CTCS2+ATO系統(tǒng)列車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)原理和優(yōu)化方案

葉建斌

（中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司電務(wù)部，廣州 510088)

1 概述

珠三角城際鐵路是綜合了城市軌道交通與高速鐵路特點(diǎn)的新式軌道交通。為了解決城市軌道交通站間距短、對(duì)標(biāo)停車頻繁，司機(jī)疲憊容易出錯(cuò)，同時(shí)與既有CTCS-2、CTCS-3（以下簡(jiǎn)稱C2、C3）級(jí)列控系統(tǒng)兼容互聯(lián)互通，并適應(yīng)客流量大需防控站臺(tái)旅客安全等問(wèn)題。綜合研究，其列車運(yùn)行控制系統(tǒng)創(chuàng)造性地采用了在CTCS-2 技術(shù)的基礎(chǔ)上疊加ATO 功能的新系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為CTCS2+ATO 系統(tǒng)。該系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了列車按運(yùn)行圖自動(dòng)駕駛、站內(nèi)自動(dòng)對(duì)標(biāo)精確停車、列控系統(tǒng)綜合管控站臺(tái)門、節(jié)能環(huán)保等功能，開(kāi)通運(yùn)營(yíng)3 年來(lái)運(yùn)行平穩(wěn)。

新增的車門與站臺(tái)門的聯(lián)動(dòng)功能，極大程度減輕了站務(wù)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了站臺(tái)運(yùn)營(yíng)的防護(hù)能力。但是，在城際鐵路實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，由于各方面原因，造成列車門及站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制失敗故障也時(shí)有發(fā)生，影響運(yùn)輸秩序也帶來(lái)一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。本文在分析CTCS2+ATO 系統(tǒng)雙門聯(lián)動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，研究了車門及站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制失敗故障成因和優(yōu)化措施。

2 列車門與站臺(tái)門接口原理

CTCS2+ATO 系統(tǒng)設(shè)置站臺(tái)門控制系統(tǒng)和站臺(tái)控制盤，使站臺(tái)門既可以獨(dú)立于列控系統(tǒng)進(jìn)行人工控制，也可以通過(guò)站臺(tái)門與CTCS2+ATO 系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)門與列車門的自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)控制。

每側(cè)站臺(tái)門通過(guò)設(shè)置開(kāi)門繼電器（KMJ）、關(guān)門繼電器（GMJ）、車型繼電器1（CX1J）、車型繼電器2（CX2J）、門鎖閉繼電器（MSJ）、門旁路繼電器（MPJ）、門報(bào)警繼電器（MBJ）等7 個(gè)繼電器，完成站臺(tái)門與CTCS2+ATO 系統(tǒng)信息交互。站臺(tái)門通過(guò)MPJ 狀態(tài)確定站臺(tái)門是否與CTCS2+ATO 系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，若聯(lián)動(dòng)控制時(shí)MPJ 落下，也可人工設(shè)置為旁路狀態(tài)MPJ 吸起，則站臺(tái)門不接受CTCS2+ATO 的控制指令。開(kāi)關(guān)門時(shí)，驅(qū)動(dòng)KMJ（或GMJ）及CX1J（或CX2J）吸起，操作站臺(tái)門動(dòng)作。站臺(tái)門根據(jù)自身狀態(tài)控制MSJ、MBJ 的吸起和落下，MSJ、MBJ 常態(tài)吸起，表示站臺(tái)門處于鎖閉狀態(tài)、且無(wú)異常報(bào)警。當(dāng)站臺(tái)門接受開(kāi)門指令打開(kāi)時(shí)，MSJ 落下；當(dāng)站臺(tái)門被人為或其他因素打開(kāi)時(shí)，MBJ 落下。聯(lián)鎖、列控設(shè)備采集MSJ、MBJ 接點(diǎn)狀態(tài)信息，當(dāng)任一落下時(shí)，聯(lián)鎖不能開(kāi)放對(duì)應(yīng)股道的接發(fā)車進(jìn)路信號(hào)，若信號(hào)已開(kāi)放則立即恢復(fù)，將站臺(tái)門納入信號(hào)系統(tǒng)控制，確保站臺(tái)旅客安全。列控中心同時(shí)采集MPJ 接點(diǎn)狀態(tài)信息，為行車人員提供站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制狀態(tài)信息。

