城市軌道交通全自動(dòng)駕駛列檢庫(kù)、洗車庫(kù)的車庫(kù)門(mén)安全防護(hù)方案*

張 強(qiáng) 張 揚(yáng) 劉 波 孫軍國(guó) 高國(guó)棟

（交控科技股份有限公司，100070，北京∥第一作者，高級(jí)工程師）

車輛段、停車場(chǎng)是城市軌道交通中列車檢修、日常維護(hù)及保養(yǎng)的作業(yè)場(chǎng)地。停車場(chǎng)通常包含停車列檢庫(kù)和洗車庫(kù)，其中列檢庫(kù)中每個(gè)股道設(shè)置1個(gè)車庫(kù)門(mén)，洗車庫(kù)兩端分別設(shè)置1個(gè)車庫(kù)門(mén)，完成諸如輪對(duì)檢查、融冰除雪以及列車清洗等作業(yè)。在整個(gè)列車作業(yè)過(guò)程中，需要對(duì)車庫(kù)門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，傳統(tǒng)車庫(kù)門(mén)控制過(guò)程需要人工參與，由于人的主觀因素或操作方法不當(dāng)，使作業(yè)過(guò)程效率低下且存在安全隱患。

全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)是指在無(wú)司機(jī)參與的前提下，列車在控制中心的統(tǒng)一控制下實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車休眠、喚醒、準(zhǔn)備、自檢、自動(dòng)運(yùn)行、停車、開(kāi)關(guān)車門(mén)，以及在故障情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)等功能。信號(hào)系統(tǒng)是保證列車檢修、洗車作業(yè)以及行車安全的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)要求列車提高發(fā)車頻率、減少發(fā)車時(shí)間間隔，以確保列車保持最佳安全性能，提高乘客的舒適度。在信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需考慮計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖與列檢庫(kù)、洗車庫(kù)的接口功能和邏輯關(guān)系。

1 全自動(dòng)駕駛聯(lián)鎖子系統(tǒng)新增功能及接口模式

1.1 全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域中車庫(kù)門(mén)的聯(lián)動(dòng)功能

全自動(dòng)駕駛聯(lián)鎖子系統(tǒng)與車輛段、停車場(chǎng)全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域的車庫(kù)門(mén)電機(jī)控制電路以硬線接口，聯(lián)鎖子系統(tǒng)接收車庫(kù)門(mén)的狀態(tài)，并傳輸至綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIAS）。門(mén)電機(jī)接收聯(lián)鎖的命令控制車庫(kù)門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。信號(hào)系統(tǒng)增加與全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域中車庫(kù)門(mén)的接口，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車庫(kù)門(mén)的狀態(tài)，并向車庫(kù)門(mén)發(fā)送開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)命令。信號(hào)系統(tǒng)采集車庫(kù)門(mén)狀態(tài)，僅當(dāng)車庫(kù)門(mén)處于打開(kāi)或鎖閉狀態(tài)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)才可以辦理進(jìn)庫(kù)/出庫(kù)進(jìn)路和開(kāi)放進(jìn)庫(kù)/出庫(kù)信號(hào)機(jī)。車載信號(hào)設(shè)備只有收到信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送的車庫(kù)門(mén)打開(kāi)狀態(tài)信息時(shí)，才允許列車進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)或根據(jù)調(diào)度員指令驅(qū)動(dòng)車庫(kù)門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉。車庫(kù)門(mén)具備本地控制門(mén)開(kāi)關(guān)的功能，同時(shí)車庫(kù)門(mén)系統(tǒng)將遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)或本地開(kāi)關(guān)的切換開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)送給信號(hào)系統(tǒng)。

