新型有軌電車道岔控制系統(tǒng)方案研究

楊小會,喬玉蓉

(蘭州交通大學 光電技術與智能控制教育部重點實驗室,甘肅 蘭州　730070)

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新型有軌電車道岔控制系統(tǒng)方案研究

楊小會,喬玉蓉

(蘭州交通大學 光電技術與智能控制教育部重點實驗室,甘肅 蘭州730070)

摘要從新型有軌電車實際特點和需求出發(fā),針對有軌電車運行安全和運營效率,結合一種典型的基于感應環(huán)線進行通信的正線道岔信號設備的布置,對有軌電車信號系統(tǒng)中唯一涉及安全的正線道岔控制子系統(tǒng)的組成和結構、道岔控制方式、聯(lián)鎖邏輯控制軟件等方面進行了設計和分析對比,并提出一種兼顧安全和效率的道岔控制方式和正線道岔控制系統(tǒng)方案。該控制系統(tǒng)可完成基本的邏輯控制功能,包括進路的排列和解鎖,以此來保證列車在正線岔區(qū)的安全高效運行。

關鍵詞有軌電車;道岔控制;聯(lián)鎖邏輯

Switch Control System Scheme for New Trams

YANG Xiaohui,QIAO Yurong

(Key Laboratory Opto-Electronic Technology and Intelligent Control,Ministry of Education,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)

AbstractA main switch control mode and switch control system scheme kind of both safe and efficient is proposed for the new trams by combining the positive line switch arrangement of signal equipment.the composition,structure,switch control mode and interlock logic control software of the switch control subsystem involving the security of the trams signal system are designed and analyzed.The proposed system is capable of basic logic control functions of route arrangement and unlock,guaranteeing safe and efficient tram operation at the main track switches.

Keywordstram;switch control;interlock logic

有軌電車作為城市軌道交通的一種,近30年來,在世界各國得到了發(fā)展。在國外,新型有軌電車起源于法國,在日本、墨爾本、澳大利亞等地區(qū)建設運營了大量的有軌電車線路。而國內在大連、天津、鞍山、廣州、成都等40多個城市正在規(guī)劃、建設和運營有軌電車[1]。未來二三十年,新型有軌電車在我國將進入快速發(fā)展時期。

1新型有軌電車概述

新型有軌電車由傳統(tǒng)有軌電車全面升級而來。與道路公交相比,車輛壽命是道路公交的3倍左右,運輸效率高于快速公交,且有利于環(huán)保。與地鐵和輕軌相比,其造價低、正線站間距小、路權相對開放、車站結構簡單、可以兩輛近距離排列運行、一般通過人工駕駛。

正因這些區(qū)別,新型有軌電車的正線信號系統(tǒng)的功能需求有別于其他軌道交通,新型有軌電車無需超速防護、安全間隔駕駛、自動駕駛和精確停車的需求。在正線道岔區(qū)域,有軌電車需要使用與地鐵、輕軌類似的聯(lián)鎖控制[2]。有軌電車信號系統(tǒng)需通過對軌旁信號設備狀態(tài)的采集來實現(xiàn)進路選排、道岔轉換、鎖閉和解鎖及信號機的開放,司機駕駛電車根據(jù)信號燈的指示行車。由此可知,在有軌電車正線信號系統(tǒng)中,保證行車安全的任務由道岔控制系統(tǒng)完成。本文對道岔控制系進行討論分析,有軌電車信號系統(tǒng)的結構如圖1所示。

圖1　有軌電車信號系統(tǒng)結構示意圖

2正線道岔控制系統(tǒng)

在有軌電車正線信號系統(tǒng)中,正線道岔控制系統(tǒng)與道岔轉轍機、信號表示器、軌道環(huán)線等軌旁信號設備直接連接,通過車載設備、運營調度中心進行通信數(shù)據(jù)交互,對正線道岔區(qū)段內道岔、信號機、軌道區(qū)段進行聯(lián)鎖邏輯關系運算從而實現(xiàn)對進路辦理、進路開放、防護、鎖閉和解鎖等[2]。有軌電車正線道岔控制系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2　有軌電車正線道岔控制系統(tǒng)組成

本正線道岔控制系統(tǒng)由聯(lián)鎖邏輯控制單元及分別經(jīng)通信總線與聯(lián)鎖邏輯控制器數(shù)據(jù)連接的道岔控制單元、信號控制單元,環(huán)線通信單元、用來轉換道岔控制模式的模式轉換按鈕等組成。

