ATO 模式下車地聯(lián)動時序分析與站臺門延時控制系統(tǒng)設(shè)計

劉 磊，劉 健

（1. 鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京 100081；2. 武漢地鐵集團建設(shè)事業(yè)總部，武漢 430000）

站臺門是設(shè)在站臺邊緣，防止乘客跌落或跳下的門體設(shè)備，給乘客帶來舒適的候車環(huán)境[1]。城市軌道交通中，列車門與安全門之間的距離一般為160 mm ～180 mm。在城際軌道交通中，部分線路采用退臺1.2 m 安裝，此空間稱為危險夾層[2]。根據(jù)以往案例分析，其大部分是因乘客未能及時上車而被困于閉合的站臺門與列車門之間的危險夾層之中，列車開車導(dǎo)致乘客擠壓受傷。

為提高服務(wù)質(zhì)量與安全性，通過合理的設(shè)置列車門與站臺門聯(lián)動時序，給予未能及時上車的乘客退至站臺門外安全區(qū)域內(nèi)的時間，一定程度上避免乘客滯留于危險夾層內(nèi)，從而提高運營的安全性。

本文在現(xiàn)有線路列車門、站臺門控制方案的基礎(chǔ)上，針對安裝有站臺門系統(tǒng)（PSD，Platform Screen Doors system），而不具備升級改造條件的線路，設(shè)計了適合現(xiàn)有接口條件的延時控制系統(tǒng)，可在不對原設(shè)備進行升級改造的前提下，實現(xiàn)站臺門延時開關(guān)門控制。文章重點對延時控制系統(tǒng)的功能需求、系統(tǒng)的安全性方面進行了分析，充分考慮了系統(tǒng)的兼容性及穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)列車控制中心（TCC，Train Control Center）對站臺門的基本開關(guān)門控制，完成接發(fā)列車工作。

1 列車門與站臺門聯(lián)動時序分析

目前，大部分運營線路采取站臺門與列車門同步開啟與關(guān)閉，未對動作時序做出嚴(yán)格規(guī)定，一條線路的每個站點都有可能動作時序不一致。通過合理的動作時序可在一定程度上避免乘客滯留于危險夾層之內(nèi)。

分析站臺門與列車門的動作時序設(shè)置應(yīng)從乘客角度出發(fā)，考慮其觀感、舒適度和安全性，按照乘客先下后上的原則，列車門與站臺門開啟，乘客先下后上，然后列車門與站臺門關(guān)閉這一流程進行分析。

1.1 開門過程分析

在開門過程中，站臺門與列車門應(yīng)同步開啟或先開站臺門再開列車車門，如先開列車門再開站臺門則可能會導(dǎo)致乘客誤撞站臺門，同時，站臺門開門時間不能過早于列車門。

1.2 關(guān)門過程分析

在關(guān)門過程中，先關(guān)列車車門再關(guān)站臺門，尤其對于退臺1.2 m 安裝站臺門的軌道交通線路，列車門和站臺門同步關(guān)閉或者站臺門早于列車門關(guān)閉，則非常容易造成乘客被夾在危險夾層區(qū)域之中，對列車運行和乘客安全造成極大的危害。因此站臺門系統(tǒng)需延時關(guān)閉，使未及時上車的乘客，有一定時間退出到站臺門以外的安全區(qū)域內(nèi)，防止乘客滯留于危險夾層。

1.3 動作時間調(diào)整

列車車門的控制器（簡稱：門控器），負(fù)責(zé)驅(qū)動電機開關(guān)門、狀態(tài)檢測與報警等。門控器根據(jù)列車的控制信號（如開門、關(guān)門、零速）進行開關(guān)門。當(dāng)列車進站停穩(wěn)后，零速信號得電，安全繼電器輸出使車門制動器解鎖打開。從邏輯過程分析，可以通過延時安全繼電器動作，達到列車門的延時動作[3]。

國內(nèi)軌道交通線路的很多既有車站的站臺門，在設(shè)計之初并未預(yù)留擴充接口，升級改造要面臨技術(shù)資料缺失、站臺門廠家技術(shù)支持有限、費用過高等一系列問題，因此，有必要設(shè)計一種簡單、實用、可靠的延時控制系統(tǒng)，可以在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定開關(guān)門延時時間。

