城軌車輛集中開關(guān)門控制分析及改進設(shè)計

李春明

(南車株洲電力機車有限公司，412001，株洲∥工程師)

城市軌道交通(簡為“城軌”)車輛客室車門為乘客上、下列車提供通道，因其數(shù)量多、操作頻繁且必須在規(guī)定時間預(yù)定位置實現(xiàn)開關(guān)門動作，而對乘客安全、列車運營產(chǎn)生重要影響，是車輛至關(guān)重要的系統(tǒng)。由于開關(guān)門信號傳遞問題造成一列車單扇、多扇、甚至整列車一側(cè)不能實現(xiàn)正常開關(guān)門控制，從而導(dǎo)致列車運營晚點或清客下線的現(xiàn)象時有發(fā)生。如2010年1月16日廣州城軌5號線開往文沖方向的列車到達楊箕站時，由于單側(cè)車門不能在司機室內(nèi)打開，造成列車晚點約6 min后清客處理。

1 目前開關(guān)門控制方案分析

1.1 方案一:列車線開關(guān)門控制

目前大多數(shù)城軌車輛僅通過硬連線來進行開關(guān)門控制，網(wǎng)絡(luò)線不參與控制，只反饋車門狀態(tài)(如圖1)。開關(guān)門指令通過列車線傳輸給門控單元;門控單元依據(jù)列車線開關(guān)信號，再結(jié)合零速信號和使能信號向驅(qū)動電機發(fā)送指令來實現(xiàn)開關(guān)門動作(見表1);開關(guān)狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)線反饋給列車控制系統(tǒng)，并在司機室顯示屏(MMI)上顯示。

圖1 開關(guān)門控制框圖

表1 開關(guān)門控制邏輯表

此方案由于只有列車線開關(guān)門控制，無冗余控制功能，故當列車線松脫、短路或繼電器故障時，在司機室將無法進行開關(guān)門控制，由此造成列車晚點，嚴重的造成清客下線。

1.2 方案二:列車線與網(wǎng)絡(luò)線冷備冗余，網(wǎng)絡(luò)線優(yōu)先

隨著列車控制系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其準確性及抗干擾能力越來越強，網(wǎng)絡(luò)越來越多地參與到各子系統(tǒng)的控制功能上來。上海軌道交通3號線就采用網(wǎng)絡(luò)線優(yōu)先的方案，目前運營狀態(tài)良好。方案二的具體步驟如下:

(1)開關(guān)門指令由按鈕發(fā)出后，同時通過列車線和網(wǎng)絡(luò)線至各門控單元;

(2)當網(wǎng)絡(luò)正常時，門控單元執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線傳輸過來的開關(guān)門指令，不執(zhí)行列車線指令;

(3)司機室內(nèi)設(shè)置“緊急牽引”旋鈕，并通過列車線發(fā)送給所有門控單元;

(4)當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，或列車出現(xiàn)緊急牽引的條件時，司機將旋鈕旋到“緊急牽引”狀態(tài)，所有的門控器均執(zhí)行列車線開/關(guān)門指令。

該方案在網(wǎng)絡(luò)線開關(guān)門控制故障時，只能操作“緊急牽引”旋鈕實現(xiàn)列車線開關(guān)控制。但此時列車必須運營到終點站后回庫維修，造成運力下降。

1.3 方案三:列車線與網(wǎng)絡(luò)線熱備冗余，列車線優(yōu)先

目前廣州軌道交通2、8號線延長線項目采用該方案。具體步驟如下:

(1)開關(guān)門指令由按鈕發(fā)出后，同時通過列車線和網(wǎng)絡(luò)線至各門控單元;

(2)列車線正常情況下，門控單元執(zhí)行列車線傳輸?shù)拈_關(guān)門指令;

(3)當門控單元判斷列車線的信號故障時，將執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線傳送的開關(guān)門指令;門控單元將記錄該轉(zhuǎn)換過程信息，以利于維修人員檢修時判定開關(guān)門控制執(zhí)行的信號類型。

門控單元對列車線信號的判斷邏輯見表2。由于網(wǎng)絡(luò)線比列車線信號滯后0.5～1.0 s，從表2可看出，門控單元對列車線的故障不能100%準確判定。因此，為可靠地實現(xiàn)以上功能，必須在門控單元上設(shè)定以下假定條件:

表2 門控單元列車線信號判斷邏輯

(1)當門控單元接收到列車線指令后1.5～2.0 s內(nèi)接收到的網(wǎng)絡(luò)指令無效;

(2)接收到網(wǎng)絡(luò)線指令前2 s內(nèi)未接收到列車線指令，同時門控單元列車線故障時，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令;

(3)當門控單元判定列車線已失效時，只執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令，不執(zhí)行列車線指令，直到門控單元重啟后再重新判定。

與方案一、方案二相比，方案三能在列車線故障時有一種冗余方法，使開關(guān)門控制正常，但也存在如下缺陷:

(1)若列車一側(cè)門中部分門控單元判斷開關(guān)門列車線故障，則部分車門會執(zhí)行列車線指令，部分故障車門執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線指令，導(dǎo)致同側(cè)車門開關(guān)門不同步現(xiàn)象。

(2)門控單元不能對列車線全故障進行判斷。

2 改進設(shè)計

經(jīng)對目前三種控制方案進行分析，本文提出一種改進設(shè)計方案:列車線與網(wǎng)絡(luò)線冷備雙冗余，通過旋鈕選擇決定列車線或網(wǎng)絡(luò)線有效(見圖2)。具體步驟如下:

圖2 開關(guān)門控制流程圖

(1)開關(guān)門指令由按鈕發(fā)出后，同時通過列車線和網(wǎng)絡(luò)線傳至各門控單元;

(2)額外設(shè)置“開關(guān)門模式切換”旋鈕來決定列車線或網(wǎng)絡(luò)線有效(默認狀態(tài)為列車線優(yōu)先)，旋鈕通過列車線與所有門控單元相連。其控制原理如圖3所示;

(3)當旋鈕選擇列車線有效時，門控單元執(zhí)行列車線指令;當旋鈕選擇網(wǎng)絡(luò)有效時，門控單元執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令，門控單元不進行任何判定。即當列車線有效時，即使接收到網(wǎng)絡(luò)指令，門控單元也不執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線指令。

圖3 列車線與網(wǎng)絡(luò)線控制選擇控制原理圖

3 結(jié)語

通過對目前三種開關(guān)門的缺陷進行分析，本文提出一種列車線與網(wǎng)絡(luò)線雙冗余，由司機通過“開關(guān)門模式切換”旋鈕決定硬連線或網(wǎng)絡(luò)線有效的改進設(shè)計方案。當網(wǎng)絡(luò)線或列車線開關(guān)門故障時，提供一種備選控制方案，可有效地降低造成列車運行晚點、甚至清客下線的風險。該改進設(shè)計有利于提升車輛制造公司及城軌運營公司的美譽度，并已在廣州城軌3號線北延線項目得到應(yīng)用，經(jīng)測試效果良好;也可為新造或改造輕軌車輛、動車組開關(guān)門控制提供借鑒方案。

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