地鐵聯(lián)絡(luò)線的信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)與優(yōu)化

趙媛媛 易希為 周斌

浙江眾合科技股份有限公司，中國(guó)·浙江 杭州 310051

地鐵聯(lián)絡(luò)線；信號(hào)設(shè)計(jì)；接口電路；可靠性

1 引言

近年來，中國(guó)城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人口數(shù)量不斷增多，這使得地面交通愈加擁堵。為解決城市交通擁堵問題，保障人們出行便利，加快地鐵建設(shè)顯得尤為重要。在進(jìn)行地鐵建設(shè)過程中，如何保障地鐵信號(hào)系統(tǒng)與其他線路信號(hào)系統(tǒng)有效連接，關(guān)系到地鐵運(yùn)營(yíng)的安全性與可靠性。

2 地鐵聯(lián)絡(luò)線的信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行地鐵聯(lián)絡(luò)線的信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合線路專業(yè)相關(guān)知識(shí)，包括站臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容、線路限速、線路資料等，了解地鐵信號(hào)系統(tǒng)實(shí)際用電量、車站地線的規(guī)劃建設(shè)等情況。設(shè)計(jì)人員也需對(duì)通訊專業(yè)相關(guān)知識(shí)有所涉及，以保證數(shù)據(jù)傳輸效率科學(xué)合理，信息傳輸渠道規(guī)范有效，并且還要能在設(shè)計(jì)過程中準(zhǔn)確計(jì)算出牽引布點(diǎn)與追蹤間隔、列車最大加速度、緊急制動(dòng)減速度等。設(shè)計(jì)人員需準(zhǔn)確計(jì)算出以上數(shù)據(jù)，從而保證接口設(shè)計(jì)的規(guī)范性、合理性[1]。

3 地鐵聯(lián)絡(luò)線的信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 故障導(dǎo)向安全原則

按照國(guó)家與行業(yè)相關(guān)規(guī)定，在進(jìn)行地鐵信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)時(shí)，需嚴(yán)格遵循故障導(dǎo)向安全原則，確保信號(hào)能及時(shí)、安全傳輸。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在具體設(shè)計(jì)過程中，故障情況下的處理措施容易被忽視，導(dǎo)致接口的穩(wěn)定性不高，信號(hào)傳輸?shù)陌踩缘貌坏奖ＷC，給地鐵的運(yùn)營(yíng)帶來了安全隱患且嚴(yán)重影響地鐵運(yùn)營(yíng)效率。因此，在接口設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)秉承故障導(dǎo)向安全原則，對(duì)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能會(huì)發(fā)生的各項(xiàng)意外事故做全面考慮，并結(jié)合相關(guān)資料對(duì)故障情況進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上合理確定電壓、電流等參數(shù)，科學(xué)確定接口位置與數(shù)量以及接口間的聯(lián)鎖關(guān)系，從而保證接口設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性[2]。

3.2 細(xì)化接口設(shè)計(jì)文件

在進(jìn)行地鐵信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)時(shí)，接口設(shè)計(jì)文件是各項(xiàng)工作開展的依據(jù)，如果接口設(shè)計(jì)文件中各項(xiàng)內(nèi)容不詳實(shí)、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，界定不明確，就會(huì)導(dǎo)致具體的設(shè)計(jì)工作很難開展，進(jìn)而對(duì)接口設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生直接性影響。因此，要想保證地鐵信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，就必須將接口文件進(jìn)行細(xì)化。設(shè)計(jì)時(shí)，要增強(qiáng)專業(yè)設(shè)計(jì)者之間的交流與溝通，確保對(duì)文件各項(xiàng)內(nèi)容有一個(gè)準(zhǔn)確的理解與把握，在之后的設(shè)計(jì)工作中也認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)規(guī)定與要求，從而保證接口設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證地鐵信號(hào)系統(tǒng)安全[3]。

4 地鐵聯(lián)絡(luò)線信號(hào)系統(tǒng)接口具體設(shè)計(jì)

中國(guó)杭州地鐵6 號(hào)線及杭富線工程接口聯(lián)絡(luò)線的信號(hào)平面布置如圖1所示：

圖1 與地鐵4 號(hào)線接口信號(hào)布置圖

地鐵6 號(hào)線在中醫(yī)藥大學(xué)站通過聯(lián)絡(luò)線與4 號(hào)線接口，接口采用安全繼電方式。兩線之間在進(jìn)行轉(zhuǎn)線作業(yè)時(shí)，列車駕駛模式采用非限制人工駕駛模式與人工駕駛模式兩種。在運(yùn)行過程中，司機(jī)主要按照接發(fā)車進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)顯示行車。

