城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景下的站臺(tái)門系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)研究

曾 恒 李 剛 李金峰

(1. 中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司， 100036， 北京；2. 南昌中鐵穗城軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)有限公司， 330038， 南昌；3. 太原中鐵軌道交通建設(shè)運(yùn)營(yíng)有限公司， 030006， 太原∥第一作者， 高級(jí)工程師)

城市軌道交通站臺(tái)門系統(tǒng)設(shè)置在車站站臺(tái)邊緣，能有效減少列車行駛噪聲和活塞風(fēng)對(duì)站臺(tái)候車乘客的影響，從而提高乘車環(huán)境的舒適性，也是乘客安全及運(yùn)輸安全的有力保障措施。由于城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行模式可實(shí)現(xiàn)無人駕駛，故對(duì)關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、安裝甚至運(yùn)營(yíng)維護(hù)都提出了新的要求，尤其對(duì)站臺(tái)門提出了更高的要求。

1 站臺(tái)門全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景及其功能分析

1.1 正常場(chǎng)景

站臺(tái)門可滿足全自動(dòng)運(yùn)行模式下列車的運(yùn)行，即確保列車正常進(jìn)站停車開門、關(guān)門發(fā)車出站及越站行車等功能，與傳統(tǒng)的運(yùn)行模式無差異。

1.2 非正常場(chǎng)景

非正常場(chǎng)景主要分為與信號(hào)安全回路相關(guān)和非相關(guān)的場(chǎng)景。其中非相關(guān)場(chǎng)景主要包含固定門、邊門玻璃破損故障，該場(chǎng)景與傳統(tǒng)運(yùn)行模式應(yīng)急處置無差異，工作人僅需在玻璃碎裂附近位置上張貼警示標(biāo)志或設(shè)置安全帶并加強(qiáng)該處的監(jiān)控即可，無需差異化設(shè)計(jì)。

信號(hào)安全回路相關(guān)場(chǎng)景主要包含單(多)扇站臺(tái)門無法打開或關(guān)閉、站臺(tái)門或車門隔離、站臺(tái)門主控系統(tǒng)或電源故障、夾人夾物、站臺(tái)異物侵限等場(chǎng)景[1]。

1.3 全自動(dòng)運(yùn)行站臺(tái)門與傳統(tǒng)站臺(tái)門的差異化分析

根據(jù)以上描述的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，結(jié)合GB/T 32588.1—2016《自動(dòng)化的城市軌道交通(AUGT)安全要求》(以下簡(jiǎn)為《安全要求》)中對(duì)站臺(tái)門及列車與站臺(tái)間隙相關(guān)的安全措施要求，制定列車全自動(dòng)運(yùn)行的站臺(tái)門與傳統(tǒng)站臺(tái)門差異化分析表[2]，如表1所示。

表1 全自動(dòng)運(yùn)行的站臺(tái)門與傳統(tǒng)站臺(tái)門差異化分析表

2 全自動(dòng)運(yùn)行線路站臺(tái)門新增配置要求

2.1 增加與信號(hào)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口

新增站臺(tái)門設(shè)備與信號(hào)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)位隔離信息互傳，主要包括對(duì)位隔離功能和隔離提示功能。當(dāng)個(gè)別滑動(dòng)門故障隔離時(shí)，站臺(tái)門系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接口將故障信息傳送至信號(hào)系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)將此信息轉(zhuǎn)發(fā)至車輛，列車進(jìn)站停穩(wěn)后，發(fā)送命令打開車門及站臺(tái)門，站臺(tái)故障滑動(dòng)門及對(duì)應(yīng)的車門不打開；反之，當(dāng)個(gè)別車門故障隔離時(shí)，列車進(jìn)站停穩(wěn)后，信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送命令打開車門及站臺(tái)門，故障車門及對(duì)應(yīng)的站臺(tái)滑動(dòng)門不打開。單個(gè)站臺(tái)滑動(dòng)門增加故障顯示功能(包括對(duì)應(yīng)車門的隔離信息顯示)，提示乘客繞行[3]。

2.2 間隙探測(cè)