聯(lián)鎖邏輯控制單元作為核心控制單元,在硬件上采用二取二制式。主要功能是:(1)接收車載、調度中心和現(xiàn)地設備的控制命令;(2)采集道岔區(qū)段內的道岔、信號機和軌道區(qū)段實時狀態(tài)信息,周期發(fā)送軌旁設備的狀態(tài)信息給控制中心,用于線路信息顯示和控制;(3)對采集的設備狀態(tài)信息進行聯(lián)鎖邏輯運算,實現(xiàn)對進路的進路排列和進路解鎖功能;(4)發(fā)送控制命令給道岔控制單元和信號控制單元,使道岔動作到相應位置,信號機顯示相應的狀態(tài)[1]。

道岔控制單元和信號控制單元作為驅動控制設備要遵循基本的“故障—安全”原則[3]。信號機控制單元在故障狀態(tài)下自動點亮紅燈,道岔控制單元轉動道岔時無論任何條件變化均要將道岔驅動到位;環(huán)線控制單元通過鋪設于軌道上的感應環(huán)線(或無線AP)與車載進行通信交互,將車載發(fā)送的報文信息進行濾波解調經(jīng)總線發(fā)送給邏輯運算單元,車載主機通過車載天線與感應環(huán)線數(shù)據(jù)交互;軌道電路模塊進行狀態(tài)占用監(jiān)測;開關量采集單元采集現(xiàn)地操作盤的控制信息在地面完成對進路的選擇和控制,主要可完成進路的左轉、右轉、直行等功能;監(jiān)測單元用來監(jiān)測道岔的當前狀態(tài)是占用還是空閑以及道岔當前指向。本控制系統(tǒng)中,核心聯(lián)鎖邏輯單元通過通信總線方式或CPCI總線方式與其他驅動單元和檢測單元之間進行通信

3道岔控制方式

以圖3的有軌電車正線道岔區(qū)域設計為例,介紹本系統(tǒng)的有軌電車的道岔控制模式,在不同的線路情況下,司機可經(jīng)過運營調度中心的同意在車載控制臺上進行控制模式間的切換。

圖3　正線道岔區(qū)域設備布置示意圖

3.1自動進路控制

當列車運行至道岔接近區(qū)段#1位置時,道岔控制器通過軌旁環(huán)線與車載設備建立通信,道岔控制器向車載設備發(fā)送已接近道岔區(qū)段的提示,車載設備接收到提示后,將預設的道岔選擇請求通過感應環(huán)線發(fā)送給道岔控制器,道岔控制器根據(jù)軌道電路和信號表示器的狀態(tài)判斷當前道岔狀態(tài)是空閑還是占用。若空閑,道岔控制器結合運營調度管理中心下發(fā)的運行計劃與列車發(fā)送的道岔選擇請求進行邏輯運算后自動排列進路,確保安全后將道岔轉換至相應的位置并鎖閉,同時開放信號機[4]。若道岔狀態(tài)為占用時,車載主機向列車發(fā)送停車指令,司機根據(jù)信號機指示將列車停在信號機前方。

在這種控制方式下,計算好#1路口到A區(qū)段之間L1的長度,若列車到達#1位置時速度為v,道岔控制器從建立通信到辦理完進路并開放信號所需要的時間為t,列車的制動距離為Δs。從而計算出L1=v×t+Δs。當列車通過#1位置接收進路請求,列車保持一定速度繼續(xù)行駛,道岔控制器處理進路信息,若進路選排失敗,則司機根據(jù)信號機指示可在信號機安全距離Δs外制動。這樣可以在保證安全的前提下,提高運營效率[3]。

3.2車載遙控

車載遙控控制模式,與自動控制方式最主要區(qū)別是依賴電車司機來進行人工辦理進路。當電車通過道岔接近區(qū)段#1位置時,道岔控制器未接收到車載的道岔控制命令時,道岔控制器發(fā)送提示信息給車載,車載語音提示司機人工辦理進路,司機減速行車,按壓車載上相應按鈕進行人工辦理進路,感應環(huán)線將進路信息發(fā)送給道岔控制系統(tǒng),道岔控制系統(tǒng)接收到進路命令后,進行聯(lián)鎖關系運算,確保安全后將道岔轉換至相應的位置并鎖閉,同時開放信號機。當軌道電路檢測到列車通過道岔區(qū)段后,進路自動解鎖,車載系統(tǒng)自動解除人工控制道岔的功能[5]。