經(jīng)測(cè)算確定，地鐵6 號(hào)線與4 號(hào)線聯(lián)絡(luò)線路總計(jì)長(zhǎng)度為163m。在聯(lián)絡(luò)線的分界點(diǎn)處，6 號(hào)線和4 號(hào)線分別設(shè)置各自的列車占用檢查設(shè)備（計(jì)軸）和防護(hù)進(jìn)入本線的防護(hù)信號(hào)機(jī)，并納入各自的聯(lián)鎖控制。在上行線，聯(lián)絡(luò)線、信號(hào)機(jī)X0304、計(jì)軸A0304 以及道岔W0302 屬于4 號(hào)線控制范圍；信號(hào)機(jī)S2604、計(jì)軸A2604 和道岔W2602 屬于6 號(hào)線控制范圍[4]。

在設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮到該線路的地形、位置、線路運(yùn)行需求等各項(xiàng)情況，最終制定出以下設(shè)計(jì)方案。

4.1 基本原則

地鐵6 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)與4 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖關(guān)系需滿足以下要求：在非轉(zhuǎn)線作業(yè)時(shí)，兩條線路保持獨(dú)立性，運(yùn)營(yíng)中不相互干擾。兩條線路之間在聯(lián)絡(luò)線處建立聯(lián)鎖照查關(guān)系，在轉(zhuǎn)線作業(yè)時(shí)，將經(jīng)過聯(lián)絡(luò)線的發(fā)車進(jìn)路和接車進(jìn)路當(dāng)作一條進(jìn)路來處理，保證聯(lián)絡(luò)線上列車進(jìn)路的安全。兩條線路聯(lián)絡(luò)處的兩組道岔分別歸各自線路控制。在供電方面，遵循誰采集誰供電原則[5]。

4.2 接口信號(hào)

4.2.1 從6 號(hào)線聯(lián)鎖到4 號(hào)線聯(lián)鎖的接口信號(hào)

表1 從6 號(hào)線聯(lián)鎖到4 號(hào)線聯(lián)鎖的接口信號(hào)說明

圖2 6 號(hào)線安全輸出示例

6 號(hào)線系統(tǒng)至4 號(hào)線系統(tǒng)的安全輸出示例如圖2所示。6號(hào)線系統(tǒng)至4 號(hào)線系統(tǒng)的安全輸出的電氣需求為：6 號(hào)線輸出的接口信號(hào)狀態(tài)將在4 號(hào)線聯(lián)鎖中通過繼電器進(jìn)行復(fù)示；復(fù)示繼電器電路，使用6號(hào)線狀態(tài)輸出繼電器的兩個(gè)接點(diǎn)（雙斷）；該電路所需的直流電源為24V，由4 號(hào)線提供。

4.2.2 從4 號(hào)線聯(lián)鎖到6 號(hào)線聯(lián)鎖的接口信號(hào)

表2 從4 號(hào)線聯(lián)鎖到6 號(hào)線聯(lián)鎖的接口信號(hào)說明

圖3 6 號(hào)線安全輸入示例

4 號(hào)線系統(tǒng)至6 號(hào)線系統(tǒng)的安全輸出（即6 號(hào)線的安全輸入）示例如圖3所示。4 號(hào)線系統(tǒng)至6 號(hào)線系統(tǒng)的安全輸出的電氣需求為：4 號(hào)線輸出的接口信號(hào)狀態(tài)將在6 號(hào)線聯(lián)鎖中通過繼電器進(jìn)行復(fù)示；復(fù)示繼電器電路，使用4 號(hào)線狀態(tài)輸出繼電器的兩個(gè)接點(diǎn)（雙斷）；該電路所需的直流電源為24V，由6 號(hào)線提供[6]。

4.2.3 接口電路可靠性分析

（1）接口電路的可靠性計(jì)算公式

采用《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》（GJB/Z229C-2006）中所列的計(jì)算方法老計(jì)算聯(lián)絡(luò)線接口電路的可靠度，可采用的設(shè)備失效率計(jì)算公式為：

式中：λGS——設(shè)備的總失效率（10-6/h）;

λGi——第i 中元器件的通用失效率（10-6/h）;

πQi——第i 種元器件的通用質(zhì)量系數(shù)；

Ni——第i 種元器件的數(shù)量；

n——設(shè)備所用元器件的種類數(shù)。

（2）接口電路的可靠性失效率計(jì)算

圖中直流可調(diào)電源，主要為橋式整流電路，一般由6 個(gè)二極管和1 個(gè)電阻組成。根據(jù)《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》，二極管的相關(guān)參數(shù)為：

將上述參數(shù)帶入公式（1）中，可計(jì)算出電源總失效率為：

根據(jù)《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》，繼電器的相關(guān)參數(shù)為：

將上述參數(shù)帶入公式（1）中，可計(jì)算出繼電器總失效率為：

綜上所述，圖2和圖3中，聯(lián)絡(luò)線接口電路由2 個(gè)專用安全型繼電器、一個(gè)直流可調(diào)電源組成。將λGS電源、λGS繼電器帶入公式（1），計(jì)算可得接口電路的失效率為：

