城市軌道交通屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測的研發(fā)及應(yīng)用

秦金龍

（北京地鐵運營有限公司 通信信號分公司，北京 100041）

0 引 言

隨著全國各個城市建設(shè)的不斷發(fā)展，依托《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》，“十四五”期間我國將新增3 000 km城市軌道交通運營里程，由此可推算，2025年末我國城市軌道交通運營里程數(shù)將有望突破1萬km（2020年我國城市軌道交通運營里程數(shù)為7 679.7 km）。同時，結(jié)合“十二五”時期及“十三五”時期城市軌道交通累計完成投資額、累計客運量等相關(guān)數(shù)據(jù)以及考慮2020年疫情的影響測算出，“十四五”時期我國城市軌道交通累計完成投資額有望達到18 188億元，累計客運量有望達到1 292億人次。針對此情況，本文將討論在城市軌道交通現(xiàn)有的信號系統(tǒng)屏蔽門控制電路中增加屏蔽門控制系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備，24 h不間斷監(jiān)測屏蔽門控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生故障時及時判斷定位，縮小故障范圍?，F(xiàn)場維修人員通過指引對故障點進行快速處理，最短時間恢復(fù)屏蔽門控制系統(tǒng)的正常運行，提高設(shè)備的運行可靠性。

1 屏蔽門控制系統(tǒng)加裝監(jiān)測設(shè)備的必要性

當(dāng)前，城市軌道交通的運營客流量大，車輛運行的班次密集，每天運行時間長，其安全性非常重要。運營的過程中無安全小事，信號系統(tǒng)、車輛本體、軌道、接觸網(wǎng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)（Fire Alarm System，F(xiàn)AS）、隧道或地面設(shè)施以及其他設(shè)施等的狀態(tài)都對軌道交通運營與乘客的乘車安全具有重要意義。為保障軌道交通安全運營，傳統(tǒng)的做法是利用運營的空窗期對相關(guān)部分進行安全檢查，每天運營前派出首列空載車對線路動態(tài)安全檢測。由于城市軌道交通的快速發(fā)展，線路長、運營空窗小等對安全檢查的要求越來越高，輔助安全檢查設(shè)備的需求極大。根據(jù)實際運營需求，結(jié)合技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新，安裝各個子系統(tǒng)的智能監(jiān)測設(shè)備正逐步服務(wù)于城市軌道交通，提升了安全檢查的效率，進一步保證運營安全[1-10]。

隨著城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)在路網(wǎng)中越來越廣泛的應(yīng)用，涉及屏蔽門控制電路的故障也在逐年增多，隨著地鐵列車的運行速度逐步提高，運行密度也越來越大，各城市軌道交通車站站臺的安全事故不斷發(fā)生。在這種情況下，城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)的重要性愈發(fā)重要。當(dāng)前，北京城市軌道交通路網(wǎng)所有車站均已安裝并使用屏蔽門系統(tǒng)，隨著屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)用的越來越廣泛，隨之而來的就是因城市軌道交通屏蔽門控制系統(tǒng)故障，導(dǎo)致的列車晚點事故也逐漸增多。由于屏蔽門控制系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口部分的故障點較多，現(xiàn)有技術(shù)手段無法快速對故障點及故障范圍進行定位，只能通過現(xiàn)場維修人員逐條電路、逐點去排查相關(guān)故障點，極易耽誤故障處理時間，對城市軌道交通的運營效率產(chǎn)生了很大影響。如何提高對屏蔽門設(shè)備控制系統(tǒng)的可維修性，縮短平均故障修復(fù)時間（Mean Time To Repair，MTTR），是信號設(shè)備維修工作新增的發(fā)展課題。下面將列舉我國某市軌道交通自啟用屏蔽門控制系統(tǒng)以來影響較大的一次故障，證明屏蔽門控制系統(tǒng)加裝監(jiān)測設(shè)備的必要性，具體故障如下。

故障現(xiàn)象為某站上行全列屏蔽門關(guān)好后列車無移動授權(quán)，互鎖解除無效。故障原因為信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口配線（第一根）虛接，導(dǎo)致SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器和SQCJ（上行互鎖解除）繼電器無法正常工作，列車進出本站時無法獲得移動授權(quán)，互鎖解除無效。

通過這次屏蔽門控制系統(tǒng)故障可以看出，信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口有很多，如電源、分線柜的配線、屏蔽門的SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器、屏蔽門的SQCJ（上行互鎖解除）繼電器、信號的SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器、信號的SQCJ（上行互鎖解除）繼電器。由于故障點較多，信號維修人員和屏蔽門維修人員需要逐點去測量故障點，導(dǎo)致處理本次故障共用時234 min，X號線和相鄰運營線早高峰時段運營秩序混亂，大量乘客滯留車站，嚴重危及運營安全。