1.2 全自動(dòng)洗車功能

全自動(dòng)駕駛聯(lián)鎖子系統(tǒng)與車輛段、停車場(chǎng)全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域的洗車機(jī)以硬線接口，接收來(lái)自洗車機(jī)的洗車線狀態(tài)和清洗模式并傳輸給綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。信號(hào)系統(tǒng)增加自動(dòng)洗車模式及其與洗車機(jī)的接口。洗車作業(yè)前，通過(guò)調(diào)度人員人工排列進(jìn)路或設(shè)置目的地碼將列車調(diào)到洗車線。停在洗車線上的列車由人工通過(guò)現(xiàn)地工作站啟動(dòng)進(jìn)入洗車過(guò)程。洗車庫(kù)中環(huán)境潮濕，洗車庫(kù)所在軌道區(qū)段不設(shè)置軌道電路，可考慮在洗車庫(kù)所在區(qū)段設(shè)置計(jì)軸器等其他列車檢測(cè)設(shè)備，以保證計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到車輛位置。在此前提下，洗車庫(kù)值班員只需在辦理洗車作業(yè)之前，與行車值班員確認(rèn)能否洗車即可。

2 全自動(dòng)駕駛聯(lián)鎖邏輯分析及方案設(shè)計(jì)

2.1 車庫(kù)門(mén)作業(yè)分析及防護(hù)原則

2.1.1 車庫(kù)門(mén)開(kāi)門(mén)

（1）洗車庫(kù)開(kāi)門(mén)。根據(jù)洗車計(jì)劃，信號(hào)系統(tǒng)向洗車庫(kù)門(mén)發(fā)送開(kāi)門(mén)命令，若聯(lián)鎖檢查條件滿足則車庫(kù)門(mén)打開(kāi)；若車庫(kù)門(mén)超過(guò)規(guī)定時(shí)間未打開(kāi)，則在行調(diào)工作站報(bào)警。

（2）列檢庫(kù)開(kāi)門(mén)。當(dāng)列車出庫(kù)時(shí)，根據(jù)派班計(jì)劃，信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送列車喚醒命令，同時(shí)向車庫(kù)門(mén)發(fā)送開(kāi)門(mén)指令。行調(diào)工作站也可分批次采用人工打開(kāi)庫(kù)門(mén)。列車匯報(bào)靜態(tài)測(cè)試完成后，若對(duì)應(yīng)庫(kù)門(mén)未打開(kāi)，A列位列車不進(jìn)行列車級(jí)動(dòng)態(tài)測(cè)試，同時(shí)向中心車輛調(diào)度工作站、行調(diào)工作站報(bào)警。列車回庫(kù)時(shí)，根據(jù)回庫(kù)計(jì)劃，若庫(kù)門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)門(mén)命令。若發(fā)送開(kāi)門(mén)命令后，超過(guò)規(guī)定時(shí)間庫(kù)門(mén)未打開(kāi)，則在行調(diào)工作站報(bào)警。

2.1.2 車庫(kù)門(mén)關(guān)門(mén)

一批次連續(xù)洗車計(jì)劃完成后，行調(diào)工作站提示是否關(guān)閉洗車庫(kù)門(mén)，行調(diào)工作站確認(rèn)后信號(hào)系統(tǒng)向洗車庫(kù)門(mén)發(fā)送關(guān)閉命令，洗車庫(kù)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)列車均出庫(kù)后，行調(diào)工作站可分批次提示是否關(guān)閉庫(kù)門(mén)，行調(diào)工作站確認(rèn)后，信號(hào)系統(tǒng)向洗車庫(kù)門(mén)發(fā)送關(guān)閉命令，洗車庫(kù)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)列車均回庫(kù)后，行調(diào)工作站提示是否關(guān)閉庫(kù)門(mén)，行調(diào)工作站確認(rèn)后信號(hào)系統(tǒng)向庫(kù)門(mén)發(fā)送關(guān)閉命令，庫(kù)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉；信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送關(guān)門(mén)命令后，若庫(kù)門(mén)超過(guò)規(guī)定時(shí)間仍處于打開(kāi)且鎖閉狀態(tài)，則在行調(diào)工作站報(bào)警。

