城軌車輛集中開關(guān)門控制分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)

李春明

(南車株洲電力機(jī)車有限公司，412001，株洲∥工程師)

城市軌道交通(簡(jiǎn)為“城軌”)車輛客室車門為乘客上、下列車提供通道，因其數(shù)量多、操作頻繁且必須在規(guī)定時(shí)間預(yù)定位置實(shí)現(xiàn)開關(guān)門動(dòng)作，而對(duì)乘客安全、列車運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生重要影響，是車輛至關(guān)重要的系統(tǒng)。由于開關(guān)門信號(hào)傳遞問題造成一列車單扇、多扇、甚至整列車一側(cè)不能實(shí)現(xiàn)正常開關(guān)門控制，從而導(dǎo)致列車運(yùn)營(yíng)晚點(diǎn)或清客下線的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。如2010年1月16日廣州城軌5號(hào)線開往文沖方向的列車到達(dá)楊箕站時(shí)，由于單側(cè)車門不能在司機(jī)室內(nèi)打開，造成列車晚點(diǎn)約6 min后清客處理。

1 目前開關(guān)門控制方案分析

1.1 方案一:列車線開關(guān)門控制

目前大多數(shù)城軌車輛僅通過硬連線來(lái)進(jìn)行開關(guān)門控制，網(wǎng)絡(luò)線不參與控制，只反饋車門狀態(tài)(如圖1)。開關(guān)門指令通過列車線傳輸給門控單元;門控單元依據(jù)列車線開關(guān)信號(hào)，再結(jié)合零速信號(hào)和使能信號(hào)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)送指令來(lái)實(shí)現(xiàn)開關(guān)門動(dòng)作(見表1);開關(guān)狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)線反饋給列車控制系統(tǒng)，并在司機(jī)室顯示屏(MMI)上顯示。

圖1 開關(guān)門控制框圖

表1 開關(guān)門控制邏輯表

此方案由于只有列車線開關(guān)門控制，無(wú)冗余控制功能，故當(dāng)列車線松脫、短路或繼電器故障時(shí)，在司機(jī)室將無(wú)法進(jìn)行開關(guān)門控制，由此造成列車晚點(diǎn)，嚴(yán)重的造成清客下線。

1.2 方案二:列車線與網(wǎng)絡(luò)線冷備冗余，網(wǎng)絡(luò)線優(yōu)先

隨著列車控制系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其準(zhǔn)確性及抗干擾能力越來(lái)越強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越多地參與到各子系統(tǒng)的控制功能上來(lái)。上海軌道交通3號(hào)線就采用網(wǎng)絡(luò)線優(yōu)先的方案，目前運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好。方案二的具體步驟如下:

(1)開關(guān)門指令由按鈕發(fā)出后，同時(shí)通過列車線和網(wǎng)絡(luò)線至各門控單元;

(2)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，門控單元執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線傳輸過來(lái)的開關(guān)門指令，不執(zhí)行列車線指令;

(3)司機(jī)室內(nèi)設(shè)置“緊急牽引”旋鈕，并通過列車線發(fā)送給所有門控單元;

(4)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，或列車出現(xiàn)緊急牽引的條件時(shí)，司機(jī)將旋鈕旋到“緊急牽引”狀態(tài)，所有的門控器均執(zhí)行列車線開/關(guān)門指令。

該方案在網(wǎng)絡(luò)線開關(guān)門控制故障時(shí)，只能操作“緊急牽引”旋鈕實(shí)現(xiàn)列車線開關(guān)控制。但此時(shí)列車必須運(yùn)營(yíng)到終點(diǎn)站后回庫(kù)維修，造成運(yùn)力下降。

1.3 方案三:列車線與網(wǎng)絡(luò)線熱備冗余，列車線優(yōu)先

目前廣州軌道交通2、8號(hào)線延長(zhǎng)線項(xiàng)目采用該方案。具體步驟如下:

(1)開關(guān)門指令由按鈕發(fā)出后，同時(shí)通過列車線和網(wǎng)絡(luò)線至各門控單元;