2 屏蔽門控制電路的原理介紹

在討論屏蔽門控制電路監(jiān)測前，首先簡要介紹一下屏蔽門控制電路的原理。

2.1 城市軌道交通信號系統(tǒng)設(shè)備介紹

城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運行安全、實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化、提高運輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，通常由列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）組成。ATC包括列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）、列車自動防護子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）以及列車自動運行系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）3個子系統(tǒng)，這3個子系統(tǒng)通過信息交換網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制與車上控制結(jié)合、現(xiàn)地控制與中央控制結(jié)合，構(gòu)成一個以安全設(shè)備為基礎(chǔ)，集行車指揮、運行調(diào)整以及列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。

其中，信號系統(tǒng)中涉及屏蔽門控制的部分包括信號的MGJ（門關(guān)好）繼電器、信號的QCJ（互鎖解除）繼電器、信號的KMJ（開門）繼電器的一組接點、GMJ（關(guān)門）繼電器的一組接點、DCU（信號提供直流24 V）電源。

2.2 城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)設(shè)備介紹

城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)是城市軌道交通機電設(shè)備的重要組成部分。最早的屏蔽門出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代初期圣彼得堡一種利用區(qū)間隧道停車的車站，目的是保證無車一側(cè)站臺車站的安全和觀瞻，70年代法國里爾全自動城市軌道交通為了自動行車的安全，裝配了屏蔽門。1981年，日本東京城市軌道交通南北線上安裝了半封閉式的站臺安全門，這是一道結(jié)構(gòu)簡單、高度較低的玻璃隔墻和活動門，主要是起隔離的作用，提高了站臺候車乘客的安全，同時也能起到一定的降噪作用。由此可見，屏蔽門的安裝既可保障站臺內(nèi)乘客的安全候車，同時也可杜絕跳軌自殺或惡意加害事件的發(fā)生，從而有力保障了城市軌道交通列車的正常運營。而對于一些采用無人駕駛列車或自動折返的城市軌道交通運營線路，屏蔽門系統(tǒng)更將是必不可少的車站安全設(shè)備。

其中，屏蔽門系統(tǒng)中涉及屏蔽門控制的部分包括SKMJ（上行開門）繼電器、屏蔽門的SGMJ（上行關(guān)門）繼電器、屏蔽門的SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器的一組接點、屏蔽門的SQCJ（上行互鎖解除）繼電器的一組接點、LZ、LF（屏蔽門提供的直流24 V）電源。

2.3 信號系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)接口原理介紹

當(dāng)列車進站停穩(wěn)后，此時需要打開屏蔽門，信號系統(tǒng)將命令發(fā)至屏蔽門系統(tǒng)，由屏蔽門系統(tǒng)執(zhí)行打開屏蔽門的操作。首先，信號的KMJ（開門）繼電器吸起，接通打開屏蔽門電路，屏蔽門的SKMJ（上行開門）繼電器正常吸起后，最終執(zhí)行打開屏蔽門，并在信號控制臺上給出對應(yīng)屏蔽門開啟的狀態(tài)顯示。

當(dāng)列車站停結(jié)束需要發(fā)車時，此時需要關(guān)閉屏蔽門，信號系統(tǒng)再次將命令發(fā)至屏蔽門系統(tǒng)，由屏蔽門系統(tǒng)執(zhí)行關(guān)閉屏蔽門的操作。首先，信號的SGMJ（上行關(guān)門）繼電器吸起，接通關(guān)閉屏蔽門電路，屏蔽門的SGMJ（上行關(guān)門）繼電器正常吸起后，最終執(zhí)行關(guān)閉屏蔽門。

屏蔽門都完全關(guān)閉后，屏蔽門的SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器吸起，接通后檢查門關(guān)好電路。信號的SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器吸起后，在控制臺上給出對應(yīng)屏蔽門關(guān)閉的顯示，列車正常運行出站。

當(dāng)屏蔽門發(fā)生故障時，站臺工作人員操作互鎖解除（切除屏蔽門控制系統(tǒng)）。接通切除屏蔽門電路后，信號的SQCJ（上行互鎖解除）吸起，切除屏蔽門信號控制，在控制臺上給出對應(yīng)屏蔽門切除的顯示，列車人工駕駛模式運行出站。

3 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備介紹

針對以上情況，極有必要為屏蔽門控制系統(tǒng)研制加裝一種簡單易讀、安全可靠的監(jiān)測設(shè)備。當(dāng)屏蔽門控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，監(jiān)測設(shè)備能夠針對監(jiān)測所得的電信號結(jié)合電路邏輯及時并準(zhǔn)確地反饋出故障范圍，使維修人員快速準(zhǔn)確的對故障點進行處置，保證屏蔽門控制系統(tǒng)的正常運行。下面將以一款已經(jīng)投入運用的屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備為例，講解屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備的運行原理。

