梁偉明

摘 要：站臺(tái)安全門是城市軌道交通系統(tǒng)特有設(shè)備，對(duì)于交通系統(tǒng)人身安全、行車安全起著重要的作用。站臺(tái)安全門設(shè)備安全回路的穩(wěn)定是地鐵、輕軌列車安全運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)的必要條件。因此提升其安全回路的穩(wěn)定性，增強(qiáng)其抗活塞風(fēng)列車運(yùn)行震動(dòng)干擾的能力對(duì)于軌交系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行有著重要的意義。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)安全回路的升級(jí)改造實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)安全門安全回路的目的，并且經(jīng)過(guò)近兩年的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證效果顯著且穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：交通工程;軌道交通;站臺(tái)安全門;安全回路;延時(shí)繼電器

站臺(tái)門設(shè)備是軌道交通系統(tǒng)特有設(shè)備，在軌道交通系統(tǒng)中承擔(dān)著安全防護(hù)、節(jié)能環(huán)保等重要作用。為乘客提供安全、舒適的乘車候車環(huán)境的同時(shí)，站臺(tái)門設(shè)備也為軌道交通系統(tǒng)站臺(tái)整體美觀及節(jié)能提供了良好的支撐。為了確保候車區(qū)乘客安全及軌行區(qū)行車安全，除極少數(shù)過(guò)渡期情況外，城市軌道交通站臺(tái)門均設(shè)置了安全回路，并通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)與行車互鎖關(guān)系，確保列車在軌行區(qū)運(yùn)行必要條件為該軌行區(qū)區(qū)域?qū)?yīng)的站臺(tái)門全部關(guān)閉且鎖緊，即安全回路通路。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生因門體抖動(dòng)引起安全回路發(fā)生閃斷，導(dǎo)致安全回路在站臺(tái)門非解鎖情況下斷開(kāi)，致使列車發(fā)生緊制或者無(wú)法完成發(fā)車，進(jìn)而導(dǎo)致列車晚點(diǎn)或客傷的情況。因此，增強(qiáng)站臺(tái)門設(shè)備安全回路穩(wěn)定性，過(guò)濾非門體解鎖導(dǎo)致安全回路斷開(kāi)的情況對(duì)于軌道交通安全運(yùn)行起到了重要的作用。

1 站臺(tái)門設(shè)備安全回路工作原理

為了保障軌道交通系統(tǒng)列車運(yùn)行安全，自動(dòng)駕駛模式下的列車（以下簡(jiǎn)稱“列車”）與站臺(tái)門設(shè)備形成“互鎖”關(guān)系。站臺(tái)門設(shè)備門體對(duì)應(yīng)軌行區(qū)區(qū)域稱為“互鎖區(qū)域”。列車在互鎖區(qū)域內(nèi)通行的必要條件為站臺(tái)門設(shè)備安全回路為通路。當(dāng)站臺(tái)門設(shè)備安全回路斷開(kāi)時(shí)，互鎖區(qū)域內(nèi)停止的列車無(wú)法發(fā)車，互鎖區(qū)域中運(yùn)行的列車及即將駛?cè)朐搮^(qū)域的列車均將發(fā)生緊急制動(dòng)。

安全回路開(kāi)啟和關(guān)閉的直接原因?yàn)檎九_(tái)門設(shè)備中門體的開(kāi)啟和關(guān)閉，門體的開(kāi)啟對(duì)應(yīng)安全回路的斷開(kāi)，安全回路內(nèi)所有門體的關(guān)閉且鎖緊對(duì)應(yīng)安全回路的通路。站臺(tái)門設(shè)備站臺(tái)區(qū)域的門體主要有滑動(dòng)門、應(yīng)急門、端門、固定門組成。其中固定門為不可開(kāi)啟幕墻式結(jié)構(gòu)，主要起隔離、支撐等作用，非可動(dòng)機(jī)械部件。端門為站臺(tái)候車區(qū)域與站臺(tái)設(shè)備區(qū)域之間的通道門，因工作人員進(jìn)出等需求，通常情況下并不接入站臺(tái)門設(shè)備安全回路。因此，直接導(dǎo)致站臺(tái)門設(shè)備安全回路斷開(kāi)的原因主要為站臺(tái)門設(shè)備內(nèi)滑動(dòng)門或應(yīng)急門的開(kāi)啟。

