全自動運(yùn)行信號系統(tǒng)與洗車機(jī)的接口方案研究

寇若嵐

(1.北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

隨著軌道交通控制技術(shù)的發(fā)展，越來越多的城市軌道交通工程采用全自動運(yùn)行控制系統(tǒng)提升運(yùn)營管理水平。全自動運(yùn)行系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)列車休眠、列車喚醒、自動發(fā)車、自動折返、自動進(jìn)出段/場、自動停車、自動開/關(guān)車門以及在故障情況下實現(xiàn)自動恢復(fù)等功能。

全自動運(yùn)行系統(tǒng)下的車輛段/停車場新增自動洗車作業(yè)。為實現(xiàn)全自動駕駛的相關(guān)要求，信號系統(tǒng)需增強(qiáng)設(shè)備配置，特別是增加與洗車設(shè)備的接口功能和邏輯關(guān)系，以實現(xiàn)全自動洗車功能。

本文主要針對聯(lián)鎖子系統(tǒng)與洗車機(jī)接口功能，以及洗車庫內(nèi)的作業(yè)流程進(jìn)行分析，提出信號系統(tǒng)聯(lián)鎖與洗車庫接口的方案。

2 全自動洗車功能

在全自動駕駛FAM模式下，洗車作業(yè)由自動列車駕駛系統(tǒng)（ATO）控制完成。聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送洗車請求，收到洗車機(jī)確認(rèn)回復(fù)后，ATO向車輛發(fā)送洗車模式及牽引命令，列車就位后進(jìn)行洗車作業(yè)；洗車過程中，ATO控制列車定點停車及折返換端，完成特定部位的清洗；洗車完成后，ATO控制列車出清洗車庫停車點，停穩(wěn)后退出洗車模式。車載ATO撤銷向車輛發(fā)送洗車模式的信息，根據(jù)移動授權(quán)運(yùn)行回庫。

自動洗車流程中，信號系統(tǒng)需實現(xiàn)洗車庫庫門的聯(lián)鎖防護(hù)。ATP提供超速防護(hù)，列車運(yùn)行到洗車庫前指定位置后停車；洗車完成后，聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)進(jìn)路檢查，滿足條件后關(guān)閉洗車庫門。

3 全自動洗車流程

3.1 洗車流程概述

1）ATS發(fā)送當(dāng)天運(yùn)營計劃，車輛段/停車場派班室人工選擇空檔時間，設(shè)置待洗列車的車組號、洗車時刻。

2）待洗列車在停車列檢庫內(nèi)停穩(wěn)后，到預(yù)定義的洗車時刻ATS向具有車輛段/停車場控制權(quán)的主用中心行調(diào)或信號樓行調(diào)進(jìn)行洗車提示。行調(diào)確認(rèn)后自動觸發(fā)至洗車庫的進(jìn)路。

3）打開洗車庫庫門：列車入庫時，ATS根據(jù)洗車開始時刻提前10 min（可設(shè)定）向洗車庫門發(fā)送開門命令，若聯(lián)鎖檢查條件滿足，則洗車庫門打開；若洗車庫門超過規(guī)定時間未打開則在行調(diào)工作站報警；當(dāng)洗車機(jī)就緒且洗車庫門打開且鎖閉情況下，ATS按洗車計劃向行調(diào)工作站提示洗車請求。

4）人工為洗車機(jī)上電，系統(tǒng)自動控制進(jìn)行洗車。

5）關(guān)閉洗車庫庫門：洗車計劃全部完成后，行調(diào)工作站提示是否關(guān)閉洗車庫門，待行調(diào)確認(rèn)后ATS向洗車庫門發(fā)送關(guān)閉命令，洗車庫門自動關(guān)閉。

按照洗車線類型的不同，洗車作業(yè)可分為盡頭式自動洗車和貫通式自動洗車兩種。受電方式分為第三軌受電和接觸網(wǎng)受電。本文根據(jù)洗車線和受電方式的不同，歸納出兩種自動洗車流程，分別進(jìn)行詳細(xì)的分析。

3.2 盡頭式洗車庫作業(yè)場景分析（采用第三軌受電）

1）人工為洗車機(jī)上電，洗車機(jī)就緒后向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送高電平的確認(rèn)信息，直到列車入庫行駛到指定檢測位置，洗車機(jī)開始向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送低電平信息，表示檢測到列車。