3.1 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備面板介紹

為了能夠準(zhǔn)確監(jiān)測屏蔽門控制電路的相關(guān)信息，為維修人員提供方便快捷的操作界面，經(jīng)過數(shù)次的技術(shù)研討與試驗驗證，此款觸摸式屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備操作界面的左上角顯示當(dāng)前站名。右上角顯示日期和時間、存儲卡記錄，通過接入電腦考取日志，中間部分是上、下行信號的狀態(tài)，左邊上行，右邊下行。監(jiān)測的屏蔽門控制信息包括列車停穩(wěn)信息、屏蔽門電源（L電源）、信號電源（DCU電源）、開門指令、關(guān)門指令、門關(guān)閉且鎖緊信息、互鎖解除指令7個信息，其中綠色表示監(jiān)測信息輸出有電，紅色表示監(jiān)測信息無電。

3.2 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備工作原理介紹

屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備是根據(jù)電壓信號的高低狀態(tài)和邏輯時序關(guān)系來判斷屏蔽門控制系統(tǒng)運行狀態(tài)是否正常，并記錄相關(guān)日志和電壓波形。當(dāng)屏蔽門出現(xiàn)故障時，監(jiān)測設(shè)備所監(jiān)測的信息與內(nèi)部存儲的控制電路時序邏輯控制指令集進行實時比對，當(dāng)出現(xiàn)指令順序錯誤、指令缺失、指令混亂時監(jiān)測設(shè)備在下方給出報警信息，同時可快速回看故障時的日志及波形，準(zhǔn)確判斷故障。

4 城市軌道交通屏蔽門控制系統(tǒng)加裝監(jiān)測設(shè)備的方案研究

4.1 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備供電安裝方案

監(jiān)測設(shè)備本身需要交流220 V供電，優(yōu)選方案是從設(shè)備電源室電源屏交流220 V備用端子取電，備選方案為從信號機房分線柜上的備用220 V接線端子取電，端子距離監(jiān)測設(shè)備較近部位按正規(guī)走線方式進行取電。兩種方案均可實施，但電源屏交流220 V容量是否滿足需要現(xiàn)場確認，如不滿足可使用備選方案。

4.2 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備配線安裝方案

利用信號系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)接口設(shè)備在分線柜內(nèi)的備用端口，每個監(jiān)測端口引出一根連接線到監(jiān)測設(shè)備，最終完成對整條屏蔽門控制電路關(guān)鍵部位的電壓監(jiān)測。

軌道交通信號系統(tǒng)中，屏蔽門控制系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備成功安裝后，通過組織對設(shè)備維修人員的現(xiàn)場使用進行培訓(xùn)教學(xué)以及半年的試運行，期間設(shè)備整體穩(wěn)定可靠，未出現(xiàn)誤報、錯報情況，成功輔助解決問題2件。目前，設(shè)備已投入正式運行階段，全天24 h對車站屏蔽門控制系統(tǒng)進行監(jiān)測，確保設(shè)備運營穩(wěn)定可靠，下一階段將開展全線推廣安裝。

5 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備的實際應(yīng)用

屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備安裝成功后，為了驗證其準(zhǔn)確性，將與前面舉例的屏蔽門控制系統(tǒng)故障進行對比，本次也模擬故障點為信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口配線（第一根）虛接，最終通過屏蔽門監(jiān)測設(shè)備來快速判斷故障，提高設(shè)備的可維修性。

通過屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備日志和電壓曲線顯示，信號電源和門關(guān)好信號均未監(jiān)測到電壓，電壓曲線記錄信號電源和門關(guān)好信號均為0 V。結(jié)合屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備日志和電壓曲線分析，很容易排除了屏蔽門的SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器、信號的SMGJ（上行門關(guān)好）繼電器及相關(guān)配線鏈路的故障，因為監(jiān)測分線柜的4個監(jiān)測點均無電壓，故障點直接指向信號DCU電源及相關(guān)配線鏈路。最后基本鎖定在分線柜前后的4根配線和信號DCU電源中。下面只需要檢查4根配線以及信號DCU電源就能很快找到故障點，處理故障。

通過此次模擬故障與之前舉例故障進行對比可以看出，在屏蔽門控制電路的幫助下，維修人員能夠快速、準(zhǔn)確地找到故障點并進行處理。

6 結(jié) 論

“十四五”期間，中國城市軌道交通協(xié)會提出了國內(nèi)城市軌道交通四大發(fā)展要點，推進智慧城軌發(fā)展。同時，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》也提出，“十四五”期間我國城市軌道交通運營里程數(shù)將新增3 000 km，預(yù)計“十四五”累計客運量將突破千億人次，累計完成投資額有望達到18 188億元。隨著軌道交通向著網(wǎng)絡(luò)化以及高品質(zhì)服務(wù)目標(biāo)的發(fā)展，車站屏蔽門系統(tǒng)已經(jīng)成為軌道交通重要的運營服務(wù)設(shè)備組成，引發(fā)的故障必定會對路網(wǎng)中列車的正常運行造成巨大影響，因此屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用會在屏蔽門發(fā)生故障后發(fā)揮重要的作用，通過快速、準(zhǔn)確的定位判斷故障范圍，提高了設(shè)備的可維修性，縮短了故障修復(fù)時間，為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營安全與給乘客帶來高品質(zhì)出行服務(wù)提供了強有力的保障。