軌道交通系統(tǒng)站臺(tái)門設(shè)備安全回路的一種常見(jiàn)的設(shè)計(jì)為通過(guò)行程開(kāi)關(guān)對(duì)門扇位置進(jìn)行檢測(cè)，由單回路將行程開(kāi)關(guān)串接形成安全回路?；瑒?dòng)門及應(yīng)急門的門框及門扇上布置有行程開(kāi)關(guān)，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)的壓縮量將門體是否鎖緊這一信息反饋至站臺(tái)門設(shè)備安全回路，即站臺(tái)門設(shè)備通過(guò)對(duì)串接行程開(kāi)關(guān)的安全回路對(duì)各個(gè)滑動(dòng)門及應(yīng)急門進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦監(jiān)測(cè)到任何一扇門體出現(xiàn)“開(kāi)啟”的情況，站臺(tái)門設(shè)備安全回路將立即斷開(kāi)，進(jìn)而通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)“互鎖”功能實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的緊制制動(dòng)或停止動(dòng)車。傳統(tǒng)站臺(tái)門設(shè)備安全回路結(jié)構(gòu)如下圖所示。

2 站臺(tái)門設(shè)備常見(jiàn)安全回路弊端

這種串聯(lián)行程開(kāi)關(guān)形成安全回路的設(shè)計(jì)在原理上能夠極大的保障軌道交通系統(tǒng)的行車安全，在站臺(tái)門設(shè)備任何一扇滑動(dòng)門或應(yīng)急門開(kāi)啟后立即對(duì)該防護(hù)區(qū)域連鎖保護(hù)。但實(shí)際列車運(yùn)行過(guò)程中，站臺(tái)門門體因受到列車活塞風(fēng)壓、運(yùn)行震動(dòng)等因素的影響常出現(xiàn)小范圍（通常最大振幅不超過(guò)15 mm）的門體抖動(dòng)和極其輕微的位移（后簡(jiǎn)稱“站臺(tái)門門扇微位移”）。以國(guó)內(nèi)某沿海城市軌道交通系統(tǒng)為例，站臺(tái)門設(shè)備門框的厚度一般是在70 mm，15 mm的振幅將導(dǎo)致最大位移量為30mm，這個(gè)距離的門體位移雖然遠(yuǎn)未達(dá)到使人員或能夠影響行車的物體進(jìn)入軌行區(qū)的距離，但是已超過(guò)大部分行程開(kāi)關(guān)的檢測(cè)范圍，即這種微位移抖動(dòng)不影響行車安全，但足以使站臺(tái)門門扇檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作并導(dǎo)致安全回路斷開(kāi)，進(jìn)而發(fā)生列車緊急制動(dòng)或無(wú)法動(dòng)車。

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)及選用車型的不同，站臺(tái)門設(shè)備每側(cè)滑動(dòng)門及應(yīng)急門總數(shù)略有不同，常見(jiàn)二者數(shù)量總和為30道左右。根據(jù)設(shè)計(jì)邏輯的不同，一側(cè)站臺(tái)門設(shè)備上的行程開(kāi)關(guān)通常數(shù)量在50～100個(gè)。因門體結(jié)構(gòu)的不同，在這種門扇微位移的影響下，部門站臺(tái)門設(shè)備非門體打開(kāi)導(dǎo)致列車緊急制動(dòng)的故障的頻發(fā)，對(duì)軌道交通系統(tǒng)正點(diǎn)運(yùn)行產(chǎn)生極大的影響，甚至因緊急制動(dòng)引發(fā)乘客傷害。以國(guó)內(nèi)A城市軌道交通甲號(hào)線為例，2017年3月至8月全線22個(gè)站因此類問(wèn)題導(dǎo)致的列車緊制及無(wú)法發(fā)車達(dá)17例，造成6起行車延誤、客傷或投訴等相關(guān)事件。

3 站臺(tái)門設(shè)備安全回路雙回路設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方式

為吸收站臺(tái)門門扇微位移，避免因震動(dòng)、活塞風(fēng)等因素導(dǎo)致的列車緊制發(fā)生，首先可以考慮增大行程開(kāi)關(guān)的有效行程檢測(cè)距離，或者增加行程開(kāi)關(guān)的數(shù)量改用“單觸發(fā)報(bào)警、并行觸發(fā)斷開(kāi)”的控制邏輯，但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況站臺(tái)門設(shè)備位于乘客候車區(qū)域和軌行區(qū)分隔位置，已完成安裝的站臺(tái)門設(shè)備上增加大行程檢測(cè)開(kāi)關(guān)、增加行程開(kāi)關(guān)數(shù)量及布線均存在一定的施工難度，受設(shè)備限界、列車運(yùn)行動(dòng)態(tài)包絡(luò)線等實(shí)際空間的制約，行程開(kāi)關(guān)的安裝位置、大小、數(shù)量等均收到嚴(yán)格限制。