2 既有線運行方式

2.1 運行狀態(tài)分析

站臺門、列車門的開/關(guān)門控制涉及車輛、列車控制系統(tǒng)、站臺門3 個系統(tǒng)，可以分自動開/關(guān)門、手動開/關(guān)門和自動開門/手動關(guān)門3種管理模式[4]。無所哪種模式，指令最終均通過TCC 發(fā)送至PSD，站臺門受控于TCC，TCC 與PSD 采用繼電接口，一般設(shè)置有開門命令、關(guān)門命令、門鎖閉命令、互鎖解除命令，其中，開關(guān)門命令為TCC 控制站臺門動作指令，門鎖閉與互鎖解除為站臺門向TCC 反饋的狀態(tài)信息。

2.2 PSD 與TCC 現(xiàn)有接口分析

PSD 與TCC 采用繼電接口，硬線連接，設(shè)置開門繼電器（KMJ）、關(guān)門繼電器（GMJ）[5]。PSD 按接收到的命令控制對應(yīng)門體動作，控制邏輯如表1所示。

表1 開關(guān)門控制邏輯

對于多車型線路增加設(shè)置車型繼電器，PSD 根據(jù)車型信息控制對應(yīng)車型的站臺門開啟或關(guān)閉。

通過接口實現(xiàn)站臺門的延時動作，只需在TCC與PSD 之間加裝延時控制系統(tǒng)，即可實現(xiàn)對站臺門的延時控制，延時控制系統(tǒng)需能接入原系統(tǒng)接口，同時不影響原系統(tǒng)正常功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

站臺門系統(tǒng)控制模式分為系統(tǒng)級控制、站臺級控制、緊急級控制、單門就地級控制和手動解鎖。系統(tǒng)級控制優(yōu)先級最低，手動解鎖優(yōu)先級最高，低優(yōu)先級的控制方式不影響高優(yōu)先級開/關(guān)門控制方式實現(xiàn)開/關(guān)門。系統(tǒng)級控制是PSD 正常工作時的全自動模式控制[6]。

本系統(tǒng)針對站臺門的系統(tǒng)級控制功能進行設(shè)計，不影響站臺門的控制優(yōu)先級判定，也不影響站臺門對TCC 系統(tǒng)的反饋信號（安全回路、互鎖解除）[7]，對于本系統(tǒng)在各種運行場景下，可能引入的安全問題進行了充分的考慮，并采取了相應(yīng)的措施消除負(fù)面影響。本系統(tǒng)的功能需求如下：

（1）本系統(tǒng)與外部系統(tǒng)采用繼電接口，使用安全繼電器，接口形式和繼電器工作電壓與原站臺門系統(tǒng)保持一致，無需引入新的電源系統(tǒng)即可正常工作，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升兼容性。

（2）繼電器前后節(jié)點采集，保障系統(tǒng)的安全性。

（3）設(shè)置延時時間調(diào)整功能，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，調(diào)整開門延時和關(guān)門延時時間，時間調(diào)整范圍0～10 s，調(diào)整精度0.1 s。

（4）故障情況或斷電時自動退出功能，保障設(shè)備故障時不影響車門與站臺門的聯(lián)動。即當(dāng)系統(tǒng)自身檢測到運行錯誤，或系統(tǒng)斷電時，系統(tǒng)能夠自動退出運行，站臺門系統(tǒng)運行在原有狀態(tài)，不會對TCC 和PSD 之間的聯(lián)動控制產(chǎn)生影響。

（5）開關(guān)門命令電壓監(jiān)測與記錄功能，方便問題原因分析。當(dāng)系統(tǒng)接收到TCC 的開關(guān)門指令時，對其傳輸?shù)碾妷褐颠M行監(jiān)測，若電壓不在規(guī)定范圍內(nèi)，則記錄電壓值并發(fā)出報警，提示運維人員，及時消除故障隱患。

（6）顯示和記錄功能，方便事后故障分析。顯示當(dāng)前的開關(guān)門指令狀態(tài)、接口電壓值、延時時間，同時記錄并儲存運行日志，對于事后的故障分析、問題定位起到重要作用。

（7）報警功能，設(shè)備自檢錯誤報警，TCC 命令錯誤報警等。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

