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信号系统与屏蔽门系统接口控制的设计分析

　　摘　要　基于广州地铁1、2号线屏蔽门系统工程,分析、介绍了由车载和轨旁设备支持实施的ＬＺＢ连续自动列车控制系统的控制和监督功能,从安全、合理的角度综述了信号系统与屏蔽门系统之间的接口控制关系。
关键词　屏蔽门,列车自动防护,接口控制
　　屏蔽门(Ｐｌａｔｆｏｒｍｓｃｒｅｅｎｄｏｏｒｓ,简称ＰＳＤ)系统是现代化轨道交通工程的必备设施,它沿轨道交通站台边缘设置,将轨道区与站台候车区隔离,具有节能、环保和安全等功能。安装屏蔽门系统后,不仅可以防止乘客跌落轨道而发生危险,确保乘客安全,减少人为引起的停车延误,提高列车准点率,而且可以减少站台区与轨道区之间冷热气流的交换,从而降低环控系统的运营能耗,节约运营成本。
信号系统与屏蔽门系统相结合是屏蔽门系统工程的重要环节。此外,要更好地确保乘客的安全以及奠定无人驾驶的技术基础,就必须实现屏蔽门与列车车门的连动,并确保屏蔽门系统与信号系统的列车自动防护(ＡＴＰ)之间建立联锁关系。根据世界各城市轨道交通工程的成功先例,屏蔽门普遍由信号系统进行控制。广州于2004年10月开始对正在运营的地铁1号线加装屏蔽门系统。该项工程预计总投资金额为亿元人民币,是目前我国最大的一项轨道交通屏蔽门系统工程。本文主要对广州地铁2号线及1号线加装屏蔽门系统工程中的西门子信号系统与屏蔽门系统的接口进行分析。
1　屏蔽门系统所需信号系统的条件及功能
(1) 信号系统与屏蔽门系统的接口仅考虑线路上的列车的正向运行,但要满足屏蔽门对停车精度的要求。只有停车精度要求被满足,信号系统才允许自动或人工向列车和站台屏蔽门系统发送开门命令。目前,用于广州地铁2号线的ＬＺＢ700Ｍ型中,ＡＴＰ和ＡＴＯ(列车自动运行)系统是由德国西门子公司提供的,其列车定点停车的精度ＡＴＯ系统为±ｍ,成功率%,ＡＴＰ系统为±ｍ,已满足屏蔽门对停车精度的要求。广州地铁1号线同样采用ＬＺＢ700Ｍ型ＡＴＰ、ＡＴＯ,目前列车停车的精度ＡＴＯ系统为±ｍ,成功率%,ＡＴＰ系统为±1ｍ。由此可见,要安装屏蔽门首先必须改善列车的停车状况,停车精度至少要达到ＡＴＯ系统为±ｍ,成功率%,ＡＴＰ系统为±ｍ的要求;并要保证在列车停车精度为±400ｍｍ情况下,列车乘客门净开度≥1200ｍｍ(屏蔽门门开宽度为2000ｍｍ)。
(2)只有屏蔽门关闭的情况下列车才能运行。ＡＴＰ轨旁单元通过故障安全型继电器输入接点接收当前屏蔽门的状态(ＰＳＤ开门或ＰＳＤ关门)。如果屏蔽门是开门状态,ＡＴＰ轨旁单元会设置一个安全停车点,不让任何列车驶入相应的车站站台。
(3)ＰＳＤ的状态通过ＡＴＰ报文传输给列车。当列车接近运营停车点,且屏蔽门的状态由“ＰＳＤ关闭”变化为“ＰＳＤ开门”时,ＡＴＰ轨旁单元会产生紧急制动让列车停车。
(4)确保当列车停在停车窗位置范围内时才连通列车到轨旁的通信通道。当列车在站台范围内移动时,ＡＴＰ通过不激活“ＰＴＩ(ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｒａｉｎｉｄｅｎｔｉｆｉ ｃａｔｉｏｎ,有车标志)释放”切断ＰＴＩ通道。如果列车停到指定的ＡＴＰ停车窗位置时,则通过ＡＴＰ激活“ＰＴＩ释放”让ＰＴＩ通道连通。当列车车门打开时,这些报文会通过ＰＴＩ通道传输到轨旁单元,屏蔽门会随之而打开。
