城市軌道交通信號系統(tǒng)與站臺門系統(tǒng)信息接口方式分析

呂文龍，韓 臻，李金峰

(1．北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068；2．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

城市軌道交通信號系統(tǒng)與站臺門系統(tǒng)的接口方式主要分為長電平信號和脈沖信號兩種方式，且在不同工程中對兩種信號的時序處理也不盡相同。總體而言，信號系統(tǒng)負(fù)責(zé)開門和關(guān)門信號的輸出，站臺門系統(tǒng)在接受信號系統(tǒng)輸出的命令后執(zhí)行開門和關(guān)門動作。信號系統(tǒng)通常在保證站臺門可靠接受其信息的前提下輸出脈沖信號，對于開門和關(guān)門脈沖信號外的站臺門動作狀態(tài)，由站臺門進(jìn)行相應(yīng)的邏輯保持。而站臺門系統(tǒng)通常希望等待信號系統(tǒng)輸出長電平方式且互斥的開門和關(guān)門命令，在兩個指令之間不再進(jìn)行相關(guān)的邏輯保持判斷。本文從信號系統(tǒng)和站臺門系統(tǒng)的需求出發(fā)，結(jié)合工程實際應(yīng)用的特點(diǎn)，從開關(guān)門信號的時序狀態(tài)梳理以下接口方式。

2 信息接口方式

2.1 長電平信號

方式一：下一列車進(jìn)站前信號系統(tǒng)持續(xù)發(fā)送關(guān)門信號。

1）列車進(jìn)站在停車窗內(nèi)停穩(wěn)后的整個停站過程中，信號系統(tǒng)持續(xù)向站臺門系統(tǒng)發(fā)送開門命令（實際信息流向為車載信號設(shè)備（VOBC）向計算機(jī)聯(lián)鎖（CI）發(fā)送開門命令，CI再將開門命令發(fā)送給站臺門系統(tǒng)（PSD），詳見2.3節(jié)分析），PSD打開站臺門。

2）在列車停站結(jié)束后，信號系統(tǒng)向PSD持續(xù)發(fā)送關(guān)門命令（實際信息流向為VOBC向CI發(fā)送關(guān)門命令，CI再將關(guān)門命令發(fā)送給PSD，詳見2.3節(jié)分析）。

3）從本站列車停站結(jié)束到本站下趟列車進(jìn)站在停車窗內(nèi)停穩(wěn)之前由信號系統(tǒng)向PSD持續(xù)發(fā)送關(guān)門命令。

4）信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送持續(xù)的 “開門到關(guān)門”或“關(guān)門到開門”的變化高電平信號，因此開門、關(guān)門命令為0、0狀態(tài)，屬于故障狀態(tài)。

具體時序分析如圖1所示。

圖1 下一列車進(jìn)站前信號系統(tǒng)持續(xù)發(fā)送關(guān)門長電平信號Fig.1 The signal system sends long electric-level signals for door closing continuously before the next train enters the station

方式二：列車出站后信號系統(tǒng)不再發(fā)送關(guān)門信號。

1）列車進(jìn)站在停車窗內(nèi)停穩(wěn)后的整個停站過程中，信號系統(tǒng)持續(xù)向PSD發(fā)送開門命令，PSD打開站臺門。

2）在列車停站結(jié)束后至列車出清站臺進(jìn)入?yún)^(qū)間過程中，信號系統(tǒng)向PSD持續(xù)發(fā)送關(guān)門命令。

3）列車完全出清站臺門聯(lián)動區(qū)域后，信號系統(tǒng)不再向PSD發(fā)送關(guān)門命令，由PSD保持當(dāng)前的站臺門狀態(tài)不變。

4）下一列車進(jìn)站在停車窗內(nèi)停穩(wěn)后，信號系統(tǒng)持續(xù)向PSD發(fā)送開門命令，PSD打開站臺門。

5）信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送持續(xù)的高電平開門命令或關(guān)門命令，在開門命令和關(guān)門命令之間切換瞬態(tài)，存在開門、關(guān)門命令均為0、0狀態(tài)，不一定屬于故障狀態(tài)，需要雙方確定持續(xù)此狀態(tài)的時間閾值加以區(qū)分是否為故障態(tài)。

具體時序分析如圖2所示。

2.2 脈沖信號

方式三：列車進(jìn)站前先發(fā)送關(guān)門脈沖信號。

1）列車在進(jìn)站前的站臺門聯(lián)動區(qū)域內(nèi)發(fā)送站臺門關(guān)門命令，PSD保持站臺門在關(guān)閉狀態(tài)。

