屏蔽門系統(tǒng)和地鐵信號(hào)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

【摘要】針對(duì)城市軌道交通地鐵中信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)通信的特點(diǎn)，探討了信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)在通信過(guò)程中存在的若干問(wèn)題。根據(jù)接口的功能需求，采用繼電接口電路的方法實(shí)現(xiàn)了信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的通信（包括屏蔽門的開(kāi)、關(guān)控制，屏蔽門開(kāi)、關(guān)門狀態(tài)的監(jiān)督和采集。另外基于故障-安全的原則，進(jìn)行了安全性和可靠性分析）。結(jié)果表明：該繼電接口電路滿足信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)通信的要求。

【關(guān)鍵詞】信號(hào)系統(tǒng);屏蔽門;接口

1.屏蔽門工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

圖1所示為屏蔽門的系統(tǒng)組成：[1-4]（1）車載設(shè)備：機(jī)車位置識(shí)別軌道旁接收裝置（PTI MUX）、接收天線（LZB-antenna）、發(fā)送天線（PTI-antenna）、列車位置識(shí)別車載發(fā)送裝置（IMU100）、監(jiān)督和控制通道選擇繼電器接點(diǎn)（J）、列車自動(dòng)駕駛（ATO）、列車自動(dòng)防護(hù)裝置（ATP）;（2）軌旁設(shè)備：FTGS（檢測(cè)軌道空閑情況）、軌旁ATP（ATP-STG）（監(jiān)督屏蔽門開(kāi)關(guān)通道）、屏蔽門控制指令接收裝置（PTI-loop）、繼電器控制指令組合輸出電路盒（Relay box）。

圖1 屏蔽門（PSD）系統(tǒng)組成

1.2 屏蔽門系統(tǒng)控制與監(jiān)督

（1）開(kāi)門控制

當(dāng)列車停車，并且停在ATP停車窗規(guī)定的停車點(diǎn)后，屏蔽門釋放命令由車載ATP通過(guò)報(bào)文的形式給出，并同時(shí)使繼電器建立相應(yīng)傳輸通道。釋放命令由ATO或司機(jī)的操作產(chǎn)生，然后經(jīng)過(guò)PTI天線、IMU100，車載ATO將開(kāi)門信息傳至地面軌旁設(shè)備。此信息到達(dá)地面PTI環(huán)線后，地面PTI環(huán)線將其發(fā)送至PTI MUX，PTI MUX收到后分析解釋此信息，而后再通過(guò)Relay box輸出開(kāi)門命令。最終屏蔽門控制器接收到此開(kāi)門信號(hào)，而后執(zhí)行此命令打開(kāi)屏蔽門。即ATP軌旁計(jì)算機(jī)單元觸發(fā)一個(gè)用于開(kāi)門的安全輸出到屏蔽門。圖2所示為開(kāi)門信號(hào)傳送流程圖[5]。

圖2 開(kāi)門信號(hào)傳送流程圖

（2）關(guān)門控制

若列車要離開(kāi)站臺(tái)，ATO車載計(jì)算機(jī)單元將由ATO自動(dòng)產(chǎn)生或由列車司機(jī)的操作產(chǎn)生和發(fā)送一個(gè)屏蔽門關(guān)命令。此關(guān)門信息通過(guò)IMU100、PTI天線送至軌旁設(shè)備。ATP軌旁計(jì)算機(jī)單元利用此信息觸發(fā)一個(gè)關(guān)閉屏蔽門的輸出到屏蔽門系統(tǒng)。收到關(guān)門信息后，地面設(shè)備PT1環(huán)線則將其送到PTI MUX，PTI MUX收到后分析解釋該報(bào)文，而后通過(guò)Relay box，輸出關(guān)門命令，最后屏蔽門控制器接收到此關(guān)門信號(hào)，而后執(zhí)行此信號(hào)命令關(guān)閉屏蔽門。圖3所示為關(guān)門信號(hào)傳送流程圖[5]。

圖3 關(guān)門信號(hào)傳送流程圖

（3）屏蔽門狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)督

一方面，信號(hào)系統(tǒng)控制屏蔽門的開(kāi)關(guān);另一方面，信號(hào)系統(tǒng)采集監(jiān)督屏蔽門的相關(guān)狀態(tài)。其信號(hào)傳送途徑如下：門狀態(tài)信息由屏蔽門控制器發(fā)送到軌旁ATP-STG，經(jīng)由FTGS軌道電路被發(fā)送到車載LZB天線，LZB天線收到后又發(fā)送給車載ATP，車載ATP繼而進(jìn)行處理。