2）聯(lián)鎖系統(tǒng)采集洗車機(jī)和信號設(shè)備的狀態(tài)發(fā)送給ATS系統(tǒng)，段/場信號調(diào)度接收到就緒信息后發(fā)送目的地號。聯(lián)鎖系統(tǒng)接收到目的地號后自動向洗車線排列進(jìn)路，洗車庫庫門開啟，列車運(yùn)行至洗車機(jī)前停車。如圖1所示。

圖1 列車入庫前位置示意圖Fig.1 The location before entering the garage

3）全自動駕駛系統(tǒng)模式下，信號車載設(shè)備將持續(xù)通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送自動洗車請求，直到列車從洗車庫盡頭折返后停穩(wěn)；洗車機(jī)收到請求信息后進(jìn)行回復(fù)確認(rèn)；車載信號接收到洗車機(jī)的確認(rèn)信息后，控制列車低速運(yùn)行(車速3～5 km／h)至折返軌區(qū)段如圖2中1BG所示，列車進(jìn)行換端并在圖2中的A點停穩(wěn)；車載通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送洗車作業(yè)請求，洗車機(jī)準(zhǔn)備就緒后回復(fù)請求確認(rèn)；列車收到確認(rèn)信息后低速運(yùn)行至車頭洗位B，列車停穩(wěn)后如圖2中列車位置3通過聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送信息給洗車機(jī)，洗車機(jī)對車頭進(jìn)行清洗。

4）洗車機(jī)完成前端洗車命令后，通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向列車發(fā)送移動指令。列車?yán)^續(xù)向前運(yùn)行，在此過程中洗車機(jī)對列車側(cè)面進(jìn)行清洗。

5）當(dāng)列車?yán)^續(xù)運(yùn)行至車尾洗位C如圖2中列車位置4時，聯(lián)鎖系統(tǒng)將停穩(wěn)信息轉(zhuǎn)發(fā)給洗車機(jī)；收到停穩(wěn)信息后，洗車機(jī)進(jìn)行后端洗車流程。

圖2 盡頭式冼車庫自動冼車示意圖Fig.2 Full automatic train washing in stub-end type washing garage

6）當(dāng)完成洗車任務(wù)后，洗車機(jī)通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向車載發(fā)送移動指令。車載收到指令后繼續(xù)向前移動至圖2中的D點停車，如圖2中列車位置5所示。

7）列車根據(jù)出庫信號機(jī)CK1A的信號顯示駛離洗車庫，信號開放應(yīng)檢查洗車機(jī)歸位至限界處。當(dāng)CI檢查到防護(hù)進(jìn)路空閑，且列車位置已出清洗車庫門相鄰區(qū)段，且運(yùn)行方向為出庫方向時，方可關(guān)閉洗車庫庫門。

3.3 貫通式洗車庫作業(yè)場景分析（采用接觸網(wǎng)受電）

1）人工為洗車機(jī)上電，列車運(yùn)行至洗車庫前停穩(wěn)，此階段流程和3.2 節(jié)盡頭式洗車庫作業(yè)中的1）和2）相同。

2）列車按指令在洗車庫前停車，如圖3中A點。聯(lián)鎖系統(tǒng)按照受電弓的固定編號向車輛發(fā)送指令提示換弓；車輛收到指令后根據(jù)受電弓狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行換弓，完成后向信號系統(tǒng)反饋就位信號。

3）車載通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送自動洗車請求，收到確認(rèn)回復(fù)后，車輛控制列車低速運(yùn)行至車頭洗位（圖3中B點）精確停車。洗車機(jī)收到停穩(wěn)信息后，進(jìn)行前端洗車。

4）前端洗車完畢后，列車?yán)^續(xù)前行至換弓點停穩(wěn)，洗車機(jī)收到停穩(wěn)信息后停止洗車。車輛系統(tǒng)再次進(jìn)行換弓。完成后信號系統(tǒng)再次啟動洗車命令，列車?yán)^續(xù)向前移動，在此過程中洗車機(jī)持續(xù)對車身側(cè)面進(jìn)行清洗。列車運(yùn)行至車尾洗位（圖3中C點）時，聯(lián)鎖系統(tǒng)將停穩(wěn)信息轉(zhuǎn)發(fā)給洗車機(jī)；收到停穩(wěn)信息后，洗車機(jī)進(jìn)行尾端洗車流程。

