一種用于城軌車輛的環(huán)線控制電路設(shè)計

張路亞，于悅青

（洛陽市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471000）

如今地鐵已經(jīng)成為人們出行的重要工具，在一些繁忙的線路上，晚點(diǎn)5分鐘就會造成乘客的大量擁堵，因此，對于地鐵公司來說，保障列車的安全可靠運(yùn)行是至關(guān)重要的。基于以上實(shí)際運(yùn)營的需求，設(shè)計硬線控制模式，當(dāng)列車網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，司機(jī)可以直接將列車切換到硬線控制模式，利用可靠性更高的硬線來取代網(wǎng)絡(luò)控制，實(shí)現(xiàn)列車正常運(yùn)行最基本的功能，保證列車能夠正常運(yùn)營到終點(diǎn)然后再入庫檢查。現(xiàn)階段地鐵車輛大都引入了網(wǎng)絡(luò)控制，但是由于硬線電路具有極高的可靠性和可維護(hù)性，因此在車輛電氣設(shè)計中仍然大量采用硬線電路來實(shí)現(xiàn)其功能。

在原有技術(shù)中，列車環(huán)線控制電路如圖1所示，列車環(huán)線控制電路由列車的兩端司機(jī)室占有繼電器KM11進(jìn)行控制，當(dāng)TC1占有時，TC1車KM11得電，控制開關(guān)觸點(diǎn)3-4閉合且開關(guān)觸點(diǎn)1-2斷開，當(dāng)全部操作兩端的按鈕S11時，信號通過該硬線傳遞先后至TC2車與TC1車的繼電器KM12，使列車TC2與TC1的繼電器KM12得電觸發(fā)其功能，從而實(shí)現(xiàn)列車硬線信號的傳遞功能和兩個司機(jī)室占有繼電器互鎖功能。當(dāng)TC2司機(jī)室占有時，與上文同理。

圖1 列車環(huán)線控制電路背景技術(shù)

該電路被普遍應(yīng)用于地鐵車輛的設(shè)計，其優(yōu)勢在于列車兩端電路的對稱性，大幅度降低了其他關(guān)聯(lián)功能電路設(shè)計的復(fù)雜性，如車尾閉路電路。但它也有其待改進(jìn)的空間，其一，大量占用司機(jī)室繼電器的觸點(diǎn)；其二，雙邊供電，造成了資源的浪費(fèi)。本文的硬線信號電路設(shè)計正是針對這兩點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

1 列車環(huán)線控制電路設(shè)計

1.1 優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)電路利用繼電器控制實(shí)現(xiàn)硬線信號傳輸，且使用雙邊供電，但是存在繼電器故障率高，可靠性低，成本較高的問題。基于以上考慮，本文采用了車端連接器實(shí)現(xiàn)硬線信號傳遞，并使用了單邊供電的供電方式，提高了可靠性且降低了成本。

1.2 具體方案

下面將對本設(shè)計的列車環(huán)線控制電路的具體方案進(jìn)行介紹。

圖2為列車環(huán)線控制電路。該電路使用了車端連接器的1、2、3觸點(diǎn)，TCI車的車端連接器的1、2觸點(diǎn)相連，TC2車的車端連接器的2、3的觸點(diǎn)相連，操作兩端S11按鈕，實(shí)現(xiàn)列車硬線信號的傳遞。

圖2 列車環(huán)線控制電路

列車環(huán)線控制電路具體的控制邏輯如下：列車由TC1車蓄電池單邊供電，蓄電池提供的高電平信號通過TC1車車端連接器1點(diǎn)傳遞到2點(diǎn)再傳遞到按鈕S11，當(dāng)TC1車與TC2車S11都閉合時，高電平信號傳遞至TC2車車端連接器的2點(diǎn)再傳遞到3點(diǎn)，從而使TC1與TC2的繼電器KM11得電。同理，若任意司機(jī)室按鈕S11沒有被操作，或者硬線傳輸過程任何導(dǎo)致信號中斷的條件發(fā)生，則列車TC1與TC2的繼電器KM11均不應(yīng)得電，無法實(shí)現(xiàn)列車硬線信號的傳遞。

2 車尾閉路電路設(shè)計

由于在使用本文的列車環(huán)線控制電路設(shè)計時，因電路設(shè)計為單邊供電，電路中供電端（TC1車）與非供電端（TC2車）的電路設(shè)計不對稱，在車尾閉路（即僅列車一半的編組投入運(yùn)行）工況需要進(jìn)行重新設(shè)計。