2.接口功能需求

列車的正常運(yùn)行和停止，需要屏蔽門滿足以下功能需求[4]：

（1）信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口采用安全的繼電電路物理接口。

（2）列車只有在屏蔽門關(guān)閉且鎖閉的條件下，才可駛?cè)胝九_(tái)區(qū)域。

（3）列車如果還沒(méi)有到達(dá)站臺(tái)區(qū)域時(shí)，屏蔽門狀態(tài)改變，ATP軌旁單元會(huì)立刻關(guān)閉且封鎖站臺(tái)，并在其關(guān)閉區(qū)域邊線處進(jìn)行安全防護(hù)點(diǎn)設(shè)置。

（4）列車如果已經(jīng)到達(dá)站臺(tái)區(qū)域，屏蔽門的狀態(tài)改變，ATP軌旁單元將會(huì)為安全考慮，立即實(shí)施緊急制動(dòng)措施。

（5）只有當(dāng)列車停在ATP停車窗規(guī)定的停車點(diǎn)時(shí)才打開(kāi)屏蔽門。

（6）如果列車停在ATP停車窗規(guī)定的位置時(shí)，車載ATP將傳遞一個(gè)報(bào)文信息到軌旁信號(hào)單元，使其得到一個(gè)安全的屏蔽門解鎖信息。

（7）在屏蔽門沒(méi)有關(guān)閉，或即使屏蔽門處于關(guān)閉且鎖緊狀態(tài)但聯(lián)鎖系統(tǒng)未檢測(cè)到，不能開(kāi)放相應(yīng)信號(hào)，以保證安全。為提高效率防止屏蔽門控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能正確給出狀態(tài)指示，設(shè)置了一個(gè)互鎖解除開(kāi)關(guān)。當(dāng)屏蔽門控制系統(tǒng)異常情況下，需要人工將此互鎖解除開(kāi)關(guān)閉合，從而給出了屏蔽門的狀態(tài)指示，列車可以正常運(yùn)行。這個(gè)方法用來(lái)屏蔽“門關(guān)閉且鎖閉”信號(hào)（即“門未關(guān)閉且鎖閉”的人工互鎖解除信號(hào)）。

3.接口描述

3.1 信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門接口電路

3.1.1 門關(guān)閉且鎖閉接口電路

如圖4所示[1，4，6，7]，當(dāng)屏蔽門PSD系統(tǒng)的繼電器接點(diǎn)K11、K12閉合時(shí)，表示所有門已經(jīng)關(guān)閉處于鎖閉狀態(tài)，并且產(chǎn)生了有效的“門關(guān)閉且鎖閉”信號(hào)。K11、K12閉合后就接通信號(hào)繼電器K7、K8電路，K7、K8就勵(lì)磁吸起，產(chǎn)生兩路“關(guān)門且鎖閉”信號(hào)（輸入1 A、輸入1 B），這兩路信號(hào)信息將以非等效的方式傳送到信號(hào)軌旁設(shè)備，接收到該信息后，信號(hào)軌旁設(shè)備就會(huì)將該信息發(fā)送到ATS和ATP，當(dāng)ATS和ATP接收到“所有門關(guān)門且鎖閉”的信息后，就允許列車駛?cè)牒婉偝鲕囌菊九_(tái)區(qū)域。

如果屏蔽門PSD系統(tǒng)發(fā)生故障，或者“所有門關(guān)閉且鎖閉”繼電器出現(xiàn)異常情況時(shí)，為了防止列車駛?cè)搿Ⅰ偝鲕囌菊九_(tái)區(qū)域，屏蔽門PSD系統(tǒng)的繼電器接點(diǎn)位置將位于斷開(kāi)的一側(cè)，表明此時(shí)屏蔽門處于開(kāi)門狀態(tài)。

圖4 “所有門關(guān)閉且鎖閉”狀態(tài)信號(hào)接口

3.1.2 互鎖解除繼電器接口電路

為提高行車效率，當(dāng)屏蔽門控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，或者屏蔽門本身出現(xiàn)故障的情況下，可以使用安全型互鎖解除開(kāi)關(guān)將信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)斷開(kāi)，這必須由有該工作權(quán)限的車站相關(guān)工作人員來(lái)完成。如圖4所示，關(guān)閉互鎖解除開(kāi)關(guān)A、B，接通繼電器K9、K10，K9、K10勵(lì)磁后將該互鎖解除信號(hào)信息（輸入2 A、輸入2 B）傳到信號(hào)軌旁設(shè)備里，信號(hào)軌旁設(shè)備接收都該信息后又將其發(fā)送給ATS和ATP，ATS和ATP接收到該互鎖解除信息后，將允許列車駛?cè)牒婉偝鲕囌菊九_(tái)區(qū)域。如果此強(qiáng)制開(kāi)關(guān)（互鎖解除開(kāi)關(guān)）失效時(shí)，開(kāi)關(guān)接點(diǎn)位置應(yīng)接通斷開(kāi)的一側(cè)，即要符合故障-安全的原則。