(5)屏蔽门控制系统向信号系统提供全部门“关闭及锁定”和“互锁解除”信息,接口采用安全型干接点双断硬线连接,接口分界点在屏蔽门控制设备外的线端子排。
(6)列车在ＡＴＰ停车窗范围内停稳后,ＡＴＰ车载单元会发出打开列车车门的信号。当列车车门打开,ＡＴＰ车载单元一个持续的故障安全输出则会切断列车的牵引系统。这是为了防止列车在车门开启的情况下人为地启动列车。
(7)ＰＴＩ ＭＵＸ(ＰＴＩｔｒａｃｋｓｉｄｅｕｎｉｔ)根据接收来的2个不同的ＰＳＤ编码(对应ＰＳＤ开门的编码)驱动2个继电器输出,它们是表示“ＰＳＤ开门”命令的接口。为了产生一个持续的控制信号,ＡＴＯ需不断发送“ＰＳＤ开门”命令,直到屏蔽门被请求关闭为止。
(8)如果列车车门关闭(人工或自动),屏蔽门也随之关闭,这些报文会通过ＰＴＩ通道传输到轨旁单元。目前广州1、2号线列车只有人工关闭车门功能。
(9)ＡＴＰ车载单元在关闭车门的同时,输出关闭屏蔽门命令。只有收到列车车门关闭好,且通过ＡＴＰ报文接收到屏蔽门的“关闭及锁定状态”信息后,列车牵引系统才被释放,ＡＴＰ才允许启动列车。
(10)开左门或开右门应与站台的位置和列车运行方向相符合。如在换乘站(如公园前站),屏蔽门的开关要根据有利于乘客导向的原则来进行设计:先开下客侧的屏蔽门,后开上客侧的屏蔽门。
(11)屏蔽门系统发生故障,或屏蔽门实际已关闭但因故不能有效地把“关闭及锁定状态”信号传送给ＡＴＰ系统时,司机只有按“ＰＳＤ互锁解除”按钮,屏蔽门系统才能给ＡＴＰ系统送出“互锁解除”的信号,用以切断屏蔽门系统和信号系统间的联锁关系,ＡＴＰ才允许启动列车。且司机必须在每次发车前都按下“ＰＳＤ互锁解除”按钮,直到故障修复为止。
(12)屏蔽门系统应为每侧站台提供一组接口与信号系统连接,因此,岛式站台和侧式站台有两组接口,一岛两侧式站台有四组接口(如公园前站)。
(13)由于广州地铁1、2号线的列车编组方式相同,在信号系统中没有考虑采用不同的列车编组来开启对应的屏蔽门。
2 信号系统与屏蔽门系统的接口控制
接口信号描述
信号系统与屏蔽门控制系统之间使用信号控制电缆连接,使用继电、双断、安全型干接点等方式的接口电路。两系统接口信号的描述见表1。
ＡＴＰ子系统对ＰＳＤ打开状态时的保护联锁设计
屏蔽门的状态通过ＡＴＰ报文传输给列车。ＡＴＰ子系统在屏蔽门不同的打开情况下监督列车的移动,并最终控制列车导向安全。其出现的情况有图1中给出的5种。
　　图1中:情况1和2若ＰＳＤ打开,轨旁ＡＴＰ会生成一个安全停车点让列车不能进入相应车站的站台。在情况1中,当列车制动距离小于列车与安全停车点的接近距离时,列车实施正常制动让列车在停车点前停车。而在情况2中,当列车制动距离大于列车与安全停车点的接近距离时,列车则要被实施紧急制动。在情况3中,列车在站台区域移动,同时收到“ＰＳＤ关闭”改变为“ＰＳＤ开门”的信息时,车载ＡＴＰ单元会产生一个紧急制动。同样,在情况4中,车载ＡＴＰ单元也会产生一个紧急制动,这是因为列车尾部还在站台区域内。在情况5中,列车已出清站台区域时ＰＳＤ打开,这时列车不会产生紧急制动。通过上述的5种情况,确保在ＰＳＤ打开的情况下禁止列车在站台区段移动,防止危及乘客的安全。
