信號系統與屏蔽門系統接口控制的設計分析摘　要　基于廣州地鐵1、2號線屏蔽門系統工程,分析、介紹了由車載和軌旁設備支持實施的ＬＺＢ連續自動列車控制系統的控制和監督功能,從安全、合理的角度綜述了信號系統與屏蔽門系統之間的接口控制關系。關鍵詞　屏蔽門,列車自動防護,接口控制 屏蔽門(Ｐｌａｔｆｏｒｍｓｃｒｅｅｎｄｏｏｒｓ,簡稱ＰＳＤ)系統是現代化軌道交通工程的必備設施,它沿軌道交通站臺邊緣設置,將軌道區與站臺候車區隔離,具有節能、環保和安全等功能。安裝屏蔽門系統后,不僅可以防止乘客跌落軌道而發生危險,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與軌道區之間冷熱氣流的交換,從而降低環控系統的運營能耗,節約運營成本。 信號系統與屏蔽門系統相結合是屏蔽門系統工程的重要環節。此外,要更好地確保乘客的安全以及奠定無人駕駛的技術基礎,就必須實現屏蔽門與列車車門的連動,并確保屏蔽門系統與信號系統的列車自動防護(ＡＴＰ)之間建立聯鎖關系。根據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。該項工程預計總投資金額為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工程中的西門子信號系統與屏蔽門系統的接口進行分析。1　屏蔽門系統所需信號系統的條件及功能 (1)信號系統與屏蔽門系統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,信號系統才允許自動或人工向列車和站臺屏蔽門系統發送開門命令。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系統為±0.3ｍ,成功率99.99%,ＡＴＰ系統為±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系統為±0.5ｍ,成功率99.5%,ＡＴＰ系統為±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系統為±0.4ｍ,成功率99.5%,ＡＴＰ系統為±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前屏蔽門的狀態(ＰＳＤ開門或ＰＳＤ關門)。如果屏蔽門是開門狀態,ＡＴＰ軌旁單元會設置一個安全停車點,不讓任何列車駛入相應的車站站臺。 (3)ＰＳＤ的狀態通過ＡＴＰ報文傳輸給列車。當列車接近運營停車點,且屏蔽門的狀態由“ＰＳＤ關閉”變化為“ＰＳＤ開門”時,ＡＴＰ軌旁單元會產生緊急制動讓列車停車。 (4)確保當列車停在停車窗位置范圍內時才連通列車到軌旁的通信通道。當列車在站臺范圍內移動時,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。當列車車門打開時,這些報文會通過ＰＴＩ通道傳輸到軌旁單元,屏蔽門會隨之而打開。 (5)屏蔽門控制系統向信號系統提供全部門“關閉及鎖定”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備外的線端子排。 (6)列車在ＡＴＰ停車窗范圍內停穩后,ＡＴＰ車載單元會發出打開列車車門的信號。當列車車門打開,ＡＴＰ車載單元一個持續的故障安全輸出則會切斷列車的牽引系統。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)根據接收來的2個不同的ＰＳＤ編碼(對應ＰＳＤ開門的編碼)驅動2個繼電器輸出,它們是表示“ＰＳＤ開門”命令的接口。為了產生一個持續的控制信號,ＡＴＯ需不斷發送“ＰＳＤ開門”命令,直到屏蔽門被請求關閉為止。 (8)如果列車車門關閉(人工或自動),屏蔽門也隨之關閉,這些報文會通過ＰＴＩ通道傳輸到軌旁單元。目前廣州1、2號線列車只有人工關閉車門功能。 (9)ＡＴＰ車載單元在關閉車門的同時,輸出關閉屏蔽門命令。只有收到列車車門關閉好,且通過ＡＴＰ報文接收到屏蔽門的“關閉及鎖定狀態”信息后,列車牽引系統才被釋放,ＡＴＰ才允許啟動列車。 (10)開左門或開右門應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),屏蔽門的開關要根據有利于乘客導向的原則來進行設計:先開下客側的屏蔽門,后開上客側的屏蔽門。 (11)屏蔽門系統發生故障,或屏蔽門實際已關閉但因故不能有效地把“關閉及鎖定狀態”信號傳送給ＡＴＰ系統時,司機只有按“ＰＳＤ互鎖解除”按鈕,屏蔽門系統才能給ＡＴＰ系統送出“互鎖解除”的信號,用以切斷屏蔽門系統和信號系統間的聯鎖關系,ＡＴＰ才允許啟動列車。