3.3現(xiàn)地控制

當通過自動進路控制方式或車載遙控方式都無法辦理進路時,工作人員操作現(xiàn)地操作盤辦理進路,道岔控制系統(tǒng)中的聯(lián)鎖邏輯控制器通過開關量采集單元接收進路信息,完成進路的辦理。

3.4故障情況下的控制模式

在故障模式下,需要人工確認道岔區(qū)段空閑,通過人工操作道岔按鈕或人工搬動道岔。在這種方式下,車載設備和道岔控制器均不作任何邏輯運算。

3.5控制方式對比和選擇

在上述4種控制模式中,自動進路控制方式自動化程度高、安全可靠并能保證行車效率,車載遙控方式對司機的依賴比較大,司機的勞動強度大,且不利于行車安全和行車效率的提高[6]。因此正常情況下,系統(tǒng)的控制模式為自動進路控制,司機可根據(jù)具體情況通過車載控制臺完成控制模式的切換,也可在通過地面模式轉換按鈕完成。

表1　不同控制方式對比

4聯(lián)鎖控制邏輯軟件方案

道岔控制系統(tǒng)最主要的功能是進行道岔聯(lián)鎖控制邏輯的處理,實現(xiàn)道岔、信號和區(qū)段之間的聯(lián)鎖制約[7]。聯(lián)鎖控制功能主要包括進路的排列、進路的解鎖等功能。以圖4道岔路口進路元素布置設計為例說明進路排列和進路解鎖的過程。

圖4　進路元素布置圖

4.1進路排列

進路排列模塊是聯(lián)鎖邏輯模塊的核心之一,包括普通進路處理模塊軟件設計和折返進路處理模塊軟件設計,本文主要介紹普通進路排列。在如圖4所示的道岔區(qū)域,普通進路可排列直行進路和右行進路。直行進路是排列從#1~#2的進路,當列車占用#1位置時,道岔控制系統(tǒng)在檢查沒有既有進路且滿足聯(lián)鎖條件時,主機根據(jù)下發(fā)的直行命令和行車方向,判斷道岔的位置是否在定位,若道岔位置在反位則下發(fā)道岔操作命令動作到定位,若道岔在定位則下發(fā)不動作的命令,將道岔實時位置狀態(tài)信息上傳至控制中心[8]。等到道岔轉動到規(guī)定位置,然后通過信號控制模塊下發(fā)開放信號的命令,X1信號機開放綠燈。右行進路的排列過程與直行進路一致,主要是道岔位置不同,右行進路X1信號機開放黃燈。

4.2進路解鎖

(1)正常進路解鎖。進路排列完成之后,列車占用出清道岔區(qū)段。在直行進路情況下,列車運行方向是#1路口到#2路口,當列車占用A點,進路亮紅燈顯示占用,然后出清A點占用B點,再出清B點解鎖進路。解鎖之后,聯(lián)鎖主機會自動開放原進路信號機即X1信號機自動點綠燈,道岔保持鎖閉,無需再去排列直行進路;

(2)非正常進路解鎖。進路排列完成后,進路的占用不是按照進路方向依次占用,在直行進路情況下,若只占用A或B就不能正常解鎖,或者先占用B再占用A也是不能正常解鎖,這時需要強制解鎖,下發(fā)復位命令來解鎖進路[9];

(3)取消進路。上述進路中,在檢查進路空閑或信號機未曾開放后,控制中心、車載設備或現(xiàn)地操作設備下發(fā)取消進路的命令,聯(lián)鎖主機可根據(jù)取消進路的命令來取消這條進路,使進路空閑,信號機點紅燈。

5結束語

通過對新型有軌電車特點、有軌電車信號系統(tǒng)及有軌電車正線道岔控制系統(tǒng)的性能需求分析和討論,提出了一種正線道岔控制系統(tǒng)方案:利用感應環(huán)線能進行雙向通信和測速定位的功能,車地采用軌道感應環(huán)線進行通信,軌旁聯(lián)鎖控制主機和各個模塊通過總線連接;正常情況下,正線道岔控制系統(tǒng)的控制方式為自動進路控制,司機也可根據(jù)具體線路和故障情況通過車載控制切換控制模式;此正線道岔控制系統(tǒng)能完成基本的邏輯控制功能,包括進路的排列和進路解鎖,以此來保證列車在正線岔區(qū)的安全高效運行。

參考文獻

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文獻標識碼A

文章編號1007-7820(2016)03-187-04

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.03.049

作者簡介:楊小會(1991—),女,碩士研究生。研究方向:有軌電車信號控制。

基金項目:蘭州交通大學青年基金資助項目(2014031)

收稿日期:2015- 07- 09