全自動運行線路站臺門就地控制盒電路改進方案設計

賈 萍，劉德偉，楊志慧

（1. 河南省高可信智慧城軌工程研究中心，鄭州 450016；2. 卡斯柯信號有限公司，上海 200072）

城市軌道交通車站站臺門安裝于地鐵、輕軌等交通車站站臺邊緣，將軌道與站臺候車區(qū)隔離，設置與列車門相對應可多級控制開啟/關閉滑動門的連續(xù)屏蔽，可減小噪聲及活塞風對站臺候車乘客的影響，改善乘客候車環(huán)境的舒適度，在不同季節(jié)節(jié)省通風空調系統(tǒng)的運營能耗，同時也起到一定的安全防護作用[1-2]。隨著我國城市軌道交通建設的快速發(fā)展和完善，站臺門設備已經(jīng)作為軌道交通機電設備系統(tǒng)的標準配置，特別是在全自動運行線路中，站臺門設備不再只是行車指揮系統(tǒng)的配套設施，其狀態(tài)與車輛、間隙探測、信號系統(tǒng)等共同作為控制列車自動接發(fā)車運行的條件，已上升到全自動運行的核心設備，在全自動運行線路中越發(fā)彰顯其重要性。

1 問題的提出

1.1 站臺門控制系統(tǒng)的構成及控制方式

站臺門控制系統(tǒng)由以下幾個主要部分構成：中央接口盤(PSC)、就地控制盤(PSL)、通信介質及通信接口等設備，頂箱內設置有門單元的驅動機構、門(解)鎖機構、門控單元(DCU)、門狀態(tài)指示燈、就地控制盒(LCB)、應急門安全回路旁路開關等部件。具備系統(tǒng)級控制、站臺級控制和手動操作三級控制方式，同時還有IBP盤綜合后備盤緊急開門功能及單道門單元的維修控制功能。

系統(tǒng)級控制是在正常運行模式下由信號系統(tǒng)對站臺門通過接口電路進行開門/關門的控制方式；站臺級控制是在系統(tǒng)級控制因故失效時由列車駕駛員或站務人員在站臺端門處PSL上進行整側門操作的控制方式。

在單個門故障情況下，站務人員或乘客可進行手動操作。在單個門手動操作時，站務人員可通過鑰匙操作滑動門門楣上的就地控制盒LCB轉換開關，將該道滑動門打隔離或進行開關，可通過鑰匙直接開關滑動門，亦可由站務人員或乘客將外力作用于滑動門把手上，手動操作開關滑動門。

1.2 站臺門控制系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口

在系統(tǒng)級控制下，站臺門通過與信號系統(tǒng)接口的電路，執(zhí)行信號系統(tǒng)的開關門命令。無論哪種控制方式，站臺門均將其開門、關門、隔離、互鎖解除等狀態(tài)通過接口電路反饋到信號系統(tǒng)，作為信號的接發(fā)車聯(lián)鎖條件之一。

當列車離開車站后且沒列車?？空九_時，信號系統(tǒng)一直保持“關門”命令，站臺門保持關閉且鎖緊狀態(tài)；有列車?？空九_時，信號發(fā)送“開門”命令到站臺門系統(tǒng)單元控制器，站臺門將開門命令發(fā)送到門控單元(DCU)，站臺門開始打開；當列車要駛離站臺時，信號系統(tǒng)發(fā)送“關門”命令，站臺門關門至鎖閉狀態(tài)；站臺門關好以后，向信號系統(tǒng)發(fā)送“門關閉且鎖緊”的關鍵信號，信號系統(tǒng)收到站臺門的狀態(tài)信號后，可以控制列車發(fā)車。

1.3 站臺門“門關閉且鎖緊”狀態(tài)回路

本研究重點關注站臺門向信號發(fā)送的“門關閉且鎖緊” (包含站臺門和間隙探測)的狀態(tài)信號。在站臺門和信號系統(tǒng)接口電路中，對于站臺門向信號系統(tǒng)發(fā)送的“門關閉且鎖緊”狀態(tài)信號電路可簡化為圖1，其中KA1表示站臺門“門關閉且鎖緊”(僅包含站臺門)狀態(tài)繼電器，KA2表示“間隙探測”信號繼電器(如有)。KA1和KA2串接后，通過其不同狀態(tài)組合，使信號系統(tǒng)接收“門關閉且鎖緊”狀態(tài)。這里僅對KA1電路做詳細描述，KA2間隙探測信號繼電器電路不做分析。