(2)列車線正常情況下，門控單元執(zhí)行列車線傳輸?shù)拈_關(guān)門指令;

(3)當(dāng)門控單元判斷列車線的信號(hào)故障時(shí)，將執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線傳送的開關(guān)門指令;門控單元將記錄該轉(zhuǎn)換過程信息，以利于維修人員檢修時(shí)判定開關(guān)門控制執(zhí)行的信號(hào)類型。

門控單元對(duì)列車線信號(hào)的判斷邏輯見表2。由于網(wǎng)絡(luò)線比列車線信號(hào)滯后0.5～1.0 s，從表2可看出，門控單元對(duì)列車線的故障不能100%準(zhǔn)確判定。因此，為可靠地實(shí)現(xiàn)以上功能，必須在門控單元上設(shè)定以下假定條件:

表2 門控單元列車線信號(hào)判斷邏輯

(1)當(dāng)門控單元接收到列車線指令后1.5～2.0 s內(nèi)接收到的網(wǎng)絡(luò)指令無(wú)效;

(2)接收到網(wǎng)絡(luò)線指令前2 s內(nèi)未接收到列車線指令，同時(shí)門控單元列車線故障時(shí)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令;

(3)當(dāng)門控單元判定列車線已失效時(shí)，只執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令，不執(zhí)行列車線指令，直到門控單元重啟后再重新判定。

與方案一、方案二相比，方案三能在列車線故障時(shí)有一種冗余方法，使開關(guān)門控制正常，但也存在如下缺陷:

(1)若列車一側(cè)門中部分門控單元判斷開關(guān)門列車線故障，則部分車門會(huì)執(zhí)行列車線指令，部分故障車門執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線指令，導(dǎo)致同側(cè)車門開關(guān)門不同步現(xiàn)象。

(2)門控單元不能對(duì)列車線全故障進(jìn)行判斷。

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)

經(jīng)對(duì)目前三種控制方案進(jìn)行分析，本文提出一種改進(jìn)設(shè)計(jì)方案:列車線與網(wǎng)絡(luò)線冷備雙冗余，通過旋鈕選擇決定列車線或網(wǎng)絡(luò)線有效(見圖2)。具體步驟如下:

圖2 開關(guān)門控制流程圖

(1)開關(guān)門指令由按鈕發(fā)出后，同時(shí)通過列車線和網(wǎng)絡(luò)線傳至各門控單元;

(2)額外設(shè)置“開關(guān)門模式切換”旋鈕來(lái)決定列車線或網(wǎng)絡(luò)線有效(默認(rèn)狀態(tài)為列車線優(yōu)先)，旋鈕通過列車線與所有門控單元相連。其控制原理如圖3所示;

(3)當(dāng)旋鈕選擇列車線有效時(shí)，門控單元執(zhí)行列車線指令;當(dāng)旋鈕選擇網(wǎng)絡(luò)有效時(shí)，門控單元執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令，門控單元不進(jìn)行任何判定。即當(dāng)列車線有效時(shí)，即使接收到網(wǎng)絡(luò)指令，門控單元也不執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線指令。

圖3 列車線與網(wǎng)絡(luò)線控制選擇控制原理圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)目前三種開關(guān)門的缺陷進(jìn)行分析，本文提出一種列車線與網(wǎng)絡(luò)線雙冗余，由司機(jī)通過“開關(guān)門模式切換”旋鈕決定硬連線或網(wǎng)絡(luò)線有效的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線或列車線開關(guān)門故障時(shí)，提供一種備選控制方案，可有效地降低造成列車運(yùn)行晚點(diǎn)、甚至清客下線的風(fēng)險(xiǎn)。該改進(jìn)設(shè)計(jì)有利于提升車輛制造公司及城軌運(yùn)營(yíng)公司的美譽(yù)度，并已在廣州城軌3號(hào)線北延線項(xiàng)目得到應(yīng)用，經(jīng)測(cè)試效果良好;也可為新造或改造輕軌車輛、動(dòng)車組開關(guān)門控制提供借鑒方案。

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