chǎn)生有效的屏蔽門控制命令。如在公園前站這個需要兩側(cè)開門的換乘站,在設(shè)計上要考慮屏蔽門對乘客的導(dǎo)向作用,兩側(cè)屏蔽門要先開下客門再開上客門,而關(guān)門時要先關(guān)下客門再關(guān)上客門。這就需要在車載軟件中設(shè)置兩側(cè)車門的開關(guān)延時時間。同樣兩側(cè)屏蔽門開關(guān)的時間也應(yīng)作對應(yīng)的設(shè)置。2.5車門與屏蔽門的同步 屏蔽門和列車車門的開門時間,會在小于1ｓ內(nèi)同步啟動。屏蔽門和列車門關(guān)閉的時間應(yīng)大致相同。同步要求的延誤,主要是因為啟動指令要從信號系統(tǒng)的車載設(shè)備傳送到信號系統(tǒng)的地面設(shè)備,傳送過程中會產(chǎn)生延誤。關(guān)門同步實現(xiàn)起來比較容易。列車車門及屏蔽門收到關(guān)門命令也不是立即關(guān)閉的,而是都有一個延時時間。根據(jù)實際情況各自確定一個關(guān)門的延時時間即可。3結(jié)語 屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的結(jié)合提高了屏蔽門的自動性和安全性,在保證列車和乘客安全,實現(xiàn)快速、高密度、有序運行等功能的同時,為乘客提供了一個舒適安全的乘車環(huán)境。通過了解信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)之間的控制與監(jiān)督,就能更深入了解屏蔽門系統(tǒng)的運作過程。參考文獻1孫增田.廣州地鐵屏蔽門系統(tǒng)的方案比選.地鐵與輕軌,2002(6):282鄔寬明.廣州地鐵屏蔽門系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù).現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編(上).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003:1413 劉承東.屏蔽門子系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用.城市軌道交通研究,2000(1):43
2.2ＡＴＰ子系統(tǒng)對ＰＳＤ打開狀態(tài)時的保護聯(lián)鎖設(shè)計 屏蔽門的狀態(tài)通過ＡＴＰ報文傳輸給列車。ＡＴＰ子系統(tǒng)在屏蔽門不同的打開情況下監(jiān)督列車的移動,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,軌旁ＡＴＰ會生成一個安全停車點讓列車不能進入相應(yīng)車站的站臺。在情況1中,當(dāng)列車制動距離小于列車與安全停車點的接近距離時,列車實施正常制動讓列車在停車點前停車。而在情況2中,當(dāng)列車制動距離大于列車與安全停車點的接近距離時,列車則要被實施緊急制動。在情況3中,列車在站臺區(qū)域移動,同時收到“ＰＳＤ關(guān)閉”改變?yōu)椤埃校樱拈_門”的信息時,車載ＡＴＰ單元會產(chǎn)生一個緊急制動。同樣,在情況4中,車載ＡＴＰ單元也會產(chǎn)生一個緊急制動,這是因為列車尾部還在站臺區(qū)域內(nèi)。在情況5中,列車已出清站臺區(qū)域時ＰＳＤ打開,這時列車不會產(chǎn)生緊急制動。通過上述的5種情況,確保在ＰＳＤ打開的情況下禁止列車在站臺區(qū)段移動,防止危及乘客的安全。2.3接口硬線連接的安全設(shè)計 簡單的故障會導(dǎo)致屏蔽門錯誤地開、關(guān)門,這是必須要防止的。現(xiàn)說明接口故障的安全設(shè)計。2.3.1ＰＴＩ ＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之間的繼電器盒 ＰＴＩ ＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之間采用繼電器進行隔離,防止電氣干擾影響信號系統(tǒng)。同時為提高安全性,接口電路采用4線雙切線路。