《安全要求》在全自動(dòng)運(yùn)行條件下，應(yīng)采取措施避免乘客或物品夾入站臺(tái)門與車輛輪廓線之間的間隙造成危險(xiǎn)，以達(dá)到安全運(yùn)營(yíng)的目的。間隙探測(cè)裝置由光源發(fā)射器、光束接收器和報(bào)警裝置等組成。其主要用于對(duì)地鐵車輛與站臺(tái)門的間隙進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，若發(fā)現(xiàn)間隙內(nèi)有障礙物滯留，將實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警，并將相關(guān)信息傳遞至站臺(tái)門的單元控制器(PEDC)，再由PEDC將相關(guān)信息傳遞給信號(hào)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)扣車功能。障礙物清除后即可停止報(bào)警，并通過信號(hào)系統(tǒng)允許啟動(dòng)列車，以保證旅客和車輛運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

間隙探測(cè)防護(hù)設(shè)備接入站臺(tái)門的安全回路，并在探測(cè)裝置控制報(bào)警盤上設(shè)置“正?！焙汀芭月贰眱蓹n位開關(guān)。正常工作狀態(tài)下開關(guān)處在“正?！睓n；當(dāng)切換到“旁路”檔，“旁路指示”報(bào)警指示燈亮，此時(shí)間隙探測(cè)防護(hù)設(shè)備不接入站臺(tái)門安全回路。太原軌道交通2號(hào)線(以下簡(jiǎn)為“2號(hào)線”)單側(cè)間隙探測(cè)裝置與車輛編組數(shù)相同，即單節(jié)車廂5個(gè)車門對(duì)應(yīng)位置的站臺(tái)門采用1組間隙同側(cè)系統(tǒng)(單側(cè)共6組)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.3 站臺(tái)門架構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

根據(jù)全自動(dòng)運(yùn)行場(chǎng)景、功能和配置要求，結(jié)合2號(hào)線列車全自動(dòng)運(yùn)行實(shí)際要求，制定站臺(tái)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)及接口關(guān)系，如圖1所示。

2.3.1 站臺(tái)門單元控制器

PEDC具有不同級(jí)別控制命令的優(yōu)先級(jí)控制切換功能，向DCU(門控單元)輸出控制命令，并能采集整側(cè)站臺(tái)相關(guān)設(shè)備，包括IBP(綜合后備盤)、PSL(就地控制盤)、各DCU相關(guān)設(shè)備等的信息，上傳到上位機(jī)，且實(shí)現(xiàn)報(bào)警或狀態(tài)指示控制。PEDC采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊的功能相對(duì)獨(dú)立，低優(yōu)先級(jí)控制模塊故障時(shí)，不影響高優(yōu)先級(jí)的控制。PEDC具有正常運(yùn)營(yíng)必要的參數(shù)或軟件升級(jí)功能。

2.3.2 站臺(tái)門DCU

站臺(tái)門DCU接收外部控制命令，控制滑動(dòng)門單元的電機(jī)和電磁鎖，實(shí)現(xiàn)打開、關(guān)閉和釋放的功能；開關(guān)門控制過程具有安全防護(hù)功能，實(shí)時(shí)采集各類開關(guān)、傳感器的狀態(tài)作為控制滑動(dòng)門的開關(guān)門控制條件，并將相關(guān)信息上傳到PEDC。站臺(tái)門DCU具有正常運(yùn)營(yíng)必要的參數(shù)或軟件升級(jí)功能。

2.3.3 站臺(tái)門MMS

MMS能采集、顯示、記錄車站站臺(tái)門相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)，具有訪問賬號(hào)、權(quán)限管理、歷史數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)等功能，能獲取和顯示指定滑動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)曲線。并具有本地參數(shù)配置及對(duì)PEDC/DCU的參數(shù)配置功能，可實(shí)現(xiàn)PEDC和DCU軟件升級(jí)。

2.3.4 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)分驅(qū)動(dòng)電源和控制電源。驅(qū)動(dòng)電源用于向站臺(tái)門DCU供電，控制電源用于向PSC及相關(guān)控制接口供電。電源系統(tǒng)具有完善的安全防護(hù)，并具有監(jiān)視和診斷功能，能將相關(guān)信息輸出給站臺(tái)門系統(tǒng)。

