自動(dòng)旅客運(yùn)輸系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

李朝鵬 張國(guó)剛

(1. 中車浦鎮(zhèn)龐巴迪運(yùn)輸系統(tǒng)有限公司，241060，蕪湖；2. 上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，200235，上海//第一作者，工程師)

站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，安裝于地鐵、輕軌等軌道交通車站站臺(tái)邊緣，采用與列車門(mén)相對(duì)應(yīng)、可多級(jí)控制開(kāi)啟與關(guān)閉滑動(dòng)門(mén)的連續(xù)屏障，將車站站臺(tái)與行車隧道區(qū)域隔離開(kāi)。

自動(dòng)旅客運(yùn)輸(APM)系統(tǒng)作為全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)中的一種制式，針對(duì)靈活編組、靈活泊位以及可單門(mén)控制等運(yùn)營(yíng)需求，對(duì)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文將結(jié)合APM系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的新需求，對(duì)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 APM系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)接口功能的實(shí)現(xiàn)

1. 1 功能分析

目前國(guó)內(nèi)地鐵多采用有司機(jī)值乘的基于CBTC(基于通信的列車控制)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)之間接口的基本功能主要包括3個(gè)方面：列車到站停穩(wěn)后信號(hào)系統(tǒng)向站臺(tái)門(mén)發(fā)送開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)命令；站臺(tái)門(mén)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送站臺(tái)門(mén)關(guān)閉且鎖緊狀態(tài)，信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)此狀態(tài)控制列車進(jìn)站、離站；在站臺(tái)門(mén)無(wú)法發(fā)送關(guān)閉且鎖緊狀態(tài)時(shí)，站臺(tái)門(mén)可在人為保證安全情況下向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送互鎖解除命令，使信號(hào)系統(tǒng)控制列車完成進(jìn)站、離站。常規(guī)軌道交通模式下站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)接口的基本功能如圖1所示。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，正有越來(lái)越多的線路采用全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)。相應(yīng)地，站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)之間的接口也隨之增加了對(duì)位隔離的功能，即：當(dāng)車門(mén)或者站臺(tái)門(mén)故障時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)收到的故障信息，向相應(yīng)的站臺(tái)門(mén)或車門(mén)發(fā)送隔離信號(hào)；由站臺(tái)門(mén)或車門(mén)分別獨(dú)立對(duì)隔離信號(hào)進(jìn)行處理，使其不執(zhí)行開(kāi)門(mén)動(dòng)作。

但是，對(duì)位隔離功能未考慮到APM系統(tǒng)靈活編組、靈活泊位，以及可單門(mén)控制等功能需求。此外，對(duì)于APM項(xiàng)目，因站臺(tái)不設(shè)站務(wù)員或工作人員，當(dāng)站臺(tái)門(mén)與車輛之間縫隙夾人或夾物時(shí)，控制中心應(yīng)可根據(jù)間隙探測(cè)報(bào)警信號(hào)，遠(yuǎn)程控制對(duì)應(yīng)的單個(gè)站臺(tái)門(mén)打開(kāi)，釋放被夾的人或物。

圖1 站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)接口的基本功能

1. 2 功能實(shí)現(xiàn)

從安全性及可靠性角度考慮，既有地鐵線路的以上接口功能均采用硬線接口實(shí)現(xiàn)。接口是基于雙斷設(shè)計(jì)的：信號(hào)系統(tǒng)的每個(gè)輸出信息，由站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)提供采集電源；站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的每個(gè)輸出信息，由

信號(hào)系統(tǒng)提供采集電源。

如果全部依靠硬線接口設(shè)計(jì)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活編組、靈活泊位以及信號(hào)系統(tǒng)可控制單個(gè)站臺(tái)門(mén)開(kāi)、關(guān)的功能，將會(huì)大幅增加硬線接口及線纜的數(shù)量，站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)的接口設(shè)備體積也將變大，增加了設(shè)計(jì)的難度并降低了系統(tǒng)可靠性。

