淺述APM捷運系統信號與防火門的接口設計

陸宗彬 張健彬

南京雷爾偉新技術股份有限公司 江蘇 南京 210032

自動旅客捷運系統（Automated People Mover，簡稱APM）是一種新型快速軌道交通系統。APM采用橡膠車輪，第三軌供電，全自動無人駕駛，具有編組靈活、噪音小、舒適度高等特點，加之土建工程相對簡單，無人駕駛運營效率更高，被廣泛運用于機場及商業CBD等區域。

基于APM的功能定位和產品特點，APM項目的工程建設大多位于地下區域。為了防止發生火災時火災蔓延，整個工程通常會劃分成多個防火分區。在正線區域，出入場線區域、車輛段區域，防火卷簾門常被用作防火分區的隔離，當發生火災時，防火卷簾門快速降下，有效隔斷火源、阻斷煙氣。

本文以香港機場APM項目為例，分析APM車輛與防火門系統之間可能存在的風險，并針對此風險提出一種安全的接口設計。

1 需求分析

香港機場APM項目在車輛段咽喉區和自動存車線、檢修區的分界面各設有一套防火門系統，詳見下圖1。APM車輛通過全自動無人駕駛模式駛入/駛出自動存車線，在檢修區因為軌道不帶電，則采用外接電源和人工駕駛模式。

圖1 防火門布置圖

在人工區域，每次車輛駛入/駛出時，必須安排一名地勤人員到防火門的位置，確保列車的安全。當發生火災時，防火門接收到火災信號，自動落下，地勤人員可以通過操作防火門附近的停止按鈕來阻止防火門的落下，確保列車安全駛離防火門的位置。

在自動區域，因為軌道帶電，對于地勤人員來說是不安全的。當發生火災時，必須通過其他方法防止駛入/駛出的列車撞擊到落下的防火門，從而避免造成重大損失。

2 接口方案

2.1 接口分析

因為防火門與車輛本身沒有任何接口，防火門落下不會考慮車輛的位置，同樣的，無人駕駛的車輛在通過防火門區域時也不會考慮防火門的狀態。因此，有必要引入一個中間系統，該系統必須具備如下特點和功能：

（1）同時具備與車輛和軌旁系統的接口；

（2）能檢測列車的位置信息，保證列車的運行安全；

（3）系統具有高可靠性。

作為無人駕駛項目的大腦，信號系統兼具以上功能，是這一中間系統的不二之選。

2.2 接口方案

系統接口的示意圖如下所示：

圖2 系統接口示意圖

（1）信號系統與車輛的接口為既有接口，信號系統從車輛采集狀態信號，如列車速度、位置信息等，同時信號系統給車輛發送控制命令，控制列車的牽引、制動。

（2）FAS系統與防火門系統的接口也是既有的接口[1]，防火門系統從FAS系統接收火災報警信號。

（3）新增信號系統與防火門系統的接口，接口界面如下圖3所示，信號系統采集防火門的狀態信息、火災報警信息，同時防火門系統接收信號系統的控制命令。

圖3 信號與防火門系統接口界面

2.3 接口說明

所有接口使用干接點，確保其可靠性。

（1）火災報警信號

非安全信號，高電平有效，正常狀態為低電平。防火門系統從FAS系統接收火災報警信號，并將此信號轉發送給信號系統用于控制中心的顯示和報警。

（2）防火門全開狀態信號

安全信號，高電平有效，正常狀態為高電平。為了確保給出的防火門全開狀態信號與防火門的實際狀態一致，通常采用限位開關的硬觸點。

（3）防火門全開旁路信號

非安全信號，高電平有效，正常狀態為低電平。防火門因為故障無法給出全開狀態信號時，操作此旁路開關，此信號激活時，對應輸出的防火門全開狀態信號為高電平。

（4）允許關信號

安全信號，高電平有效，正常狀態為高電平。正常情況下，允許關信號保持常有效，一旦防火門收到FAS系統的火災報警信號立即落下。當信號系統檢測到有列車靠近會沖撞防火門或者當前有列車停在防火門的位置，信號系統會撤銷此信號，只有當列車出清此區域，才恢復允許關信號的輸出。

（5）允許關旁路信號

非安全信號，高電平有效，正常狀態為低電平。信號系統因為故障或者其他原因無法給出允許關的信號時，可以遠程操作旁路開關，旁路允許關信號。

（6）允許關狀態反饋信號

安全信號，高電平有效，正常狀態為高電平。信號系統會常輸出允許關信號，因此，防火門會常輸出允許關狀態反饋信號，一旦信號系統檢測到兩者不一致，信號系統會立即撤銷允許關信號。

3 信號系統的安全設計

信號系統依據防火門的狀態和列車的位置來判定列車是否能通過，防火門是否允許關閉，兩者之間互為聯鎖，具體來看分為如下幾個環節。

3.1 邏輯門（Logic Gate）

信號系統在地圖上防火門的位置增加一個軟件的邏輯門Logic Gate（后文簡稱Gate），信號系統通過控制Gate的打開和關閉對接近防火門的列車進行保護。正常情況下Gate處于關閉狀態。關閉的Gate是列車進路上的激活沖突點，列車不能越過，接近的列車會被逼停在Gate之前，從而保證了列車不會沖撞防火門。只有當Gate打開，列車才能通過。

3.2 Gate打開請求

信號系統的ATO模塊實時檢測列車的位置信息，一旦檢測到列車的頭部足印占用了Gate的觸發區段（如下圖），ATO會向負責安全的ATP模塊發出打開Gate的請求。觸發區段距離Gate的位置是信號系統依據最差制動距離計算得出，確保了緊急情況下列車可以停在Gate的前方。

圖4 Gate請求示意圖

3.3 Gate打開

信號系統的ATP模塊決定是否打開Gate，當ATP收到ATO給出的打開Gate請求時，ATP會確認是否發出了允許防火門關的命令，同時確認防火門是否為全開狀態，只有當允許關命令為假而防火門全開狀態為真，ATP才會決定打開Gate，列車可以正常通過，否則ATP會拒絕ATO的請求，并保持Gate關閉。

3.4 允許防火門關

正常情況下ATP會默認發出防火門允許關命令，一旦列車的虛擬占用VO[2]占用了Gate，ATP會撤銷防火門允許關命令。

3.5 虛擬占用（VO）

虛擬占用VO是列車在最不利情況下占用的最大軌道范圍。列車運行過程中，信號系統會不斷計算列車實時的精確位置和占用情況。虛擬占用通常包含列車的物理長度，位置誤差，以及最壞情況下的制動距離。

圖5 列車虛擬占用示意圖

4 防火門系統的設計

防火門系統與火災報警系統接口，接收火災報警信號，并將此信號傳給信號系統，從而在控制中心顯示此報警狀態。

防火門系統依據火災信號和允許關信號進行關閉操作，任何一者為假，防火門都不能關閉。

對于防火門系統而言，信號系統給出的允許關命令與允許關旁路命令是同一個信號，差別僅在于前者由信號系統保證安全，后者是在信號系統故障的條件下由人工保證安全。

防火門系統在收到允許關命令后要給信號系統反饋，以此檢驗是否收到了有效的允許關命令。

5 過程描述

完整的實施流程圖如下所示：

圖6 實施流程圖

6 結束語

此接口中信號負責安全防護，防火門基于信號的防護進行關閉操作。信號系統的安全聯鎖控制，有效地避免了車輛和防火門的碰撞。這一接口的提出對于地下車輛段甚至正線區間的防火門接口設計具有很好的參考意義，也是對無人駕駛項目信號系統接口很好的補充。