車庫(kù)門(mén)關(guān)門(mén)動(dòng)作可能導(dǎo)致危險(xiǎn)，需采用安全設(shè)備防止發(fā)出錯(cuò)誤的關(guān)門(mén)指令。列檢庫(kù)門(mén)的防護(hù)范圍及信號(hào)機(jī)位置如圖1所示。圖1中，列檢庫(kù)庫(kù)門(mén)的“防護(hù)進(jìn)路”范圍為JK1（A列位列車的進(jìn)庫(kù)信號(hào)機(jī)）至JK1B（B列位列車的進(jìn)庫(kù)信號(hào)機(jī)）；列檢庫(kù)門(mén)的“防護(hù)信號(hào)機(jī)”為CK1B（B列位列車的出庫(kù)信號(hào)機(jī)）、CK1A（A列位列車的出庫(kù)信號(hào)機(jī)）和JK1；列檢庫(kù)門(mén)的“相鄰區(qū)段”為1AG（A列位列車停車股道編號(hào)）和2G（股道編號(hào)）。

洗車庫(kù)門(mén)防護(hù)范圍及信號(hào)機(jī)位置如圖2所示。圖2中，列檢庫(kù)門(mén)的防護(hù)進(jìn)路范圍為JK1至車檔；列檢庫(kù)門(mén)的防護(hù)信號(hào)機(jī)為CK1B和JK1、JK1B；列檢庫(kù)門(mén)的相鄰區(qū)段為1BG（B列位列車停車股道編號(hào)）、XCG（股道編號(hào)）和1AG。

允許車庫(kù)門(mén)關(guān)門(mén)的防護(hù)原則為：當(dāng)接收到關(guān)庫(kù)門(mén)指令時(shí)，首先關(guān)閉防護(hù)信號(hào)機(jī)；再向調(diào)度中心、行調(diào)工作站報(bào)警；然后由人工取消防護(hù)進(jìn)路后關(guān)閉車門(mén)。防護(hù)進(jìn)路檢查條件如下：

圖1 列檢庫(kù)門(mén)防護(hù)范圍及信號(hào)機(jī)位置示意圖

圖2 洗車庫(kù)門(mén)防護(hù)范圍及信號(hào)機(jī)位置示意圖

（1）當(dāng)防護(hù)進(jìn)路有列車占用時(shí)，僅當(dāng)本區(qū)段SPKS（工作人員防護(hù)鑰匙開(kāi)關(guān)）無(wú)效、占用列車為通信車、列車的位置已出清車庫(kù)門(mén)相鄰區(qū)段且其運(yùn)行方向?yàn)檫h(yuǎn)離庫(kù)門(mén)方向，或當(dāng)列檢庫(kù)位A占用（即列車可能在庫(kù)位A休眠或者處于清掃狀態(tài)）、列車處于切除牽引或緊急制動(dòng)狀態(tài)且速度為零時(shí)可以關(guān)閉庫(kù)門(mén)。

（2）當(dāng)防護(hù)進(jìn)路均空閑時(shí)，且僅當(dāng)本區(qū)段SPKS無(wú)效時(shí)可以關(guān)閉庫(kù)門(mén)。

除上述兩種情況外，均不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)。

2.2 車庫(kù)門(mén)場(chǎng)景分析

車庫(kù)庫(kù)門(mén)場(chǎng)景如圖3～6所示。圖3中，當(dāng)防護(hù)進(jìn)路空閑，可關(guān)閉庫(kù)門(mén)。圖4中，當(dāng)防護(hù)進(jìn)路占用，但列車未占?jí)很噹?kù)門(mén)相鄰區(qū)段，且列車運(yùn)行方向?yàn)槌鰩?kù)方向，可關(guān)閉庫(kù)門(mén)。圖5中，當(dāng)防護(hù)進(jìn)路空閑，可關(guān)閉庫(kù)門(mén)。圖6中，當(dāng)列車在庫(kù)內(nèi)進(jìn)入清掃作業(yè)、切除牽引且速度為零時(shí)，允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)；當(dāng)列車喚醒且靜態(tài)測(cè)試完成后，庫(kù)門(mén)打開(kāi)，動(dòng)態(tài)測(cè)試完成，準(zhǔn)備出庫(kù)運(yùn)行，列車無(wú)緊急制動(dòng)或切除牽引狀態(tài)，不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)。此時(shí)，若軌道交通控制中心申請(qǐng)關(guān)閉庫(kù)門(mén)，CK1A信號(hào)機(jī)關(guān)閉，移動(dòng)授權(quán)撤回至信號(hào)機(jī)處；同時(shí)若CI（計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖）向ZC（區(qū)域控制器）發(fā)送關(guān)閉庫(kù)門(mén)申請(qǐng)（同時(shí)庫(kù)門(mén)的狀態(tài)為打開(kāi)），ZC應(yīng)回復(fù)不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)；若此時(shí)庫(kù)門(mén)狀態(tài)為非打開(kāi)且鎖閉狀態(tài)，ZC應(yīng)向列車發(fā)送緊急制動(dòng)命令，此時(shí)列車狀態(tài)為緊急制動(dòng)狀態(tài)。