2）列車進(jìn)站在停車窗內(nèi)停穩(wěn)后的整個停站過程中，信號系統(tǒng)持續(xù)向PSD發(fā)送開門命令，PSD打開站臺門。

3）在列車停站結(jié)束后至列車出清站臺門聯(lián)動區(qū)域前，信號系統(tǒng)向PSD持續(xù)發(fā)送關(guān)門命令。

4）列車完全出清站臺門聯(lián)動區(qū)域后，信號系統(tǒng)不再向PSD發(fā)送關(guān)門命令，由PSD保持當(dāng)前的站臺門狀態(tài)不變。

5）信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送脈沖信號的開門命令或關(guān)門命令，在開門命令和關(guān)門命令之間切換瞬態(tài)，存在開門、關(guān)門命令均為0、0狀態(tài)，不一定屬于故障狀態(tài)，需要雙方確定持續(xù)此狀態(tài)的時間閾值加以區(qū)分是否為故障態(tài)。

圖2 列車出站后信號系統(tǒng)不再發(fā)送關(guān)門長電平信號Fig.2 The signal system stops sending long electric-level signals for door closing after the train leaves the station

具體時序分析如圖3所示。

方式四：站臺門關(guān)閉鎖緊后信號系統(tǒng)不再發(fā)送關(guān)門信號。

圖3 列車進(jìn)站前先發(fā)送關(guān)門脈沖信號Fig.3 Pulse signals for door closing are sent before the train enters the station

1）列車進(jìn)站在停車窗內(nèi)停穩(wěn)后，信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送開門脈沖命令，PSD打開站臺門。當(dāng)信號系統(tǒng)收到PSD發(fā)送的站臺門打開的狀態(tài)后，不再向PSD發(fā)送開門命令，站臺門打開的狀態(tài)由PSD保持。

2）列車停站結(jié)束后，信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送關(guān)門命令，當(dāng)信號系統(tǒng)收到PSD發(fā)送的站臺門關(guān)閉且鎖緊的狀態(tài)后，信號系統(tǒng)不再向PSD發(fā)送關(guān)門命令，站臺門關(guān)閉的狀態(tài)由PSD保持。

3）信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送脈沖信號的開門命令或關(guān)門命令，在開門命令和關(guān)門命令之間切換瞬態(tài)，存在開門、關(guān)門命令均為0、0狀態(tài)，不一定屬于故障狀態(tài)，需要雙方確定持續(xù)此狀態(tài)的時間閾值加以區(qū)分是否為故障態(tài)。

具體時序分析如圖4所示。

方式五：信號系統(tǒng)僅發(fā)出一次規(guī)定脈沖寬度的開、關(guān)門信號。

1）列車進(jìn)站在停車窗內(nèi)停穩(wěn)后，信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送開門脈沖命令，PSD打開站臺門。當(dāng)信號系統(tǒng)收到PSD發(fā)送的站臺門打開的狀態(tài)后，不再向PSD發(fā)送開門命令，站臺門打開的狀態(tài)由PSD保持。

2）列車停站結(jié)束后，信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送關(guān)門命令，信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送規(guī)定寬度的脈沖關(guān)門命令，站臺門關(guān)閉的狀態(tài)由PSD保持。

3）信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送脈沖信號的開門命令或關(guān)門命令，在開門命令和關(guān)門命令之間切換瞬態(tài)，存在開門、關(guān)門命令均為0、0狀態(tài)，不一定屬于故障狀態(tài)，需要雙方確定持續(xù)此狀態(tài)的時間閾值加以區(qū)分是否為故障態(tài)。

圖4 列車出站后信號系統(tǒng)不再發(fā)送關(guān)門脈沖信號一Fig.4 The signal system stops sending pulse signals for door closing after the train leaves the station (1)

具體時序分析如圖5所示。

圖5 列車出站后信號系統(tǒng)不再發(fā)送關(guān)門脈沖信號二Fig.5 The signal system stops sending pulse signals for door closing after the train leaves the station (2)

2.3 接口方式分析

1) 列車在站臺停車窗內(nèi)停穩(wěn)時開門處理

信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送持續(xù)高電平信號和脈沖信號兩種接口開門信息的詳細(xì)處理方式分析如表 1所示。

因此，無論CI向站臺門發(fā)送的開門命令為持續(xù)高電平還是脈沖信號，在站臺門開門過程中站臺門都要執(zhí)行完開門命令，使站臺門完全打開；在站臺門完全打開后，無關(guān)門信號、開門命令丟失（0、0），站臺門仍保持站臺門完全打開的狀態(tài)。直到站停時間到發(fā)出關(guān)門信號，站臺門才開始關(guān)閉。兩種信號向站臺門發(fā)送的開門命令方式在開門過程及整個站停過程中均不會出現(xiàn)開門命令丟失后站臺門關(guān)門的現(xiàn)象。