圖1 站臺門與信號系統(tǒng)“門關閉且鎖緊”接口電路Figure 1 Schematic of interface circuit between platform door system and signal system “door closed and locked”

站臺門向信號發(fā)送的“門關閉且鎖緊”信號作為信號系統(tǒng)控制列車接發(fā)的聯(lián)鎖條件之一，其重要性使站臺門KA1電路列入了其內部安全回路，如圖2所示。

圖2 站臺門內部 “門關閉并鎖緊”安全回路的電路Figure 2 Schematic of “door closed and locked” safety circuit inside platform’s door system

結合圖1、2，正常情況下，每道滑動門通過兩個鎖定開關和兩個到位開關的常開觸點，將安全回路串聯(lián)后輸出到下一道滑動門安全回路的輸入端，全部滑動門均關閉并鎖緊后，站臺門自身KA1繼電器吸起，之后控制間隙探測器開始工作，間隙探測器檢測無異物，KA2繼電器吸起，KA1和KA2接點串接后，導通站臺門與信號系統(tǒng)接口電路，信號側單側“站臺門關閉且鎖緊”繼電器吸起。當故障或應急情況下需要旁路該道滑動門時，可通過操作LCB轉換開關，將LCB內部的觸點9-10閉合，實現(xiàn)旁路該道滑動門安全回路的功能。

1.4 站臺門就地控制盒LCB工作模式

下面重點討論LCB內部旁路安全回路的問題。目前LCB一般設置自動位、手動開、手動關、隔離四位一體的轉換開關，轉換開關與圖2中LCB觸點9-10控制關系如圖3所示。

圖3 LCB轉換開關與LCB觸點9-10控制關系Figure 3 Schematic of control relationship between local control box transfer switch and local control box contact 9-10

平時LCB轉換開關處于“自動”位，此時允許門控單元接收中央控制盤的“開門命令”與“關門命令”；當因故障或應急情況下需操作某道滑動門時，可人工用鑰匙將LCB轉換開關打至手動開、手動關或隔離位。

當轉換開關打至“隔離”位置時，單個滑動門單元與系統(tǒng)隔離，隔斷本單元電機的電力供應，在該模式下，此道門LCB觸點9-10閉合/不閉合，有旁路和不旁路安全回路兩種做法，本研究討論旁路安全回路的做法。當轉換開關打到“手動關”或“手動開”位置時，不執(zhí)行來自系統(tǒng)級和站臺級的開關門命令，在該模式下，此道門LCB觸點9-10閉合，旁路安全回路。

按筆者所在城市的做法，站臺門LCB轉換開關打到“手動關”“手動開”或“隔離”位時，均旁路安全回路，站臺門與信號系統(tǒng)“門關閉且鎖緊”接口電路是具備導通條件的，信號系統(tǒng)具備正常接發(fā)列車的條件。

1.5 現(xiàn)有站臺門LCB工作模式風險分析

1) 若滑動門發(fā)生故障，故障消除后或夾人夾物解除后，滑動門處于關閉且鎖緊狀態(tài)時，或滑動門無法打開(自動或人工)時，門處于關閉狀態(tài)，該道滑動門的安全回路是導通的，列車可以正常接發(fā)；如需將該道滑動門“隔離”，可將LCB打至“隔離”位，不執(zhí)行來自中央控制盤的開/關門命令，非全自動運行線路起到隔離作用，對全自動運行線路起到隔離和對位隔離的作用。該情形下操作LCB轉換開關無風險。

2) 當滑動門發(fā)生故障或夾人夾物無法關閉時，如將該道滑動門打至“隔離”位或操作“手動開”“手動關”，此時該道滑動門被退出安全回路，KA1會吸起，其狀態(tài)觸發(fā)間隙探測工作，若間隙探測失效未探測到障礙物，KA2一直吸起，信號側“站臺門關閉且鎖緊”繼電器吸起，此時列車具備發(fā)車條件。在有人駕駛線路中，因發(fā)車前有司機確認，不存在風險；在全自動運行線路中，列車會啟動離站，若列車與站臺門之間有人或物體，將會被擠壓，可能會導致安全事故發(fā)生。