圖3 場(chǎng)景1（列車未進(jìn)入防護(hù)進(jìn)路）

圖4 場(chǎng)景2（列車遠(yuǎn)離）

圖5 場(chǎng)景3（列車已入庫(kù)）

圖6 場(chǎng)景4（列車未出庫(kù)時(shí)關(guān)門(mén)）

此外，當(dāng)防護(hù)進(jìn)路占用，列車非遠(yuǎn)離庫(kù)門(mén)時(shí)，若軌道交通控制中心下發(fā)關(guān)閉庫(kù)門(mén)命令，則不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)；當(dāng)列車占?jí)毫袡z庫(kù)位A，此時(shí)列車處于非緊急制動(dòng)且切除牽引狀態(tài)時(shí)，不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)；當(dāng)列車占?jí)很噹?kù)門(mén)相鄰區(qū)段，且正在運(yùn)行經(jīng)過(guò)庫(kù)門(mén)，不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)；列車占?jí)毫袡z庫(kù)位AG，且未處于切除牽引或緊急制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)。

2.3 洗車庫(kù)門(mén)場(chǎng)景分析

當(dāng)列車占?jí)悍雷o(hù)進(jìn)路，但列車運(yùn)行方向?yàn)槿霂?kù)方向，此時(shí)不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)，如圖7所示。當(dāng)列車占?jí)悍雷o(hù)進(jìn)路，但列車運(yùn)行方向?yàn)槌鰩?kù)方向，此時(shí)允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)，如圖8所示。當(dāng)列車折返換端后，軌道交通控制中心下發(fā)關(guān)閉庫(kù)門(mén)指令，CI關(guān)閉信號(hào)機(jī)CK1B，若檢查到1BG處有列車占用，按照正常作業(yè)規(guī)則，此時(shí)無(wú)論列車處于任何狀態(tài)均不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)（如圖9所示）。

當(dāng)列車準(zhǔn)備進(jìn)入洗車庫(kù)時(shí)，軌道交通控制中心下發(fā)關(guān)閉庫(kù)門(mén)指令，CI關(guān)閉信號(hào)機(jī)JK1B，若檢查到列車位于洗車庫(kù)門(mén)相鄰區(qū)段1AG上時(shí)，不允許關(guān)閉車庫(kù)門(mén)；當(dāng)列車進(jìn)入折返軌且尚未折返換端，軌道交通控制中心下發(fā)關(guān)閉庫(kù)門(mén)指令，若CI檢查到列車位于洗車庫(kù)門(mén)相鄰區(qū)段1BG上時(shí)，不允許關(guān)閉洗車庫(kù)門(mén)；當(dāng)列車位于洗車庫(kù)內(nèi)且占?jí)合窜噹?kù)線，則此時(shí)列車無(wú)論處于任何狀態(tài)均不允許關(guān)閉庫(kù)門(mén)。

2.4 車庫(kù)門(mén)控制流程實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)

圖7 列車處于洗車庫(kù)門(mén)入口位置

圖8 列車駛離洗車庫(kù)

圖9 列車折返換端

車庫(kù)門(mén)控制流程設(shè)計(jì)如下：

（1）TIAS（行車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)）根據(jù)收發(fā)車計(jì)劃及調(diào)度操作將開(kāi)關(guān)門(mén)命令發(fā)給停車場(chǎng)CI；

（2）停車場(chǎng)CI根據(jù)庫(kù)門(mén)狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)及列車狀態(tài)判斷是否允許發(fā)出關(guān)閉庫(kù)門(mén)指令；

（3）停車場(chǎng)CI綜合TIAS的指令和CI處理的允許關(guān)門(mén)指令狀態(tài)并進(jìn)行處理后，輸出開(kāi)啟或關(guān)閉庫(kù)門(mén)指令；