2 APM系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)的應(yīng)用

本文結(jié)合深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)APM系統(tǒng)工程，從工程條件、總體架構(gòu)、功能分類及接口設(shè)計(jì)等4個(gè)方面對(duì)APM系統(tǒng)中站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)的接口進(jìn)行具體分析，采用硬線與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的接口形式，并結(jié)合工程項(xiàng)目給出設(shè)計(jì)方案。

2. 1 工程條件

深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)根據(jù)其客流量特點(diǎn)，APM系統(tǒng)要求采用靈活編組且靈活泊位，即列車有2輛編組、3輛編組及最大4輛編組的型式，而且相同或不同編組列車的停車泊位也不固定。同時(shí)，APM系統(tǒng)需具備信號(hào)系統(tǒng)可控制單個(gè)站臺(tái)門(mén)開(kāi)、關(guān)的功能。因此，根據(jù)不同的組合情況，需按照每節(jié)車廂進(jìn)行分組的門(mén)控制，具體的運(yùn)行場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 靈活編組及靈活泊位的運(yùn)行場(chǎng)景

2. 2 總體架構(gòu)

信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)硬線接口的使能信號(hào)及通信接口的開(kāi)門(mén)命令來(lái)控制站臺(tái)門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。使能信號(hào)是站臺(tái)門(mén)開(kāi)門(mén)的先決條件，只有當(dāng)使能信號(hào)及開(kāi)門(mén)命令同時(shí)有效時(shí)，站臺(tái)門(mén)才執(zhí)行開(kāi)門(mén)動(dòng)作。

每套信號(hào)控制設(shè)備內(nèi)部均包含主、從2臺(tái)控制器，主、從控制器之間互備冗余。與該套信號(hào)控制設(shè)備接口的是一套站臺(tái)門(mén)中央控制盤(pán)(PSC)。PSC內(nèi)包含2臺(tái)單元控制器(PEDC)，每個(gè)PEDC分別控制一側(cè)的站臺(tái)門(mén)；2臺(tái)PEDC之間互相通信，互為冗余設(shè)計(jì)。因此，實(shí)現(xiàn)了2側(cè)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)控制設(shè)備之間通信冗余，不會(huì)因單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障影響站臺(tái)門(mén)的操作和控制，提升了該接口方式的安全性及可靠性。每套信號(hào)控制器根據(jù)站臺(tái)編號(hào)及單門(mén)編號(hào)可對(duì)應(yīng)控制到單個(gè)站臺(tái)滑動(dòng)門(mén)。APM系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)接口方案的總體架構(gòu)如圖3所示。

APM系統(tǒng)的站臺(tái)門(mén)開(kāi)、關(guān)門(mén)控制邏輯是：列車到站停穩(wěn)后，信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)硬線發(fā)送使能命令給站臺(tái)門(mén)，同時(shí)通過(guò)冗余的網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送開(kāi)門(mén)命令，站臺(tái)門(mén)根據(jù)接收到的指令進(jìn)行開(kāi)門(mén)操作；乘客上、下車完畢后，信號(hào)系統(tǒng)同時(shí)撤銷使能和開(kāi)門(mén)命令，站臺(tái)門(mén)執(zhí)行關(guān)門(mén)動(dòng)作。

圖3 站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)接口總體架構(gòu)方案

2. 3 接口功能分類

站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)之間接口類型分為通過(guò)硬線接口的安全命令接口及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口的非安全命令接口兩種。根據(jù)深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)APM系統(tǒng)靈活編組和靈活泊位的要求，門(mén)使能信號(hào)在每節(jié)車廂設(shè)置一組硬線接口，以實(shí)現(xiàn)站臺(tái)門(mén)的分組控制。同時(shí)，考慮到系統(tǒng)的安全性及可靠性，站臺(tái)門(mén)關(guān)閉且鎖緊信號(hào)須與使能信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，因此站臺(tái)門(mén)關(guān)閉且鎖緊信號(hào)同樣需要按照每節(jié)車廂設(shè)一組硬線接口。

