城市軌道交通CBTC移動(dòng)閉塞系統(tǒng)屏蔽門控制分析

曹啟濱

（北京市地鐵運(yùn)營有限公司通信信號(hào)公司，北京 100088）

基于通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）正在被越來越多的城市應(yīng)用。CBTC列控系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)依靠軌道電路進(jìn)行列車閉塞分割的概念，提出了基于無線通信的移動(dòng)閉塞概念。同時(shí)CBTC系統(tǒng)也將站臺(tái)屏蔽門的聯(lián)動(dòng)控制、屏蔽門與列車安全運(yùn)行的控制策略融為一體，成為城市軌道交通移動(dòng)閉塞列控系統(tǒng)的重要組成部分。

1 CBTC基本原理

1.1 傳統(tǒng)軌道信號(hào)制式

依靠軌道電路或計(jì)軸設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)營區(qū)段的物理隔離，以確保同一個(gè)閉塞分區(qū)內(nèi)最多容納一列車。物理區(qū)段的隔離實(shí)現(xiàn)列車之間不會(huì)產(chǎn)生沖突，以確保行車安全。這種閉塞方式原理簡(jiǎn)單，使用方便，但是面對(duì)城市軌道交通高密度、小間隔運(yùn)營的實(shí)際需求，這種固定閉塞模式僅能保障基本的安全運(yùn)營，難以提高運(yùn)營效率。

1.2 基于無線通信的移動(dòng)閉塞控制系統(tǒng)CBTC

CBTC不再要求軌道設(shè)置閉塞區(qū)段，而是完全依靠前后列車的無線通信以及高精度的列車定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車在線路上的受控運(yùn)營，旨在實(shí)現(xiàn)安全與效率的雙贏。

CBTC移動(dòng)閉塞列車采集地面信標(biāo)的定位信息，并將采集到的信標(biāo)點(diǎn)信息與列車行駛方向、速度值、加速度值信息進(jìn)行計(jì)算，得出高精度的列車定位，通過無線車地通信設(shè)備，如波導(dǎo)天線發(fā)送給地面控制單元——區(qū)域控制器（ZC），ZC匯總本控制區(qū)域內(nèi)所有移動(dòng)閉塞列車發(fā)來的位置信息，并結(jié)合線路當(dāng)前情況為每一組在線CBTC列車分配移動(dòng)授權(quán)。

CBTC列車的移動(dòng)授權(quán)不僅與其前方列車距離、速度、駕駛模式有關(guān)，而且與前方線路土建結(jié)構(gòu)的限速、進(jìn)路條件、道岔開通位置、車站距離、車站屏蔽門（PSD）和站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕觸發(fā)狀態(tài)密切相關(guān)，上述各項(xiàng)成為移動(dòng)授權(quán)中的沖突點(diǎn)。CBTC系統(tǒng)總是為列車檢測(cè)最近的一個(gè)沖突點(diǎn)，并將最近沖突點(diǎn)的限制條件直接作用于在線列車，產(chǎn)生降速、停車的安全防護(hù)曲線。列車運(yùn)行前方所有沖突條件均開放時(shí)，通常可以將移動(dòng)授權(quán)發(fā)放至前方第15個(gè)沖突點(diǎn)范圍內(nèi)。列車移動(dòng)授權(quán)伴隨車載計(jì)算機(jī)（ATC）與ZC進(jìn)行周期性的掃描變化，數(shù)據(jù)不斷刷新，通常為400?ms的周期，如圖1所示。

2 屏蔽門系統(tǒng)與CBTC控制關(guān)系

2.1 CBTC列車在站內(nèi)實(shí)現(xiàn)車門、屏蔽門聯(lián)動(dòng)

CBTC列車正常運(yùn)營時(shí)可以采用自動(dòng)駕駛模式（CBTC+ATO駕駛），也可以采用人工駕駛模式（CBTC+CM駕駛），進(jìn)入車站減速停車。列車裝備的車載定位信標(biāo)天線會(huì)采集站臺(tái)端部停準(zhǔn)位置，一旦停準(zhǔn)，司機(jī)顯示屏上將顯示停準(zhǔn)信息。此時(shí)，列車無線天線與地面無線裝置如波導(dǎo)管通信，將列車停準(zhǔn)停穩(wěn)信息告知地面信號(hào)設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)列車與屏蔽門之間的控制聯(lián)動(dòng)，如圖2所示。