通過對以上情形的分析可知，因全自動運行線路與非全自動運行線路的運用場景不同，現(xiàn)有站臺門就地控制盒LCB電路設計上存在一定的安全風險。

2 LCB解決方案

全自動運行是基于現(xiàn)代計算機、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術，由信號、車輛、綜合監(jiān)控、通信、站臺門等與列車運行相關的設備組成，實現(xiàn)列車運行全過程的自動化。按全自動運行等級運行的列車，其休眠、喚醒、出入庫、接發(fā)車等不需要司乘人員參與，均由系統(tǒng)自動控制完成。為了更好地適應全自動運行線路無人駕駛，保障站臺門在全自動無人駕駛地鐵運行過程中的安全性，在站臺門發(fā)生夾人夾物且間隙探測失效的情況下，避免站務人員在僅操作LCB轉換開關時導致列車發(fā)車而可能引發(fā)的危險，有必要對LCB電路全自動運行線路相對非全自動運行線路做差異化考慮。下面是對全自動運行線路LCB電路各種方案的分析。

2.1 方案1

規(guī)范站務操作，現(xiàn)有LCB轉換開關和內部電路(指非全自動運行線路的設計原則，下同)不做改動，即轉換開關“隔離”位“手動開”和“手動關”位均旁路該道滑動門的安全回路。

當滑動門發(fā)生夾人夾物或故障需要處理時，站務人員須第一時間按下站臺側的緊急停車按鈕，防止列車發(fā)車，方可操作LCB轉換開關，嚴禁在未按壓緊急停車按鈕前操作LCB轉換開關，因為在該情形下存在一定的操作風險。按壓緊急停車按鈕，當滑動門發(fā)生夾人夾物消除或故障消除后，需按運營相關規(guī)則將緊急停車解除，方可發(fā)車。要求運營嚴格規(guī)范站務操作，使用和維護人員要具備很高的應急處理能力。

2.2 方案2

現(xiàn)有LCB轉換開關不做改動，修改LCB內部電路，“隔離”位旁路該道滑動門安全回路，“手動開”和“手動關”位不旁路該道滑動門的安全回路。

當滑動門發(fā)生夾人夾物時，站務人員可操作LCB“手動開”，或通過機械鑰匙或人為將滑動門打開，將夾人夾物解除；在處理夾人夾物時，站務人員若需要將該滑動門打“隔離”，在操作前先按下站臺側的緊急停車按鈕，防止列車自動發(fā)車。嚴禁在未按壓緊急停車按鈕前操作LCB轉換開關“隔離”位，該情形下存在一定的操作風險。

當滑動門故障無法自動打開或關閉時，站務人員可操作LCB轉換開關 “手動開”/“手動關”，或通過機械鑰匙或人為將滑動門打開或關閉。在滑動門無法關閉或故障消除、需隔離和實現(xiàn)對位隔離功能時，站務人員可操作LCB轉換開關到“隔離”位。當滑動門故障需要維護時，在運營期間若需要通過LCB“手動開”“手動關”進行測試，后續(xù)列車將無法進站，會降低運營效率。

2.3 方案3

現(xiàn)有LCB轉換開關不做改動，修改LCB內部電路，“隔離”位不旁路該道滑動門安全回路，“手動開”和“手動關”位旁路該道滑動門的安全回路。該方案與現(xiàn)有行業(yè)規(guī)范相符。

當滑動門發(fā)生夾人夾物時，站務人員可將LCB轉換開關打至“隔離”位，以防止列車發(fā)車，用機械鑰匙或人為將滑動門打開，將夾人夾物解除，或站務人員第一時間按下站臺側的緊急停車按鈕，防止列車發(fā)車，操作LCB轉換開關“手動開”；嚴禁未按壓緊急停車按鈕前操作LCB轉換開關“手動開”，該情形下存在一定的操作風險。

當滑動門故障無法自動打開或關閉時，站務人員須第一時間按下站臺側的緊急停車按鈕，防止列車發(fā)車，方可操作LCB轉換開關“手動開”/“手動關”；或將LCB轉換開關打到“隔離”位，用機械鑰匙或人為將滑動門打開/關閉；嚴禁未按壓緊急停車按鈕前操作LCB轉換開關“手動開”/“手動關”，該情形下存在一定的操作風險。

滑動門無法關閉或故障消除，可以通過操作LCB轉換開關至“手動開”或“手動關”使列車發(fā)車，或通過操作就地控制盤(PSL)上的站臺門互鎖解除使列車發(fā)車，但無法實現(xiàn)隔離和對位隔離功能。

2.4 方案4

現(xiàn)有LCB轉換開關修改為“自動”“隔離”“手動關”、“手動開”按一個方向依次操作(見圖4)；修改LCB內部電路，“隔離”位不旁路滑動門安全回路，“手動開”和“手動關”位旁路滑動門的安全回路；修改軟件，LCB轉換開關處于“隔離”位、“手動開”和“手動關”位時，均向信號系統(tǒng)發(fā)送隔離信息。