接口原理如圖1 所示。

3 列車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)原理

CTCS2+ATO 系統(tǒng)在車地?zé)o線通信正常時(shí)，可提供車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制功能。具備開(kāi)（關(guān)）門條件后，司機(jī)開(kāi)（關(guān)）門操作或ATO 設(shè)備下達(dá)開(kāi)（關(guān)）門指令，ATP 向地面設(shè)備發(fā)送開(kāi)（關(guān)）門命令。通信控制服務(wù)器（CCS）根據(jù)車型信息和地面站臺(tái)門設(shè)置情況，確認(rèn)對(duì)應(yīng)股道列車停準(zhǔn)且停穩(wěn)后，通過(guò)TCC 向站臺(tái)門系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)（關(guān)）門動(dòng)作，由站臺(tái)門系統(tǒng)開(kāi)（關(guān)）站臺(tái)門,整個(gè)過(guò)程如圖2 所示。

圖1 站臺(tái)門控制接口原理Fig.1 Principle of platform screen door control interface

圖2 CCS系統(tǒng)站臺(tái)門控制原理Fig.2 Platform screen door control principle of CCS system

車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制示意如圖3 所示，車門及站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制功能主要由車載設(shè)備、CCS/TCC 控制設(shè)備、站臺(tái)門系統(tǒng)以及GSM-R 無(wú)線通信系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)。

圖3 車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)控制示意圖Fig.3 Schematic diagram of linkage control of train door and platform screen door

4 列車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)故障分析及優(yōu)化方案

從列車門與站臺(tái)門接口關(guān)系、聯(lián)動(dòng)原理可以看出，涉及列控車載設(shè)備、無(wú)線通信設(shè)備、列控地面設(shè)備、站臺(tái)門控制設(shè)備、站臺(tái)門，整個(gè)過(guò)程環(huán)節(jié)多、設(shè)備多，因此故障的因素多和原因分析判定相對(duì)比較復(fù)雜。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，控制失效主要的故障現(xiàn)象體現(xiàn)為列控車載設(shè)備提示“站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)失敗”。

4.1 列車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)流程

車載設(shè)備向地面發(fā)送站臺(tái)門控制命令(開(kāi)或關(guān))時(shí)，會(huì)周期檢查站臺(tái)門的狀態(tài)反饋。若站臺(tái)門狀態(tài)反饋與站臺(tái)門控制命令不一致時(shí)，車載設(shè)備將間隔發(fā)送站臺(tái)門命令3 次，間隔時(shí)間6 s，若在該持續(xù)時(shí)間內(nèi)未能收到對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門狀態(tài)時(shí)，則對(duì)外報(bào)告聯(lián)動(dòng)失敗。

同時(shí)，根據(jù)車地?zé)o線報(bào)文定義CTCS-23 包定義，地面反饋的站臺(tái)門狀態(tài)中的包序列號(hào)必須與車載發(fā)送地面的開(kāi)關(guān)門命令包(CTCS-24 包)中的序列號(hào)一致時(shí)，才認(rèn)為站臺(tái)門狀態(tài)與站臺(tái)門操作命令一致且有效如表1 所示。

表1 CTCS-23包定義Tab.1 CTCS-23 package defi nition

4.2 列車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)失敗原因分析

車門及站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)主要表現(xiàn)為車門及站臺(tái)門未能同步聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，通過(guò)DMI 顯示“站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)失敗”信息，提示司機(jī)進(jìn)行介入操作。