一個正常的ＰＳＤ命令是由4個ＰＴＩ ＭＵＸ輸出繼電器組合確定的,可以避免“ＰＳＤ開門”和“ＰＳＤ關(guān)門”兩個信號同時出現(xiàn)的錯誤。這些繼電器會安裝在ＰＴＩ ＭＵＸ上,通過復(fù)合的接點關(guān)系防止“ＰＳＤ開門”和“ＰＳＤ關(guān)門”命令的錯誤輸出。其原理見圖2。繼電器盒的繼電器輸出狀態(tài)與邏輯結(jié)果見表2。 通過其繼電器控制電路邏輯結(jié)果分析,16種繼電器可能的動作組合中,只有2種組合會產(chǎn)生正確的輸出(ＰＳＤ開門和ＰＳＤ關(guān)門)。這樣的設(shè)計也是為了防止繼電器失誤而產(chǎn)生錯誤的輸出命令。2.3.2報文容錯 車載ＡＴＯ通過ＰＴＩ信標到ＰＴＩ-ＭＵＸ的整個傳輸通道的報文都有ＣＲＣ(循環(huán)冗余碼校驗)進行校驗。另外,列車停在停車窗位置范圍時,整個ＰＴＩ傳輸通道才連通,以確保其它情況下沒有任何的報文接收,影響到ＰＳＤ的功能。2.4兩側(cè)都有屏蔽門的設(shè)計 該情況是列車可以打開左側(cè)、右側(cè)或者同時都要打開兩側(cè)車門的情況。 這里使用了6個繼電器,其功能分別是:允許開門,允許關(guān)門,兩側(cè)門都開,開左門,開右門,關(guān)閉所有門。通過這6個繼電器的接點組合控制ＰＳＤ的命令輸出:①開右側(cè)屏蔽門,允許開門和開右門的繼電器吸起;②開左側(cè)屏蔽門,允許開門和開左門的繼電器吸起;③開兩側(cè)屏蔽門,允許開門和兩側(cè)門都開的繼電器吸起;④關(guān)閉屏蔽門,允許關(guān)門和關(guān)閉所有門的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態(tài)和邏輯結(jié)果見表3。 如表3所述,只有上述的情況會產(chǎn)生命令輸出,其它的組合是無效的。通過其繼電器的互鎖關(guān)系,確保不會因繼電器錯誤動作產(chǎn)生有效的屏蔽門控制命令。如在公園前站這個需要兩側(cè)開門的換乘站,在設(shè)計上要考慮屏蔽門對乘客的導(dǎo)向作用,兩側(cè)屏蔽門要先開下客門再開上客門,而關(guān)門時要先關(guān)下客門再關(guān)上客門。這就需要在車載軟件中設(shè)置兩側(cè)車門的開關(guān)延時時間。同樣兩側(cè)屏蔽門開關(guān)的時間也應(yīng)作對應(yīng)的設(shè)置。2.5車門與屏蔽門的同步 屏蔽門和列車車門的開門時間,會在小于1ｓ內(nèi)同步啟動。屏蔽門和列車門關(guān)閉的時間應(yīng)大致相同。同步要求的延誤,主要是因為啟動指令要從信號系統(tǒng)的車載設(shè)備傳送到信號系統(tǒng)的地面設(shè)備,傳送過程中會產(chǎn)生延誤。關(guān)門同步實現(xiàn)起來比較容易。列車車門及屏蔽門收到關(guān)門命令也不是立即關(guān)閉的,而是都有一個延時時間。根據(jù)實際情況各自確定一個關(guān)門的延時時間即可。3結(jié)語 屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的結(jié)合提高了屏蔽門的自動性和安全性,在保證列車和乘客安全,實現(xiàn)快速、高密度、有序運行等功能的同時,為乘客提供了一個舒適安全的乘車環(huán)境。通過了解信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)之間的控制與監(jiān)督,就能更深入了解屏蔽門系統(tǒng)的運作過程。參考文獻1孫增田.廣州地鐵屏蔽門系統(tǒng)的方案比選.地鐵與輕軌,2002(6):282鄔寬明.廣州地鐵屏蔽門系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù).現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編(上).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003:1413 劉承東.屏蔽門子系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用.城市軌道交通研究,2000(1):43