5）尾端洗車完畢后，洗車機(jī)通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向車載發(fā)送移動指令。車載收到指令后繼續(xù)向前移動至圖3中的D點停車。

6）列車根據(jù)出庫信號機(jī)CK1B的信號顯示駛離洗車庫。此階段流程和3.3節(jié)盡頭式洗車庫作業(yè)中的7）相同。

4 洗車機(jī)接口方案設(shè)計

4.1 接口功能

1）為滿足段內(nèi)的全自動駕駛和有人駕駛的作業(yè)需要，聯(lián)鎖系統(tǒng)需增加與洗車機(jī)的接口，實現(xiàn)洗車機(jī)狀態(tài)的采集，并將停穩(wěn)等相關(guān)信息傳遞給ATS系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動洗車作業(yè)。

2）為實現(xiàn)與車庫門的聯(lián)動，信號系統(tǒng)還需增加與洗車庫庫門的接口，接收車庫門狀態(tài)納入聯(lián)鎖進(jìn)路檢查條件并傳輸?shù)紸TS，實現(xiàn)庫門的聯(lián)鎖防護(hù)并實時監(jiān)測，并向車庫門發(fā)送車庫門開啟和關(guān)閉的指令。

3）ATS子系統(tǒng)增加提供人員防護(hù)開關(guān)、洗車機(jī)狀態(tài)和洗車庫庫門狀態(tài)的顯示功能。并具備顯示線路自動控制區(qū)域和非自動控制區(qū)域功能。

4.2 接口方式

圖3 貫通式冼車庫自動冼車示意圖Fig.3 Full automatic train washing in through type washing garage

洗車庫內(nèi)配備全自動洗車機(jī)，信號系統(tǒng)與全自動洗車機(jī)采用繼電接口，互傳控制和狀態(tài)信息。繼電電路均采用雙斷電路，安全繼電器的狀態(tài)通過安全型輸入/輸出板進(jìn)行驅(qū)動和采集。信號系統(tǒng)內(nèi)部信息傳輸采用信號系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

4.3 接口交互信息

車載設(shè)備通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送列車停穩(wěn)信息，洗車機(jī)通過聯(lián)鎖系統(tǒng)向車載設(shè)備發(fā)送洗車條件信息、允許列車移動信息以及洗車作業(yè)完成后的移動指令；聯(lián)鎖系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送洗車請求，列車停穩(wěn)信息；同時聯(lián)鎖系統(tǒng)向ATS提供人員防護(hù)開關(guān)的狀態(tài)、洗車機(jī)狀態(tài)信息。ATS向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)天的運(yùn)營計劃和待洗列車的車次號等信息。

聯(lián)鎖系統(tǒng)和洗車機(jī)之間的信息交互內(nèi)容如表1、2所示。

表1 聯(lián)鎖子系統(tǒng)向洗車機(jī)發(fā)送信息表Tab.1 Information from CI system to train washing machine

表2 洗車機(jī)向聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)送信息表Tab.2 Information from train washing machine to CI system

若列車采用接觸網(wǎng)供電，在指定的停車換弓點聯(lián)鎖系統(tǒng)還需向車輛發(fā)送換弓提示，車輛根據(jù)受電弓狀態(tài)判斷并執(zhí)行換弓動作，執(zhí)行完成后向聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送確認(rèn)信息。聯(lián)鎖子系統(tǒng)和車輛之間信息交互如表3所示。

表3 聯(lián)鎖子系統(tǒng)和車輛互傳信息表Tab.3 Mutual information between CI system and train

5 結(jié)束語

總結(jié)全自動運(yùn)行系統(tǒng)下自動洗車的功能和流程，對聯(lián)鎖系統(tǒng)與洗車機(jī)的接口方式和互傳信息進(jìn)行設(shè)計。本方案僅作為案例探討，流程中還有諸多未考慮的因素和不完善之處。在方案設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合實際洗車流程和接口信息、接口方式等進(jìn)行綜合考慮，滿足全自動運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計要求。