根據(jù)《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》，系統(tǒng)可靠度計(jì)算公式為：

根據(jù)公式（2）可計(jì)算出1～5年聯(lián)絡(luò)線接口電路的可靠度，如表3所示。

表3 聯(lián)絡(luò)線接口電路的可靠度

根據(jù)表3可知，聯(lián)絡(luò)線接口電路的可靠度逐年下降，在五年之后可靠度為96.464%，故障率達(dá)到3.536%。

4.3 兩條聯(lián)絡(luò)線之間的聯(lián)鎖關(guān)系

4.3.1 轉(zhuǎn)線作業(yè)的辦理

正常情況下，接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路都空閑，當(dāng)6 號(hào)線向聯(lián)絡(luò)線辦理發(fā)車進(jìn)路時(shí)，必須在4 號(hào)線先行辦理了自聯(lián)絡(luò)線的同向接車進(jìn)路，鎖閉道岔W0302，并相應(yīng)地開放X0304 的前提下，6 號(hào)線才能辦理至聯(lián)絡(luò)線的發(fā)車進(jìn)路和開放信號(hào)機(jī)。當(dāng)4 號(hào)線向聯(lián)絡(luò)線辦理發(fā)車進(jìn)路時(shí)，必須在6 號(hào)線先行辦理了自聯(lián)絡(luò)線的同向接車進(jìn)路、鎖閉道岔W2602，并相應(yīng)地開放S2604 的前提下，4 號(hào)線才能辦理至聯(lián)絡(luò)線的發(fā)車進(jìn)路和開放信號(hào)機(jī)。考慮到限速要求，若接車進(jìn)路開放引導(dǎo)信號(hào)，則發(fā)車進(jìn)路只能開放引導(dǎo)。

4.3.2 轉(zhuǎn)線進(jìn)路的解鎖

一旦接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路都鎖閉后，以從6 號(hào)線到4 號(hào)線的轉(zhuǎn)線運(yùn)行為例，4 號(hào)線的接車進(jìn)路不能隨意解鎖，必須6號(hào)線的發(fā)車進(jìn)路先解鎖，4 號(hào)線的接車進(jìn)路才能解鎖，防止因發(fā)車進(jìn)路未解鎖，接車已進(jìn)路解鎖的情況，導(dǎo)致列車沖進(jìn)已解鎖的進(jìn)路內(nèi)，造成事故。正常情況下，接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路隨列車經(jīng)過，區(qū)段順序解鎖。

在無列車占用發(fā)車進(jìn)路的接近區(qū)段時(shí)，取消發(fā)車進(jìn)路無需延時(shí)解鎖。先取消發(fā)車進(jìn)路，發(fā)車進(jìn)路解鎖后，再取消接車進(jìn)路。如列車已進(jìn)入發(fā)車進(jìn)路的接近區(qū)段，取消發(fā)車進(jìn)路需延時(shí)，如果延時(shí)后，列車停在發(fā)車信號(hào)機(jī)前未闖入發(fā)車進(jìn)路，則發(fā)車進(jìn)路解鎖，否則發(fā)車進(jìn)路不能解鎖，待發(fā)車進(jìn)路解鎖后，接車進(jìn)路辦理取消進(jìn)路。如未辦理發(fā)車進(jìn)路，接車進(jìn)路的接近區(qū)段故障占用，則取消接車進(jìn)路后，接車進(jìn)路延時(shí)180s解鎖。

4.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

正常情況下，4 號(hào)線X0304 ZCJ 落下，6 號(hào)線接車進(jìn)路不允許取消。鑒于表3中聯(lián)絡(luò)線接口電路的故障率隨時(shí)間增加而增大，會(huì)出現(xiàn)4 號(hào)線因故障X0304 ZCJ 落下或采集不到X0304 ZCJ 的狀態(tài)，導(dǎo)致6 號(hào)線接車進(jìn)路無法取消，影響6 號(hào)線正線正常運(yùn)營(yíng)。為解決此故障產(chǎn)生的影響，且考慮安全性能，6 號(hào)線在采集到X0304 ZCJ 落下時(shí)，若能采集到W0302 道岔DBJ 吸起，則允許通過人工延時(shí)解鎖的方式取消接車進(jìn)路，保證6 號(hào)線正線正常運(yùn)行，縮小故障影響范圍，提高故障情況下的運(yùn)營(yíng)效率。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為城市軌道交通的重要組成部分，聯(lián)絡(luò)線的信號(hào)系統(tǒng)接口在地鐵運(yùn)行過程中發(fā)揮著重要作用。因此，在進(jìn)行地鐵聯(lián)絡(luò)線信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)單位與人員應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家與行業(yè)要求，遵循故障導(dǎo)向安全原則，根據(jù)工程實(shí)際情況采取有效措施優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保地鐵信號(hào)系統(tǒng)接口的功能安全性、可靠性性得到充分發(fā)揮。