3.2 開(kāi)、關(guān)門繼電器接口電路

3.2.1 開(kāi)門繼電器接口電路

如圖5所示，當(dāng)列車發(fā)出一個(gè)開(kāi)門命令后，開(kāi)門繼電器open1、open2勵(lì)磁，其開(kāi)關(guān)閉合而后使得K1、K2繼電器勵(lì)磁，而后K1、K2閉合其輸出接點(diǎn)，從而使得K6繼電器電路勵(lì)磁，K6也將閉合其輸出節(jié)點(diǎn)，最終，輸出一個(gè)開(kāi)門命令，屏蔽門收到該開(kāi)門命令的信號(hào)后執(zhí)行開(kāi)門命令。相反，如果列車發(fā)出的是關(guān)門命令，那么以上所述的繼電器都會(huì)落下，其輸出接點(diǎn)位置將處于斷開(kāi)的一側(cè)。

圖5 開(kāi)、關(guān)門命令接口電路

3.2.2 關(guān)門繼電器接口電路

如圖5所示[1，4，6，7]，當(dāng)列車發(fā)出一個(gè)關(guān)門命令后，關(guān)門繼電器close1、close2勵(lì)磁，其開(kāi)關(guān)閉合而后使得K3、K4繼電器勵(lì)磁，而后K3、K4閉合其輸出接點(diǎn)，從而使得K5繼電器電路勵(lì)磁，K5也將閉合其輸出節(jié)點(diǎn)，最終，輸出一個(gè)關(guān)門命令，屏蔽門收到該關(guān)門命令的信號(hào)后執(zhí)行關(guān)門命令。相反，如果列車發(fā)出的是開(kāi)門命令，那么以上所述的繼電器都會(huì)落下，其輸出接點(diǎn)位置將處于斷開(kāi)的一側(cè)。

4.安全可靠性分析

為防止屏蔽門故障，采取了如下相應(yīng)措施：

（1）用不同的報(bào)文驅(qū)動(dòng)用于開(kāi)門的open1和open2這兩個(gè)繼電器。關(guān)門命令close 1和close 2同理。

（2）可避免同時(shí)產(chǎn)生開(kāi)、關(guān)門命令。如圖5所示，繼電器開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4安裝在屏蔽門與信號(hào)系統(tǒng)的接口電路中，它們之間是互鎖的，能夠有效防止PTI多路接收器輸出無(wú)效的開(kāi)關(guān)門命令。

（3）整個(gè)開(kāi)關(guān)門傳輸通道[1]：從發(fā)出命令的車載ATO單元，到車載設(shè)備列車位置識(shí)別發(fā)送裝置IMU100，再到軌旁信號(hào)設(shè)備列車位置識(shí)別軌道旁接收裝置PTI-MUX，都是受CRC保護(hù)的，并且是安全冗余的。PTI的釋放與否由車載ATP設(shè)備進(jìn)行把控，車載ATP設(shè)備還監(jiān)控PTI釋放繼電器的狀態(tài)。車載ATP要想釋放PTI繼電器，并且允許接通ATO系統(tǒng)到PTI-MUX系統(tǒng)間的傳輸通道，列車就必須正確的停靠在停車窗內(nèi)。

（4）最大容錯(cuò)時(shí)間設(shè)為1s，即如果由于誤碼產(chǎn)生了一個(gè)不正確的繼電輸出，那么只有在1s內(nèi)，第二個(gè)特定的誤碼也出現(xiàn)才會(huì)對(duì)最終的輸出產(chǎn)生不良的影響。

5.總結(jié)

信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)采用繼電接口電路進(jìn)行信息的交互，信號(hào)車載設(shè)備和軌旁設(shè)備間使用無(wú)線通信方式交互信息，并在屏蔽門控制系統(tǒng)失效或屏蔽門故障的條件下禁止列車進(jìn)出站臺(tái)區(qū)域，符合故障-安全的設(shè)計(jì)要求。

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作者簡(jiǎn)介：吳艾玲（1987—），女，貴州畢節(jié)人，碩士研究生，主要研究方向：交通信息工程及控制。