APM系統(tǒng)站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)間具體的接口信息如圖4所示。

圖4 站臺(tái)門(mén)和信號(hào)系統(tǒng)的詳細(xì)接口信息

2. 4 硬線接口設(shè)計(jì)

硬線接口的安全命令包括分組的使能信號(hào)、分組的關(guān)閉且鎖緊信號(hào)、互鎖解除信號(hào)及非期望開(kāi)門(mén)復(fù)位信號(hào)。

2. 4. 1 門(mén)使能

在某編組列車到站并停穩(wěn)在正確停車位置內(nèi)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)硬線給對(duì)應(yīng)編組的站臺(tái)門(mén)發(fā)送使能。門(mén)使能是信號(hào)系統(tǒng)控制站臺(tái)門(mén)打開(kāi)的前置條件，若站臺(tái)門(mén)未收到使能信號(hào)，將忽略開(kāi)門(mén)命令、不執(zhí)行開(kāi)門(mén)動(dòng)作。

2. 4. 2 站臺(tái)門(mén)關(guān)閉且鎖緊狀態(tài)

在站臺(tái)門(mén)執(zhí)行關(guān)門(mén)動(dòng)作并關(guān)閉鎖緊后，將站臺(tái)門(mén)的關(guān)閉且鎖緊狀態(tài),以及光柵未檢測(cè)到間隙障礙物的狀態(tài)形成安全回路，由站臺(tái)門(mén)通過(guò)硬線接口發(fā)送給信號(hào)系統(tǒng)。只有當(dāng)四組安全回路都接通時(shí)，才允許信號(hào)系統(tǒng)控制列車進(jìn)站或離站。

2. 4. 3 互鎖解除

在信號(hào)系統(tǒng)接收不到站臺(tái)門(mén)的關(guān)閉且鎖緊狀態(tài)時(shí)，在人為確認(rèn)安全的前提下，工作人員操作站臺(tái)門(mén)就地控制盤(pán)(PSL)上的互鎖解除開(kāi)關(guān)后，站臺(tái)門(mén)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送互鎖解除命令，允許信號(hào)系統(tǒng)控制列車進(jìn)站或離站。

2. 4. 4 非期望開(kāi)門(mén)復(fù)位

非期望開(kāi)門(mén)復(fù)位是由站臺(tái)門(mén)通過(guò)硬線接口發(fā)送給信號(hào)系統(tǒng)的連續(xù)信號(hào)。當(dāng)站臺(tái)門(mén)出現(xiàn)非計(jì)劃開(kāi)門(mén)并將被打開(kāi)的門(mén)處理完畢后，信號(hào)系統(tǒng)需要站臺(tái)發(fā)出一個(gè)復(fù)位命令來(lái)允許恢復(fù)列車運(yùn)行。此時(shí)需要工作人員操作PSL上的“非期望開(kāi)門(mén)復(fù)位”開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2. 5 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)接口的非安全命令包括開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)信號(hào)、門(mén)和門(mén)狀態(tài)及故障信息、列車到站時(shí)的開(kāi)門(mén)預(yù)告信息。站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)接口基于Modbus協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)上述的非安全命令。網(wǎng)絡(luò)通信采用主備冗余的接口設(shè)計(jì)，一路通信故障不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

2. 5. 1 開(kāi)、關(guān)門(mén)命令

當(dāng)列車正常運(yùn)行實(shí)施開(kāi)門(mén)上、下客作業(yè)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)在向站臺(tái)門(mén)發(fā)送門(mén)使能的同時(shí)，也通過(guò)冗余的網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送開(kāi)門(mén)命令，站臺(tái)門(mén)在同時(shí)收到門(mén)使能和開(kāi)門(mén)命令后執(zhí)行開(kāi)門(mén)動(dòng)作；當(dāng)上下客完畢需要關(guān)門(mén)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)同時(shí)撤銷門(mén)使能和開(kāi)門(mén)命令，站臺(tái)門(mén)執(zhí)行關(guān)門(mén)動(dòng)作。