且司機必須在每次發車前都按下“ＰＳＤ互鎖解除”按鈕,直到故障修復為止。 (12)屏蔽門系統應為每側站臺提供一組接口與信號系統連接,因此,島式站臺和側式站臺有兩組接口,一島兩側式站臺有四組接口(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,在信號系統中沒有考慮采用不同的列車編組來開啟對應的屏蔽門。2 信號系統與屏蔽門系統的接口控制2.1 接口信號描述 信號系統與屏蔽門控制系統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。兩系統接口信號的描述見表1。2.2ＡＴＰ子系統對ＰＳＤ打開狀態時的保護聯鎖設計 屏蔽門的狀態通過ＡＴＰ報文傳輸給列車。ＡＴＰ子系統在屏蔽門不同的打開情況下監督列車的移動,并最終控制列車導向安全。其出現的情況有圖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車站的站臺。在情況1中,當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,列車在站臺區域移動,同時收到“ＰＳＤ關閉”改變為“ＰＳＤ開門”的信息時,車載ＡＴＰ單元會產生一個緊急制動。同樣,在情況4中,車載ＡＴＰ單元也會產生一個緊急制動,這是因為列車尾部還在站臺區域內。在情況5中,列車已出清站臺區域時ＰＳＤ打開,這時列車不會產生緊急制動。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段移動,防止危及乘客的安全。2.3接口硬線連接的安全設計 簡單的故障會導致屏蔽門錯誤地開、關門,這是必須要防止的。現說明接口故障的安全設計。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。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關門”兩個信號同時出現的錯誤。這些繼電器會安裝在ＰＴＩ ＭＵＸ上,通過復合的接點關系防止“ＰＳＤ開門”和“ＰＳＤ關門”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與邏輯結果見表2。 通過其繼電器控制電路邏輯結果分析,16種繼電器可能的動作組合中,只有2種組合會產生正確的輸出(ＰＳＤ開門和ＰＳＤ關門)。這樣的設計也是為了防止繼電器失誤而產生錯誤的輸出命令。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。2.4兩側都有屏蔽門的設計 該情況是列車可以打開左側、右側或者同時都要打開兩側車門的情況。 這里使用了6個繼電器,其功能分別是:允許開門,允許關門,兩側門都開,開左門,開右門,關閉所有門。通過這6個繼電器的接點組合控制ＰＳＤ的命令輸出:①開右側屏蔽門,允許開門和開右門的繼電器吸起;②開左側屏蔽門,允許開門和開左門的繼電器吸起;③開兩側屏蔽門,允許開門和兩側門都開的繼電器吸起;④關閉屏蔽門,允許關門和關閉所有門的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態和邏輯結果見表3。 如表3所述,只有上述的情況會產生命令輸出,其它的組合是無效的。通過其繼電器的互鎖關系,確保不會因繼電器錯誤動作產生有效的屏蔽門控制命令。如在公園前站這個需要兩側開門的換乘站,在設計上要考慮屏蔽門對乘客的導向作用,兩側屏蔽門要先開下客門再開上客門,而關門時要先關下客門再關上客門。這就需要在車載軟件中設置兩側車門的開關延時時間。同樣兩側屏蔽門開關的時間也應作對應的設置。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內同步啟動。屏蔽門和列車門關閉的時間應大致相同。同步要求的延誤,主要是因為啟動指令要從信號系統的車載設備傳送到信號系統的地面設備,傳送過程中會產生延誤。關門同步實現起來比較容易。列車車門及屏蔽門收到關門命令也不是立即關閉的,而是都有一個延時時間。根據實際情況各自確定一個關門的延時時間即可。3結語 屏蔽門系統與信號系統的結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境。通過了解信號系統與屏蔽門系統之間的控制與監督,就能更深入了解屏蔽門系統的運作過程。參考文獻1孫增田.廣州地鐵屏蔽門系統的方案比選.地鐵與輕軌,2002(6):282鄔寬明.廣州地鐵屏蔽門系統與現場總線技術.現場總線技術應用選編(上).北京:北京航空航天大學出版社,2003:1413 劉承東.屏蔽門子系統在地鐵中的應用.城市軌道交通研究,2000(1):43