2.1 優(yōu)化設(shè)計

本文在使用車端連接器的列車線環(huán)線控制電路的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計了車尾閉路電路，電路可以完成以下功能：（1）包含單邊供電供電端的編組單編組運(yùn)行。（2）包含單邊供電非供電端的編組單編組運(yùn)行?；谝陨瞎δ艿目紤]，我們首先需要設(shè)計一個電路去判斷是供電端還是非供電端的列車編組投入運(yùn)行，判斷完畢以后，使用車尾閉路控制電路去控制車尾閉路電路，最后利用車尾閉路電路實(shí)現(xiàn)車尾閉路功能。因此，車尾閉路電路設(shè)計包含3個子電路，即列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路、車尾閉路電路。

2.2 具體方案

在使用本文的列車環(huán)線控制電路設(shè)計場景下的車尾閉路電路包括3個子電路，分別是列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路、車尾閉路電路，以下電路說明均以TC1車為單邊供電的供電端為例說明。

下面將對3個電路分別進(jìn)行介紹，并闡述3個電路之間的邏輯關(guān)系。

2.2.1 列車編組判斷電路

圖3為列車編組判斷電路。該電路的功能是為實(shí)現(xiàn)對車尾閉路控制電路的控制。當(dāng)采用本設(shè)計的列車線環(huán)線控制電路時，因TC1車與TC2車的車端連接器連線有所不同，列車部分功能的實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行列車的編組判斷。

圖3 列車編組判斷電路

列車編組判斷電路具體的控制邏輯如下：列車編組判斷電路采用雙邊供電，TC1車5點(diǎn)與6點(diǎn)連接，所以TC1車?yán)^電器KM1得電；TC2車5點(diǎn)與6點(diǎn)未相連，所以TC2車?yán)^電器KM1不得電。列車編組判斷功能的實(shí)現(xiàn)依賴于兩車的繼電器KM1的得電狀態(tài)不同，若發(fā)現(xiàn)繼電器KM1處于得電狀態(tài)，則判斷結(jié)果為供電端（TC1車）的編組投入運(yùn)行；若發(fā)現(xiàn)繼電器KM1處于不得電狀態(tài)，則判斷結(jié)果為非供電端（TC2車）的編組投入運(yùn)行。

2.2.2 車尾閉路控制電路

圖4為車尾閉路控制電路，S01為車尾閉路按鈕。該電路位于列車供電端所在編組的M車與非供電端所在編組的M車，其功能是為了實(shí)現(xiàn)對車尾閉路電路的控制。參考2.2.1 章節(jié)本文的列車編組判斷電路設(shè)計可知，當(dāng)供電端（TC1車）車尾閉路時，由于TCI車端的車端連接器5、6觸點(diǎn)相連，繼電器KM1可得電；非供電端（TC2車）車尾閉路時，由于TC2車端的車端連接器5、6觸點(diǎn)未相連，繼電器KM1無法得電。

圖4 車尾閉路控制電路

車尾閉路控制電路的實(shí)現(xiàn)邏輯與功能為：當(dāng)TC1車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行，TC1車端的車尾閉路控制電路工作，操作按鈕S01，由前文可知繼電器KM1處于得電狀態(tài)，則繼電器KM1的3-4觸點(diǎn)閉合，1-2觸點(diǎn)斷開，從而使繼電器KM3得電，其控制的開關(guān)觸點(diǎn)1-2斷開，使繼電器KM2無法得電；當(dāng)TC2車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行，TC2車端的車尾閉路控制電路工作，操作按鈕S01，由前文可知繼電器KM1處于未得電狀態(tài)，繼電器KM1控制的開關(guān)觸點(diǎn)1-2依然處于閉合狀態(tài)，繼電器KM2得電，其得電后控制的開關(guān)觸點(diǎn)1-2斷開，使繼電器KM3無法得電，從而實(shí)現(xiàn)繼電器KM2與繼電器KM3的互鎖功能。

2.2.3 車尾閉路電路

圖5為車尾閉路電路。實(shí)現(xiàn)邏輯與功能為：據(jù)2.2.2章節(jié)分析可知，當(dāng)TC1車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行，M1車的繼電器KM3得電，其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4閉合，而繼電器KM2無法得電，其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4維持?jǐn)嚅_狀態(tài)，TC1車蓄電池電源電流依次經(jīng)過車端連接器1、2觸點(diǎn)、判斷開關(guān)S11、繼電器KM3閉合的3、4觸點(diǎn)使繼電器KM11得電，實(shí)現(xiàn)單編組運(yùn)行；當(dāng)TC2車所在編組需要進(jìn)行車尾閉路運(yùn)行，M2車的繼電器KM2得電，其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4閉合，而繼電器KM2無法得電，其控制的開關(guān)觸點(diǎn)3-4維持?jǐn)嚅_狀態(tài)，TM2車蓄電池電源電流經(jīng)過繼電器KM2閉合的3、4觸點(diǎn)、判斷開關(guān)S11、車端連接器2、3點(diǎn)使繼電器KM11得電，實(shí)現(xiàn)單編組運(yùn)行。