2) 列車站停結(jié)束時關(guān)門處理

信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送持續(xù)高電平信號和脈沖信號兩種關(guān)口開門信息的詳細(xì)處理方式分析如表 2所示。

因此，無論CI向站臺門發(fā)送的關(guān)門命令為持續(xù)高電平還是脈沖信號，在站臺門關(guān)門過程中站臺門都要執(zhí)行完關(guān)門命令，使站臺門完全關(guān)閉且鎖緊；在站臺門完全關(guān)閉且鎖緊后，無開門命令且關(guān)門命令丟失（0、0），站臺門仍保持站臺門完全關(guān)閉且鎖緊的狀態(tài)。直到下趟列車進(jìn)站時發(fā)出開門信號，站臺門才開始打開。兩種信號向站臺門發(fā)送的關(guān)門命令方式均不會出現(xiàn)列車在未接近站臺區(qū)和完全出清站臺區(qū)后出現(xiàn)站臺門開門的現(xiàn)象。

2.4 車地通信斷開時的處理方案

1) 方案描述

VOBC與CI通信斷開時，信號系統(tǒng)向PSD發(fā)送的命令，存在以下兩種處理方案。

方案一：若CI與VOBC通信斷開時，CI正在向PSD發(fā)送開/關(guān)門命令，則CI與VOBC通信斷開后，CI應(yīng)繼續(xù)向PSD發(fā)送開/關(guān)門命令，直至收到PSD的狀態(tài)反饋，之后不發(fā)送開門命令也不發(fā)送關(guān)門命令。

表 1 列車在站臺停車窗內(nèi)停穩(wěn)時開門處理Tab.1 Measures for door opening when the train stands still at the stop sign of the platform

表 2 列車站停結(jié)束時關(guān)門處理Tab.2 Measures for door closing when the train is ready to leave the station

方案二：若CI與VOBC通信斷開后，CI對PSD應(yīng)不發(fā)送開門且不發(fā)送關(guān)門命令。

PSD系統(tǒng)的執(zhí)行動作：無論上述哪種方案，PSD處理方案如下。

PSD判斷CI的開/關(guān)門命令有效，開始執(zhí)行命令后，應(yīng)將開/關(guān)門動作執(zhí)行到底。

PSD收到CI發(fā)送的無開門命令且無關(guān)門命令，或同時有開/關(guān)門命令時，若正在執(zhí)行開/關(guān)門動作，則應(yīng)執(zhí)行到底，否則，應(yīng)保持當(dāng)前狀態(tài)。

2) 方案分析

開關(guān)門命令經(jīng)過VOBC發(fā)送至CI，由CI轉(zhuǎn)發(fā)至PSD，PSD判斷命令有效性驅(qū)動站臺門動作，信息之間傳遞對應(yīng)的時間如圖6所示。

圖6 車地信息傳遞時間示意圖Fig.6 Schematic diagram of the time of train-ground information transmission

a.在VOBC-CI通信超時閾值t1內(nèi)CI未收到VOBC的信息，則CI將判斷與VOBC斷開通信。

b.CI向PSD發(fā)送開關(guān)站臺門命令后，到PSD收到CI發(fā)送的開關(guān)命令，此延時時間為t2。

c.PSD從收到CI的開關(guān)門命令，到其判斷開關(guān)門命令有效，此延時時間為t3。

若t1≥t2+t3，則兩種方案結(jié)果相同，均可保證PSD按照CI最后收到的VOBC命令完成動作。

若t1＜t2+t3，則方案一結(jié)果為：CI根據(jù)最后收到的VOBC命令繼續(xù)驅(qū)動PSD，直至PSD狀態(tài)與預(yù)期一致。方案二結(jié)果為：CI停止發(fā)送開關(guān)門命令，PSD判斷收到的命令無效，保持之前的狀態(tài)。

因此，兩種方案均未發(fā)現(xiàn)引入安全性問題，只是PSD最后的狀態(tài)不同。

通常在實際工程中，為確保站臺門可靠動作，信號系統(tǒng)和PSD系統(tǒng)各自的信息處理時間以及相互之間的通信延遲閾值時間可適配調(diào)整，盡量保證t1＞t2+t3，使兩種方案結(jié)果相同，即保證在車地?zé)o線斷開狀態(tài)下，PSD動作和CI所發(fā)送的命令意圖一致。

3 結(jié)束語

信號系統(tǒng)和PSD的信息接口方式基本為上述5種方式，這5種接口方式可為城市軌道交通工程信號系統(tǒng)與PSD的接口提供參考。方式五開門命令及關(guān)門命令均采用脈沖信號，信號系統(tǒng)發(fā)送的脈沖長度需保證PSD的可靠動作，同時PSD需保證在脈沖信號外的動作保持功能。通過本文分析，推薦采用方式一或方式三，其余接口方式也可根據(jù)工程需要選用。