另一種思路就是將站臺(tái)門門扇微位移的位移量，這一空間維度變量用時(shí)間維度進(jìn)行量化，找到對(duì)應(yīng)關(guān)系后控制時(shí)間維度變量過(guò)濾“微位移”。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，人員值守觀察發(fā)現(xiàn)，因風(fēng)壓、列車運(yùn)行震動(dòng)產(chǎn)生的門扇微位移通常是門扇在高頻情況下發(fā)生的抖動(dòng)性位移，這種位移存在距離小、時(shí)間短、頻次大的特點(diǎn)。站臺(tái)門門扇整體相對(duì)質(zhì)量較大，通常在100 kg以上，在車站現(xiàn)有外力作用下很難在短時(shí)間內(nèi)（0.3秒內(nèi)）開(kāi)啟并達(dá)到開(kāi)啟足夠大的距離使人員進(jìn)入軌行區(qū)或可影響行車物品進(jìn)入軌行區(qū)的情況。通過(guò)合理和設(shè)計(jì)方式，采用時(shí)間維度過(guò)濾掉0.3秒以內(nèi)的閃斷可以在保證安全的情況下有效的提升站臺(tái)門設(shè)備安全回路穩(wěn)定定性。同時(shí)，這種閃斷信息對(duì)于站臺(tái)門設(shè)備維護(hù)人員有著重要意義，可以根據(jù)閃斷信息對(duì)站臺(tái)門設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)開(kāi)展有針對(duì)性的差異性維護(hù)。因此需要對(duì)站臺(tái)門設(shè)備安全回路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，要求既能過(guò)濾掉閃斷信息又能對(duì)閃斷信息進(jìn)行記錄。站臺(tái)門設(shè)備安全回路雙回路（延時(shí)）設(shè)計(jì)能夠很好的實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)需求，改造后的安全回路如圖2所示。

在原有站臺(tái)門設(shè)備安全回路中，在原有安全回路繼電器KA1兩側(cè)A2和A3節(jié)點(diǎn)之間并聯(lián)一個(gè)延時(shí)型安全繼電器KA2，延時(shí)中斷設(shè)置為0.3 s（可調(diào)）。將原有的安全回路繼電器KA1上的觸點(diǎn)完全移植到KA2的觸點(diǎn)上，即使用KA2替代KA1完成與信號(hào)系統(tǒng)的信息傳遞，達(dá)到實(shí)現(xiàn)在既能在門體打開(kāi)時(shí)斷開(kāi)安全回路又可以通過(guò)延時(shí)繼電器過(guò)濾門扇微位移的功能需求，能同時(shí)在KA1上的2組觸點(diǎn)分別接入至可編程邏輯控制器中進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)門扇位移進(jìn)行記錄的功能?？删幊踢壿嬁刂破鲗A1與KA2的狀態(tài)信息同時(shí)發(fā)送給上位機(jī)，保存為事件記錄。通過(guò)以上改造，將站臺(tái)門設(shè)備原有安全回路變成兩個(gè)回路，分別實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、過(guò)濾門扇“微位移”并記錄門體抖動(dòng)的功能。

4 改造計(jì)劃及效果分析

為保障順利進(jìn)行，站臺(tái)門設(shè)備安全回路雙回路改造于實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)完成型式試驗(yàn)后，首先選取A城市甲號(hào)線XX廣場(chǎng)站上行側(cè)站臺(tái)門為試點(diǎn)站進(jìn)行整改，設(shè)備改造完成后由專人對(duì)改造后的設(shè)備進(jìn)行值守監(jiān)護(hù)運(yùn)行，觀察設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)觀察期內(nèi)設(shè)備效果良好，能夠完好的實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、過(guò)濾門扇“微位移”及記錄門扇位移信息的功能。改線路改造選用的繼電器為德國(guó)產(chǎn)P牌PSR系列繼電器。

甲號(hào)線全線22個(gè)車站改造完成后2018年3月至8月期間，僅發(fā)生1起門扇“微位移”導(dǎo)致列車緊制事件，相比改造前同類型故障同比降低94.1%，改造效果突出。在隨后的兩年內(nèi)持續(xù)對(duì)該線路進(jìn)行觀察，改造效果保持穩(wěn)定。同時(shí)，設(shè)備維護(hù)人員根據(jù)可編程邏輯控制器上傳的信息對(duì)存在門扇位移信息記錄的滑動(dòng)門及應(yīng)急門開(kāi)展有針對(duì)性的維護(hù)及保養(yǎng)工作，及時(shí)調(diào)整門體機(jī)械結(jié)構(gòu)，從原有的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)無(wú)差異化維修改變?yōu)橛嗅槍?duì)性維修，在節(jié)約維護(hù)保養(yǎng)人工成本的同時(shí)有效的提升了設(shè)備維護(hù)質(zhì)量，降低故障率。