乘務(wù)員確認(rèn)車已停車到位、列車牽引切除、保持制動(dòng)施加，具備乘降條件后，按壓開門按鈕（或通過ATO自動(dòng)開門指令），實(shí)現(xiàn)車廂門、屏蔽門的聯(lián)動(dòng)開門。待乘降結(jié)束，接近發(fā)車時(shí)刻，乘務(wù)員按壓列車關(guān)門按鈕（或通過ATO自動(dòng)關(guān)門指令），實(shí)現(xiàn)車廂門、屏蔽門的聯(lián)動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)站臺(tái)所有屏蔽門均正常關(guān)閉且鎖閉后，將屏蔽門鎖閉信號(hào)發(fā)送給地面信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備，并通過地面車地?zé)o線裝置發(fā)送給車載計(jì)算機(jī)。屏蔽門鎖閉為列車從車站出發(fā)的必要條件之一。屏蔽門狀態(tài)屬于安全型狀態(tài)信息，只有全側(cè)24扇屏蔽門全都鎖閉正常后，門鎖閉信號(hào)才能發(fā)送給聯(lián)鎖，為發(fā)車授權(quán)提供條件。當(dāng)任意一組屏蔽門未關(guān)或鎖閉狀態(tài)未采集，都不能使門鎖閉信號(hào)送入聯(lián)鎖，不能觸發(fā)發(fā)車授權(quán)，起到安全防護(hù)的作用，以免因屏蔽門打開狀態(tài)下列車移動(dòng)而出現(xiàn)危險(xiǎn)事故。

車載計(jì)算機(jī)同時(shí)還要采集列車車門關(guān)閉、鎖閉信息，車載計(jì)算機(jī)的這一信息通常直接源于車輛的門鎖閉繼電器。這一信號(hào)與屏蔽門狀態(tài)信息類似，都屬于安全型狀態(tài)信息。車載計(jì)算機(jī)收到由地面無線裝置發(fā)送的屏蔽門鎖閉信號(hào)和車輛送來的車門鎖閉信息后，待前方進(jìn)路排通，可以實(shí)現(xiàn)CBTC發(fā)車，如圖3所示。

2.2 屏蔽門故障狀態(tài)對(duì)CBTC影響

屏蔽門關(guān)閉且鎖閉是實(shí)現(xiàn)列車獲得移動(dòng)授權(quán)的必要條件，一旦屏蔽門鎖閉狀態(tài)丟失，將直接影響移動(dòng)授權(quán)。

1）區(qū)間列車

在區(qū)間運(yùn)行的CBTC列車將前方車站屏蔽門條件作為移動(dòng)授權(quán)沖突點(diǎn)之一進(jìn)行檢測(cè)。一旦屏蔽門打開或鎖閉狀態(tài)丟失，將列車移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)限制在進(jìn)站前，禁止列車進(jìn)入站線區(qū)域。對(duì)于已經(jīng)接近站臺(tái)的列車，如果突然丟失了屏蔽門鎖閉信號(hào)，會(huì)立即觸發(fā)列車緊急制動(dòng)。

2）出站列車

列車車門及屏蔽門鎖閉正常后，獲得正常移動(dòng)授權(quán)，在發(fā)車過程中，若屏蔽門鎖閉狀態(tài)丟失，將迫使列車觸發(fā)緊急制動(dòng)停車，待屏蔽門條件恢復(fù)后，繼續(xù)獲得連續(xù)的移動(dòng)授權(quán)。但列車全部出清站臺(tái)區(qū)域后，再發(fā)生的屏蔽門狀態(tài)丟失，已發(fā)列車將不再檢測(cè)后方站臺(tái)的屏蔽門狀態(tài)。

3 車載信號(hào)與屏蔽門系統(tǒng)相關(guān)問題的分析

城市軌道交通系統(tǒng)涉及專業(yè)眾多，特別是智能化、自動(dòng)化程度提高以后，不同專業(yè)設(shè)備間具備了通信、傳輸、控制的功能。特別是專業(yè)間接口的故障點(diǎn)分析也顯得尤為重要。

車載信號(hào)與屏蔽門之間的控制，涉及到車輛、車載信號(hào)ATC、地面信號(hào)（聯(lián)鎖、車地?zé)o線）、中心行車監(jiān)控（ATS）、屏蔽門等專業(yè)。其中車門與屏蔽門不聯(lián)動(dòng)問題最為突出，需要上述各專業(yè)進(jìn)行聯(lián)合排查。車門與屏蔽門聯(lián)動(dòng)需要列車在站臺(tái)停車區(qū)域停穩(wěn)、施加保持制動(dòng)，確保不會(huì)溜車滑行，確保停車位置恰好是車門與屏蔽門對(duì)口的位置。ATC得到停穩(wěn)停準(zhǔn)指令后，會(huì)給出開門使能信號(hào)，表明當(dāng)前門控有效，具備乘降條件。司機(jī)觸發(fā)開門按鈕（或ATO自動(dòng)開門），開門指令一路通過車輛硬線送給車門控制機(jī)構(gòu)，執(zhí)行車門動(dòng)作；另一路信號(hào)通過車地?zé)o線裝置送給軌旁無線單元，軌旁無線單元將指令送給聯(lián)鎖機(jī)，并由聯(lián)鎖系統(tǒng)通過與機(jī)電屏蔽門的接口送出開門指令，并通過此通路回傳屏蔽門狀態(tài)信息，如圖2所示。