3.2.1 安全繼電器

安全繼電器采用歐姆龍G7SA 系列，符合EN 標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)故障發(fā)生時能夠做出相應(yīng)的動作，具有強制導(dǎo)向接點結(jié)構(gòu)，內(nèi)部接點熔結(jié)時能保證多個接點不會同時處于導(dǎo)通狀態(tài)[8]。繼電器用于與TCC、PSD 系統(tǒng)的接口部分、控制邏輯切換。

3.2.2 中央處理單元

中央處理單元負(fù)責(zé)信號采集、邏輯處理、計時等功能，是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心；設(shè)置顯示單元與按鍵輸入單元，用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)置以及系統(tǒng)配置修改等；同時，設(shè)備具有聲光報警，預(yù)留與綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口。

3.3 系統(tǒng)接口與工作流程

延時控制系統(tǒng)與TCC、PSD 的接口原理圖，如圖1 所示。

圖1 延時控制系統(tǒng)與TCC、PSD 接口

（1）系統(tǒng)自檢正常時，故障檢測繼電器（FRJ）動作，由延時控制系統(tǒng)接收TCC 命令，并驅(qū)動PSD系統(tǒng)動作。TCC 發(fā)出開關(guān)門命令至延時控制系統(tǒng)，延時控制系統(tǒng)內(nèi)部對應(yīng)安全繼電器動作（KMJ、GMJ），延時控制系統(tǒng)得到開關(guān)門命令后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定時間驅(qū)動開門延時繼電器（KTKMJ）或關(guān)門延時繼電器（KTGMJ）動作，從而命令PSD 動作。

（2）當(dāng)系統(tǒng)自檢故障時，故障檢測繼電器不動作，TCC 系統(tǒng)命令經(jīng)FRJ 常閉觸點直接驅(qū)動PSD 繼電器動作，達到當(dāng)系統(tǒng)自身故障時，保障TCC 系統(tǒng)能夠控制站臺門動作，從而保障乘客基本的上下車。

（3）TCC 命令錯誤時，即當(dāng)TCC 同時下發(fā)開門與關(guān)門命令時，系統(tǒng)攔截命令，不對PSD 下發(fā)開門或關(guān)門指令，保持原有狀態(tài)，進行報警、記錄，等待正確命令后恢復(fù)執(zhí)行。

3.4 軟件設(shè)計

中央邏輯處理單元系統(tǒng)軟件邏輯流程，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程

中央邏輯處理單元主要完成以下功能：

（1）根據(jù)延時設(shè)定時間，根據(jù)開關(guān)門控制命令輸入，延時控制開關(guān)門命令輸出。

（2）中央邏輯處理單元具有系統(tǒng)自檢、繼電器檢測、輸出短路檢測、開關(guān)門命令是否錯誤等。

（3）記錄開關(guān)門命令電壓、站臺門反饋命令電壓，當(dāng)電壓異常時報警。

4 系統(tǒng)試驗

啟動運行延時控制系統(tǒng)進入TCC 命令監(jiān)控主界面，如圖3 所示。界面對TCC 的上/下行命令狀態(tài)分開顯示，可顯示當(dāng)前命令的驅(qū)動電壓與當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)置的延時時間，通過“延時設(shè)定”按鈕可對系統(tǒng)延時時間進行修改。數(shù)據(jù)記錄窗口可記錄歷史命令的時間，命令內(nèi)容以及驅(qū)動電壓。

通過試驗，模擬TCC 開關(guān)門命令，測試該延時控制系統(tǒng)可否準(zhǔn)確的延時向PSD 發(fā)送控制開關(guān)門命令，記錄其時間、電壓狀態(tài)信息，達到系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)。

圖3 TCC 命令監(jiān)控界面

5 結(jié)束語

本文分析了列車門與站臺門在不同時序下的安全性問題，針對目前既有線路現(xiàn)有設(shè)備改造難度大的情況，設(shè)計了延時控制系統(tǒng)，對現(xiàn)有TCC、PSD不改造的情況下，實現(xiàn)站臺門的延時控制，避免了改造中技術(shù)資料缺失、費用過高等一系列問題。本系統(tǒng)采用安全繼電器，提高了系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，預(yù)留擴展空間，是一種簡單、實用、可靠的改造實施方案。