圖5 車尾閉路電路

3 總結(jié)與分析

本文首先敘述了列車環(huán)線控制電路的背景與意義，詳細(xì)闡述了傳統(tǒng)列車環(huán)線控制電路的電路邏輯以及原理，并列舉了它的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，針對它的缺點(diǎn)提出了本文的單邊供電的環(huán)線控制電路設(shè)計，并具體地闡述了該種電路的電路邏輯以及原理，此外還詳細(xì)說明了在此種新型電路應(yīng)用情景下重新設(shè)計的列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路以及車尾閉路電路，本文所設(shè)計電路雖然與傳統(tǒng)環(huán)線控制電路相比有所優(yōu)化，但同時也存在著某些方面的劣勢，接下來將傳統(tǒng)環(huán)線控制電路與本文設(shè)計的環(huán)線控制電路進(jìn)行優(yōu)劣勢對比。

根據(jù)表1可知，本設(shè)計與傳統(tǒng)電路設(shè)計相比的劣勢除了冗余性低以外，另一個是車尾閉路工況下（即單編組投入運(yùn)行）車尾閉路電路的復(fù)雜性，但需要特別說明的是，列車單編組運(yùn)行的情況在實(shí)際運(yùn)行時發(fā)生的可能性是極小的，所以車尾閉路電路的存在并非不可或缺。下面將針對具體項(xiàng)目的電路原理圖深入分析兩種控制電路的車尾閉路電路的適用情況：

表1 兩種電路的優(yōu)劣勢對比

首先闡述傳統(tǒng)雙邊供電的環(huán)線控制電路及其車尾閉路電路，以鄭州地鐵5號線為例，在該項(xiàng)目中，原理圖所有應(yīng)用了傳統(tǒng)環(huán)線控制電路的功能電路據(jù)統(tǒng)計后如表2所示。

表2 ZZL5傳統(tǒng)環(huán)線控制電路

可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用了傳統(tǒng)環(huán)線控制電路的幾乎都是監(jiān)視回路，監(jiān)視功能的實(shí)現(xiàn)需要依靠環(huán)線控制電路來傳遞整個列車的硬線信號。需要特別說明的是，鄭州地鐵5號線項(xiàng)目中沒有設(shè)計車尾閉路電路，而同樣應(yīng)用了傳統(tǒng)環(huán)線控制電路的武漢地鐵8號線項(xiàng)目卻設(shè)有車尾閉路電路，據(jù)了解后得知是否需要車尾閉路電路取決于業(yè)主要求，有些列車不會存在單編組運(yùn)行的情況，因此不需要車尾閉路電路。

下面闡述本設(shè)計環(huán)線控制電路及其車尾閉路電路，該種新型電路主要應(yīng)用在上海地鐵18號線項(xiàng)目，為了更加清晰直觀地看到本設(shè)計電路的應(yīng)用情況，作者將該項(xiàng)目原理圖中所有應(yīng)用了本設(shè)計環(huán)線控制電路的功能電路進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)所有應(yīng)用了本設(shè)計環(huán)線控制電路的功能電路中總共只有三個電路設(shè)有車尾閉路電路，具體見表3。

表3 SHL18帶車尾閉路電路的環(huán)線控制電路

據(jù)以上分析可知，當(dāng)應(yīng)用本設(shè)計環(huán)線控制電路時，只有極少數(shù)電路需要車尾閉路電路，而車尾閉路電路對于傳統(tǒng)環(huán)線控制電路也不是必須存在。也就是說，車尾閉路電路這一項(xiàng)在評估兩種電路的優(yōu)劣勢時占總體比重應(yīng)該較小。本設(shè)計電路在車尾閉路電路這一項(xiàng)幾乎不占劣勢，因?yàn)闊o需耗費(fèi)更多的成本資源在維護(hù)車尾閉路電路上。

而在其他的方面，本設(shè)計的單邊供電的車端連接器環(huán)線控制電路相比傳統(tǒng)環(huán)線控制電路而言，將繼電器控制改為車端連接器硬線控制，既節(jié)約了成本，且減少了因繼電器故障導(dǎo)致的出錯幾率，可靠性更高，而且單邊供電較雙邊供電更節(jié)約資源。綜上所述，本設(shè)計的環(huán)線控制電路具有投入使用的實(shí)際價值，可根據(jù)客戶的具體需求靈活地使用兩種電路。