接口硬线连接的安全设计
简单的故障会导致屏蔽门错误地开、关门,这是必须要防止的。现说明接口故障的安全设计。
ＰＴＩ ＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之间的继电器盒
ＰＴＩ ＭＵＸ和ＰＳＤ控制器之间采用继电器进行隔离,防止电气干扰影响信号系统。同时为提高安全性,接口电路采用4线双切线路。一个正常的ＰＳＤ命令是由4个ＰＴＩ ＭＵＸ输出继电器组合确定的,可以避免“ＰＳＤ开门”和“ＰＳＤ关门”两个信号同时出现的错误。这些继电器会安装在ＰＴＩ ＭＵＸ上,通过复合的接点关系防止“ＰＳＤ开门”和“ＰＳＤ关门”命令的错误输出。其原理见图2。继电器盒的继电器输出状态与逻辑结果见表2。
通过其继电器控制电路逻辑结果分析,16种继电器可能的动作组合中,只有2种组合会产生正确的输出(ＰＳＤ开门和ＰＳＤ关门)。这样的设计也是为了防止继电器失误而产生错误的输出命令。
报文容错
车载ＡＴＯ通过ＰＴＩ信标到ＰＴＩ-ＭＵＸ的整个传输通道的报文都有ＣＲＣ(循环冗余码校验)进行校验。另外,列车停在停车窗位置范围时,整个ＰＴＩ传输通道才连通,以确保其它情况下没有任何的报文接收,影响到ＰＳＤ的功能。
两侧都有屏蔽门的设计
该情况是列车可以打开左侧、右侧或者同时都要打开两侧车门的情况。
这里使用了6个继电器,其功能分别是:允许开门,允许关门,两侧门都开,开左门,开右门,关闭所有门。通过这6个继电器的接点组合控制ＰＳＤ的命令输出:①开右侧屏蔽门,允许开门和开右门的继电器吸起;②开左侧屏蔽门,允许开门和开左门的继电器吸起;③开两侧屏蔽门,允许开门和两侧门都开的继电器吸起;④关闭屏蔽门,允许关门和关闭所有门的继电器吸起。继电器的输出状态和逻辑结果见表3。
如表3所述,只有上述的情况会产生命令输出,其它的组合是无效的。通过其继电器的互锁关系,确保不会因继电器错误动作产生有效的屏蔽门控制命令。如在公园前站这个需要两侧开门的换乘站,在设计上要考虑屏蔽门对乘客的导向作用,两侧屏蔽门要先开下客门再开上客门,而关门时要先关下客门再关上客门。这就需要在车载软件中设置两侧车门的开关延时时间。同样两侧屏蔽门开关的时间也应作对应的设置。
车门与屏蔽门的同步
屏蔽门和列车车门的开门时间,会在小于1ｓ内同步启动。屏蔽门和列车门关闭的时间应大致相同。同步要求的延误,主要是因为启动指令要从信号系统的车载设备传送到信号系统的地面设备,传送过程中会产生延误。关门同步实现起来比较容易。列车车门及屏蔽门收到关门命令也不是立即关闭的,而是都有一个延时时间。根据实际情况各自确定一个关门的延时时间即可。
3 结语
屏蔽门系统与信号系统的结合提高了屏蔽门的自动性和安全性,在保证列车和乘客安全,实现快速、高密度、有序运行等功能的同时,为乘客提供了一个舒适安全的乘车环境。通过了解信号系统与屏蔽门系统之间的控制与监督,就能更深入了解屏蔽门系统的运作过程。
　　参考文献
1 孙增田.广州地铁屏蔽门系统的方案比选.地铁与轻轨,2002(6):28
2 邬宽明.广州地铁屏蔽门系统与现场总线技术.现场总线技术应用选编(上).北京:北京航空航天大学出版社,2003:141
3 刘承东.屏蔽门子系统在地铁中的应用.城市轨道交通研究,2000(1):43