2.3.5 PSL

PSL具有開門、關(guān)門和操作允許或禁止及信號(hào)互鎖解除等功能。當(dāng)滑動(dòng)門處于自動(dòng)模式且收到列車對(duì)位隔離信息時(shí)，此時(shí)操作PSL開門，該滑動(dòng)門應(yīng)能被PSL控制打開。PSL互鎖解除可獨(dú)立操作,不與PSL操作允許關(guān)聯(lián)。1側(cè)站臺(tái)設(shè)置2套PSL，分別位于站臺(tái)兩側(cè)端門，2套PSL相互互鎖，控制優(yōu)先級(jí)先使用者為高。

3 接口設(shè)計(jì)

3.1 站臺(tái)門與信號(hào)接口設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1所示，站臺(tái)門與信號(hào)系統(tǒng)接口主要包含中央接口盤和MMS，其中PSL及間隙探測(cè)設(shè)備及與中央控制系統(tǒng)通過硬線連接；接口位置主要分布于站臺(tái)門設(shè)備室。站臺(tái)門開門及關(guān)門、關(guān)閉且鎖緊、門使能、互鎖解除等功能通過信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門中央控制系統(tǒng)之間硬線實(shí)現(xiàn)；車門與站臺(tái)門間對(duì)位隔離功能通過通信光纜實(shí)現(xiàn)；站臺(tái)門MMS監(jiān)視信息通過通信光纜與信號(hào)設(shè)備集中站設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，并在控制中心、車控室及車載顯示屏顯示站臺(tái)門相關(guān)信息。車門與站臺(tái)門對(duì)位具體接口如圖2及表2所示。

站臺(tái)門PEDC硬件分4板塊設(shè)計(jì)，分別為SIG(信號(hào))控制板、PSL控制板、IBP控制板、MONI(電機(jī)驅(qū)動(dòng))控制板，如圖3中粗線框所示。在運(yùn)營(yíng)過程中，如果信號(hào)控制板出故障，可切換至PSL或IBP操作；如果PSL控制板出故障，可切換至SIG控制板或IBP操作，并能在線拆換PSL控制板；如果IBP控制板出故障，可切換至PSL或SIG控制板操作，并能在線拆換IBP控制板。任何時(shí)候拆換SIG控制板、PSL控制板、IBP控制板其中一塊板，均不會(huì)影響運(yùn)營(yíng)。

3.2 站臺(tái)門與綜合監(jiān)控接口設(shè)計(jì)

站臺(tái)門系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口主要包含在綜合監(jiān)控系統(tǒng)和綜合后備盤，接口位置主要分布于綜合監(jiān)控設(shè)備室及IBP，具體界面和接口規(guī)范如圖4和表2所示。

表2 站臺(tái)門與信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控接口

3.3 PSL與PEDC接口設(shè)計(jì)

PSL優(yōu)先級(jí)關(guān)系從高到低依次為IBP、PSL、SIG?；ユi解除鑰匙開關(guān)為獨(dú)立操作開關(guān)，不受PSL允許開關(guān)操作的聯(lián)鎖。任何情況下(以24 V電源接通為前提)，試燈按鈕按下時(shí)，PSL面板所有指示燈點(diǎn)亮，用于測(cè)試指示燈是否正常。PSC至PSL之間采用多芯硬線電纜(每芯導(dǎo)體截面積為1.5 mm2的銅芯標(biāo)準(zhǔn)絕緣電纜)。PSL控制命令真值表和PSL互鎖解除控制命令邏輯表如表3和表4所示。

表3 PSL控制命令真值表

表4 PSL互鎖解除控制命令

4 結(jié)語

太原軌道交通2號(hào)線自2020年12月26日開通以來，站臺(tái)門各項(xiàng)功能及運(yùn)營(yíng)指標(biāo)均滿足國(guó)家相關(guān)要求，具有良好的適用性和操作性，提升了線路運(yùn)營(yíng)安全性和效率，對(duì)全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)站臺(tái)門設(shè)計(jì)具有一定借鑒意義。由于全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中站臺(tái)門系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)仍有進(jìn)一步提升空間：

1) 可進(jìn)一步縮小站臺(tái)門與車門聯(lián)動(dòng)時(shí)間，以防止乘客誤踏空。

2) 可進(jìn)一步提高間隙探測(cè)裝置可靠性，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)站臺(tái)門對(duì)間隙探測(cè)的需求。

3) 間隙探測(cè)器操作盤與PSL進(jìn)行箱體融合，以進(jìn)一步優(yōu)化和美化站臺(tái)門面向乘客界面的布局。