通過上述簡(jiǎn)要分析，可以對(duì)發(fā)生屏蔽門不聯(lián)動(dòng)問題進(jìn)行概括。

1）雙門不動(dòng)（車廂門、屏蔽門）都不能開：主要原因在于列車沒有停準(zhǔn)位置，或制動(dòng)施加沒有被采集到，與門控回路無直接關(guān)系，應(yīng)建議回放行車日志查看是否停車對(duì)位，車輛牽引切除與制動(dòng)施加作用是否到位、信息是否送給車載計(jì)算機(jī)。

2）車門不動(dòng)、屏蔽門動(dòng)：屏蔽門能夠正常聯(lián)動(dòng)，說明門使能信號(hào)有效，車—地—聯(lián)鎖—機(jī)電控制回路通，信號(hào)控制回路正常，需要車輛專業(yè)排查開門按鈕與車門動(dòng)作機(jī)構(gòu)的配線情況。

3）車門動(dòng)作、屏蔽門不動(dòng)：說明車輛開門按鈕正常，門使能送出，屏蔽門不動(dòng)可能是開門指令與車載計(jì)算機(jī)之間連接不通，如硬線不通，或車地通信故障，導(dǎo)致屏蔽門指令沒有送給地面，或聯(lián)鎖與機(jī)電接口存在通信中斷，導(dǎo)致門動(dòng)作指令未傳達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此類故障涉獵面多，需要通過車載ATC日志、地面信號(hào)聯(lián)鎖記錄、機(jī)電記錄等結(jié)合當(dāng)時(shí)故障發(fā)生的地點(diǎn)、時(shí)間，進(jìn)行詳細(xì)的時(shí)序分析比對(duì)，判斷故障點(diǎn)的歸屬。

4）進(jìn)站、發(fā)車過程的緊急制動(dòng)：列車在進(jìn)站減速或發(fā)車加速過程中，車載顯示單元或車載行車日志報(bào)告屏蔽門鎖閉狀態(tài)丟失。此類原因有可能是屏蔽門關(guān)好繼電器狀態(tài)與聯(lián)鎖之間的采集狀態(tài)通信異常、列車車地通信丟失，或是現(xiàn)場(chǎng)屏蔽門出現(xiàn)鎖閉松動(dòng)。實(shí)際運(yùn)營中，經(jīng)常因?yàn)榱熊囘M(jìn)站中隧道內(nèi)產(chǎn)生了較強(qiáng)的活塞風(fēng)伴隨站臺(tái)區(qū)段震動(dòng)，使屏蔽門鎖閉開關(guān)瞬間松動(dòng)，造成鎖閉信號(hào)整體丟失，從而影響列車發(fā)車、進(jìn)站。

5）單一點(diǎn)故障分析：通過上述分析，結(jié)合實(shí)際故障維修經(jīng)驗(yàn)，可以總結(jié)這樣的結(jié)論：如果車站屏蔽門中有個(gè)別門不聯(lián)動(dòng)、部分門可以正常工作，原因主要在于屏蔽門系統(tǒng)，建議檢查個(gè)別異常屏蔽門的動(dòng)作機(jī)構(gòu)；若各次列車在同一站均發(fā)生屏蔽門不聯(lián)動(dòng)事件，建議對(duì)故障車站地面聯(lián)鎖、無線信號(hào)覆蓋、機(jī)電接口進(jìn)行檢查，此故障應(yīng)與車輛關(guān)系甚微；若某一列車在各站普遍出現(xiàn)屏蔽門聯(lián)動(dòng)問題，則重點(diǎn)懷疑該車的無線天線狀態(tài)、開門按鈕與ATC接線是否正常，需要對(duì)故障頻發(fā)車做細(xì)致檢查。

4 結(jié)論

城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)與車載信號(hào)、地面信號(hào)存在控制、通信的接口，實(shí)際的運(yùn)營中經(jīng)常出現(xiàn)與屏蔽門狀態(tài)有關(guān)的車載信號(hào)故障，細(xì)致掌握控制動(dòng)作機(jī)理，及時(shí)準(zhǔn)確判斷出故障點(diǎn)，對(duì)開展維修、維系正常運(yùn)營秩序非常重要。本文從信號(hào)系統(tǒng)對(duì)屏蔽門的控制策略、涉及屏蔽門的信號(hào)故障原因等方面進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述和分析，并結(jié)合故障實(shí)例進(jìn)行了說明。