車載設(shè)備判斷“站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)失敗”時(shí)主要包括站臺(tái)門反饋狀態(tài)與預(yù)期的開(kāi)門指令不一致以及站臺(tái)門反饋的狀態(tài)超時(shí)兩類。

站臺(tái)門反饋狀態(tài)與預(yù)期的開(kāi)門指令不一致的故障從現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)分析，基本為站臺(tái)門系統(tǒng)未能正確操作站臺(tái)門系統(tǒng)(未動(dòng)作或者存在1 扇門未關(guān)閉)?，F(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)分析如圖4 所示，車載設(shè)備發(fā)送開(kāi)門指令后，站臺(tái)門系統(tǒng)始終反饋為關(guān)閉，從而車載設(shè)備判斷聯(lián)動(dòng)失敗。

圖4 站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)日志Fig.4 Linkage log of platform screen door

4.3 列車門與站臺(tái)門聯(lián)動(dòng)優(yōu)化措施

從珠三角城際鐵路實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，站臺(tái)門反饋的狀態(tài)超時(shí)故障原因包括站臺(tái)門操作超時(shí)、車地?zé)o線通信延時(shí)較大以及序列號(hào)檢查不一致3 個(gè)類型。其中站臺(tái)門操作超時(shí)，可能為列控車載設(shè)備未采集到開(kāi)、關(guān)門動(dòng)作信息。如果僅某個(gè)車多次出現(xiàn)聯(lián)動(dòng)失敗，即本車列控車載設(shè)備對(duì)開(kāi)、關(guān)門操作信息采集或處理存在問(wèn)題的可能性大。車地?zé)o線通信延時(shí)較大需要通信專業(yè)優(yōu)化通信信道質(zhì)量解決，提高無(wú)線覆蓋的強(qiáng)度，減少外部干擾。上述分析的序列號(hào)不一致，通過(guò)優(yōu)化軟件，或者延長(zhǎng)車載判斷站臺(tái)門超時(shí)時(shí)間能夠有效避免此種場(chǎng)景出現(xiàn)。

4.4 站臺(tái)門故障分析

站臺(tái)門故障，導(dǎo)致聯(lián)動(dòng)失敗，加強(qiáng)維護(hù)提高站臺(tái)門控制系統(tǒng)的可用性。因鐵路信號(hào)系統(tǒng)，首次將站臺(tái)門納入控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，站臺(tái)門設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到信號(hào)設(shè)備的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，容易發(fā)生故障導(dǎo)致聯(lián)動(dòng)失敗。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)站臺(tái)門存在主要問(wèn)題是機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損帶來(lái)站臺(tái)門控制系統(tǒng)的延時(shí)變大，且容易發(fā)生站臺(tái)門操作錯(cuò)誤，反饋錯(cuò)誤的站臺(tái)門狀態(tài)信息。進(jìn)一步分析站臺(tái)門機(jī)械部分主要為電磁鎖方面故障，主要表現(xiàn)為電磁鎖與鎖鉤卡死、電磁鎖進(jìn)入灰塵異物卡阻、電磁鎖芯銹蝕、傳動(dòng)皮帶脫落導(dǎo)致卡頓或者皮帶動(dòng)滑輪變形等方面的故障。

5 展望

C2+ATO 列控系統(tǒng)，其研發(fā)及應(yīng)用在國(guó)際上創(chuàng)造了列車自動(dòng)駕駛功能在動(dòng)車組上運(yùn)用的先河，創(chuàng)新和豐富了我國(guó)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)體系。隨著珠三角城際鐵路運(yùn)營(yíng)探索，克服系統(tǒng)缺點(diǎn)，進(jìn)一步完善ATO 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范和規(guī)章制度。未來(lái)， ATO系統(tǒng)必將在我國(guó)各區(qū)域軌道交通建設(shè)過(guò)程中得到全面推廣使用，為我國(guó)列控系統(tǒng)走向智能化、管控一體化方向奠定技術(shù)基礎(chǔ)。