（4）開(kāi)關(guān)車庫(kù)門(mén)指令通過(guò)庫(kù)門(mén)控制器分別控制各個(gè)庫(kù)門(mén)的PLC（可編程邏輯控制器）；

（5）各個(gè)車庫(kù)門(mén)的PLC控制車庫(kù)門(mén)的打開(kāi)或關(guān)閉；

（6）庫(kù)門(mén)系統(tǒng)將庫(kù)門(mén)全都打開(kāi)的狀態(tài)通過(guò)硬線發(fā)送給停車場(chǎng)CI，CI再將采集狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送至TIAS；

（7）庫(kù)門(mén)系統(tǒng)提供旁路開(kāi)關(guān)，當(dāng)庫(kù)門(mén)實(shí)際打開(kāi)而無(wú)法提供打開(kāi)狀態(tài)至CI時(shí)，通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)發(fā)送庫(kù)門(mén)打開(kāi)狀態(tài)至CI；

（8）當(dāng)遠(yuǎn)程自動(dòng)開(kāi)關(guān)庫(kù)門(mén)無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，可通過(guò)列檢庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)值班室的開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕硬線驅(qū)動(dòng)庫(kù)門(mén)的開(kāi)關(guān)。

3 工程應(yīng)用

本文提出的車庫(kù)門(mén)聯(lián)鎖方案目前已應(yīng)用于北京軌道交通燕房線。燕房線連接燕房組團(tuán)和良鄉(xiāng)組團(tuán)，服務(wù)于房山新城西部地區(qū)，且設(shè)置了閻村北停車場(chǎng)1座。燕房線采用全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)，停車列檢庫(kù)按遠(yuǎn)期6節(jié)編組的條件設(shè)計(jì)9條股道；股道采用盡端式布置，每股道2列位，共計(jì)18列位。停車列檢庫(kù)各線均要求接觸軌入庫(kù)（分段設(shè)置），且每個(gè)列位均單獨(dú)裝有分段隔離開(kāi)關(guān)及其聯(lián)鎖裝置、報(bào)警音響和標(biāo)志燈，列車全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域在原則上為無(wú)人作業(yè)區(qū)。在停車列檢庫(kù)內(nèi)劃分了多個(gè)保護(hù)分區(qū)，每2股道設(shè)置1個(gè)保護(hù)分區(qū)，并用鐵柵欄隔離，從而實(shí)現(xiàn)物理隔離。在車庫(kù)內(nèi)設(shè)置SPKS開(kāi)關(guān)，可禁止相應(yīng)分區(qū)中的車輛運(yùn)行和庫(kù)外車輛駛?cè)霂?kù)中。按照無(wú)人駕駛的條件，停車列檢庫(kù)的庫(kù)門(mén)需要列車TIAS根據(jù)派班計(jì)劃，提前30 min在停車場(chǎng)行調(diào)工作站提醒工作人員打開(kāi)列檢庫(kù)門(mén)；TIAS根據(jù)派班計(jì)劃，按規(guī)定時(shí)間自動(dòng)觸發(fā)辦理出庫(kù)進(jìn)路；CI收到辦理出庫(kù)進(jìn)路命令，且檢查車庫(kù)門(mén)是否打開(kāi)等聯(lián)鎖條件滿足后，辦理出庫(kù)進(jìn)路，出庫(kù)信號(hào)機(jī)開(kāi)放允許信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)全自動(dòng)無(wú)人駕駛的城市軌道交通線路較少，車輛段、停車場(chǎng)納入全自動(dòng)無(wú)人駕駛控制和管理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)還不豐富。本文通過(guò)車庫(kù)門(mén)場(chǎng)景分析及其防護(hù)原則對(duì)聯(lián)鎖邏輯方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，方案中增加了相應(yīng)的安全防護(hù)措施，滿足了全自動(dòng)無(wú)人駕駛的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)實(shí)際工程測(cè)試應(yīng)用，本方案提高了列車出庫(kù)、回庫(kù)及洗車作業(yè)的效率，提高了車輛段、停車場(chǎng)列車及操作人員的安全。

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