信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送的開(kāi)、關(guān)門(mén)命令是針對(duì)每一檔滑動(dòng)門(mén)，可由信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單個(gè)滑動(dòng)門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉的控制。因此，在該APM系統(tǒng)中的對(duì)位隔離功能由信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)冗余的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)、關(guān)門(mén)命令來(lái)控制，即當(dāng)某個(gè)車門(mén)或站臺(tái)門(mén)故障時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)接收到對(duì)應(yīng)的故障信息后，信號(hào)系統(tǒng)將不發(fā)送開(kāi)門(mén)命令給對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門(mén)及車門(mén)組，以實(shí)現(xiàn)對(duì)位隔離。

站臺(tái)門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)之間控制命令對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門(mén)動(dòng)作及狀態(tài)如表1所示。

表1 控制命令對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門(mén)動(dòng)作及狀態(tài)

2. 5. 2 站臺(tái)門(mén)狀態(tài)及故障信息

站臺(tái)門(mén)將其運(yùn)行狀態(tài)及故障信息通過(guò)冗余的網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給信號(hào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)對(duì)門(mén)狀態(tài)的監(jiān)視，以及站臺(tái)門(mén)向信號(hào)系統(tǒng)的故障報(bào)警。該故障信息同時(shí)用于信號(hào)系統(tǒng)控制車門(mén)的對(duì)位隔離。

2. 5. 3 列車到站時(shí)的開(kāi)門(mén)預(yù)告

每檔滑動(dòng)門(mén)門(mén)頭的頂箱蓋板上設(shè)置了一塊顯示屏，用于顯示列車到站時(shí)該檔門(mén)是否打開(kāi)。在即將進(jìn)站的列車是短編組、該檔門(mén)因故障隔離、因?qū)?yīng)的車門(mén)故障進(jìn)行對(duì)位隔離等情況下時(shí)，門(mén)頭顯示屏顯示該檔門(mén)在本趟列車停站時(shí)不打開(kāi)，以提醒乘客從其他位置的門(mén)上、下車。該信息通過(guò)冗余的網(wǎng)絡(luò)接口，由信號(hào)系統(tǒng)在列車進(jìn)站前一定時(shí)間內(nèi)發(fā)送給站臺(tái)門(mén)，使得門(mén)頭顯示屏可以提前顯示不開(kāi)門(mén)信息，便于乘客合理安排候車位置。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)硬線接口和網(wǎng)絡(luò)通信接口相結(jié)合的方式來(lái)控制站臺(tái)門(mén)開(kāi)、關(guān)門(mén)動(dòng)作，該設(shè)計(jì)方案具有顯著的靈活性和便捷性。同時(shí)，該方案通過(guò)采用冗余的通信設(shè)計(jì)，提升了APM系統(tǒng)的安全性及可靠性，滿足APM系統(tǒng)在靈活編組、靈活泊位且實(shí)現(xiàn)單門(mén)控制等方面的新需求，成功解決了全部硬線接口無(wú)法處理信號(hào)系統(tǒng)控制單個(gè)站臺(tái)滑動(dòng)門(mén)開(kāi)、關(guān)的問(wèn)題。

目前，該接口設(shè)計(jì)方案已應(yīng)用到香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)、深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)、成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)一期等APM項(xiàng)目中，且滿足安全完整性等級(jí)4級(jí)(SIL4)認(rèn)證要求。在未來(lái)，該接口設(shè)計(jì)方案仍需通過(guò)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況來(lái)進(jìn)一步予以驗(yàn)證。