圖4 轉換開關面板Figure 4 Schematic of transfer switch panel

當滑動門發(fā)生夾人夾物時，站務人員可將LCB轉換開關打至“隔離”位，防止列車發(fā)車，用機械鑰匙或人為將滑動門打開，將夾人夾物解除，或站務人員第一時間按下站臺側的緊急停車按鈕，防止列車發(fā)車，操作LCB轉換開關“手動開”；嚴禁未按壓緊急停車按鈕前操作LCB轉換開關“手動開”，該情形下存在一定的操作風險。

當滑動門故障無法自動打開或關閉時，站務人員須第一時間按下站臺側的緊急停車按鈕，防止列車發(fā)車，方可操作LCB轉換開關至“手動開”/“手動關”；或將LCB轉換開關打到“隔離”位，用機械鑰匙或人為將滑動門打開/關閉；嚴禁未按壓緊急停車按鈕前操作LCB轉換開關“手動開”/“手動關”，該情形下存在一定的操作風險。

當滑動門故障，在門關閉時，站務人員可操作LCB轉換開關至“隔離”；在門無法關閉時，站務人員可操作LCB轉換開關至“手動關”，實現(xiàn)對位隔離功能。在此方案下，隔離已失去了對位隔離一對一的功能，且操作流程復雜。

2.5 方案5

現(xiàn)有LCB轉換開關不做改動，同時在頂箱增設旁路選擇開關，修改滑動門內部電路，LCB轉換開關“隔離”“手動關”“手動開”與旁路選擇開關共同控制旁路該道滑動門的安全回路。該方案不對門楣做大的改動，適用于已開通的全自動運行線路。

旁路選擇開關處于非旁路狀態(tài)時，若操作LCB“隔離”“手動關”“手動開”任一位，均不旁路該道滑動門的安全回路；如需旁路該道滑動門的安全回路，須操作LCB轉換開關“隔離”“手動關”“手動開”任何一位，且須將旁路選擇開關置于旁路狀態(tài)。旁路選擇開關平時處于非旁路狀態(tài)，當處于旁路時，門頭燈會閃爍以引起人們的視覺注意。

當滑動門夾人夾物或發(fā)生故障時，站務人員可操作LCB轉換開關“隔離”“手動關”“手動開”任何一位做進一步處理，同時可防止列車自動發(fā)車。在夾人夾物解除后，可將LCB轉換開關恢復至“自動”位，列車正常發(fā)車。

在滑動門故障消除已關閉、需要實現(xiàn)隔離功能時，可將轉換開關打到“隔離”位。在滑動門故障無法關閉時，若要正常發(fā)車和實現(xiàn)隔離功能，可將轉換開關打到“隔離”位，同時打開頂箱，將旁路選擇開關置于旁路狀態(tài)。在運營期間，當滑動門故障需要維護時，須打開頂箱將旁路選擇開關置于旁路狀態(tài)，再操作LCB“手動開”“手動關”進行測試。要求在每個站臺上配置梯凳，操作時會影響運營效率。

2.6 方案6

現(xiàn)有LCB轉換開關不做改動，同時在門楣上增設旁路選擇開關，修改滑動門內部電路，LCB轉換開關“隔離”“手動關”“手動開”與旁路選擇開關共同控制旁路該道滑動門的安全回路。該方案與方案5基本相同，不同之處為：旁路選擇開關設置在門楣上，不需要在每個站臺配置梯凳，增加了運營操作人員的便利性。

通過對上述6種方案的分析發(fā)現(xiàn)：在全自動運行線路中，為了保證安全且不影響效率，又不缺失對位隔離功能，可以通過改變LCB傳統(tǒng)電路設計，使LCB“隔離”“手動關”“手動開”位均不旁路站臺門內部的安全回路，以保證行車安全，實現(xiàn)對位隔離功能；同時，增設旁路選擇按鈕，提高運行效率，且起到二次確認的作用。

3 結語

傳統(tǒng)的有人駕駛線路，列車發(fā)車需要由人員監(jiān)督和確認；全自動運行線路無人駕駛，發(fā)車條件由系統(tǒng)自動確認和保障。當出現(xiàn)突發(fā)事件時，場景不同，處置方式也應該有所不同，引發(fā)的電路設計亦應差異化考慮，以便真正發(fā)揮全自動運行的安全和高效的作用。