一種用于城軌車輛的環線控制電路設計

張路亞，于悅青

（洛陽市軌道交通集團有限責任公司，河南 洛陽 471000）

如今地鐵已經成為人們出行的重要工具，在一些繁忙的線路上，晚點5分鐘就會造成乘客的大量擁堵，因此，對于地鐵公司來說，保障列車的安全可靠運行是至關重要的。基于以上實際運營的需求，設計硬線控制模式，當列車網絡出現故障時，司機可以直接將列車切換到硬線控制模式，利用可靠性更高的硬線來取代網絡控制，實現列車正常運行最基本的功能，保證列車能夠正常運營到終點然后再入庫檢查。現階段地鐵車輛大都引入了網絡控制，但是由于硬線電路具有極高的可靠性和可維護性，因此在車輛電氣設計中仍然大量采用硬線電路來實現其功能。

在原有技術中，列車環線控制電路如圖1所示，列車環線控制電路由列車的兩端司機室占有繼電器KM11進行控制，當TC1占有時，TC1車KM11得電，控制開關觸點3-4閉合且開關觸點1-2斷開，當全部操作兩端的按鈕S11時，信號通過該硬線傳遞先后至TC2車與TC1車的繼電器KM12，使列車TC2與TC1的繼電器KM12得電觸發其功能，從而實現列車硬線信號的傳遞功能和兩個司機室占有繼電器互鎖功能。當TC2司機室占有時，與上文同理。

圖1 列車環線控制電路背景技術

該電路被普遍應用于地鐵車輛的設計，其優勢在于列車兩端電路的對稱性，大幅度降低了其他關聯功能電路設計的復雜性，如車尾閉路電路。但它也有其待改進的空間，其一，大量占用司機室繼電器的觸點；其二，雙邊供電，造成了資源的浪費。本文的硬線信號電路設計正是針對這兩點進行優化。

1 列車環線控制電路設計

1.1 優化設計

傳統電路利用繼電器控制實現硬線信號傳輸，且使用雙邊供電，但是存在繼電器故障率高，可靠性低，成本較高的問題。基于以上考慮，本文采用了車端連接器實現硬線信號傳遞，并使用了單邊供電的供電方式，提高了可靠性且降低了成本。

1.2 具體方案

下面將對本設計的列車環線控制電路的具體方案進行介紹。

圖2為列車環線控制電路。該電路使用了車端連接器的1、2、3觸點，TCI車的車端連接器的1、2觸點相連，TC2車的車端連接器的2、3的觸點相連，操作兩端S11按鈕，實現列車硬線信號的傳遞。

圖2 列車環線控制電路

列車環線控制電路具體的控制邏輯如下：列車由TC1車蓄電池單邊供電，蓄電池提供的高電平信號通過TC1車車端連接器1點傳遞到2點再傳遞到按鈕S11，當TC1車與TC2車S11都閉合時，高電平信號傳遞至TC2車車端連接器的2點再傳遞到3點，從而使TC1與TC2的繼電器KM11得電。同理，若任意司機室按鈕S11沒有被操作，或者硬線傳輸過程任何導致信號中斷的條件發生，則列車TC1與TC2的繼電器KM11均不應得電，無法實現列車硬線信號的傳遞。

2 車尾閉路電路設計

由于在使用本文的列車環線控制電路設計時，因電路設計為單邊供電，電路中供電端（TC1車）與非供電端（TC2車）的電路設計不對稱，在車尾閉路（即僅列車一半的編組投入運行）工況需要進行重新設計。

2.1 優化設計

本文在使用車端連接器的列車線環線控制電路的基礎上，重新設計了車尾閉路電路，電路可以完成以下功能：（1）包含單邊供電供電端的編組單編組運行。（2）包含單邊供電非供電端的編組單編組運行。基于以上功能的考慮，我們首先需要設計一個電路去判斷是供電端還是非供電端的列車編組投入運行，判斷完畢以后，使用車尾閉路控制電路去控制車尾閉路電路，最后利用車尾閉路電路實現車尾閉路功能。因此，車尾閉路電路設計包含3個子電路，即列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路、車尾閉路電路。

2.2 具體方案

在使用本文的列車環線控制電路設計場景下的車尾閉路電路包括3個子電路，分別是列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路、車尾閉路電路，以下電路說明均以TC1車為單邊供電的供電端為例說明。

下面將對3個電路分別進行介紹，并闡述3個電路之間的邏輯關系。

2.2.1 列車編組判斷電路

圖3為列車編組判斷電路。該電路的功能是為實現對車尾閉路控制電路的控制。當采用本設計的列車線環線控制電路時，因TC1車與TC2車的車端連接器連線有所不同，列車部分功能的實現需要進行列車的編組判斷。

圖3 列車編組判斷電路

列車編組判斷電路具體的控制邏輯如下：列車編組判斷電路采用雙邊供電，TC1車5點與6點連接，所以TC1車繼電器KM1得電；TC2車5點與6點未相連，所以TC2車繼電器KM1不得電。列車編組判斷功能的實現依賴于兩車的繼電器KM1的得電狀態不同，若發現繼電器KM1處于得電狀態，則判斷結果為供電端（TC1車）的編組投入運行；若發現繼電器KM1處于不得電狀態，則判斷結果為非供電端（TC2車）的編組投入運行。

2.2.2 車尾閉路控制電路

圖4為車尾閉路控制電路，S01為車尾閉路按鈕。該電路位于列車供電端所在編組的M車與非供電端所在編組的M車，其功能是為了實現對車尾閉路電路的控制。參考2.2.1 章節本文的列車編組判斷電路設計可知，當供電端（TC1車）車尾閉路時，由于TCI車端的車端連接器5、6觸點相連，繼電器KM1可得電；非供電端（TC2車）車尾閉路時，由于TC2車端的車端連接器5、6觸點未相連，繼電器KM1無法得電。

圖4 車尾閉路控制電路

車尾閉路控制電路的實現邏輯與功能為：當TC1車所在編組需要進行車尾閉路運行，TC1車端的車尾閉路控制電路工作，操作按鈕S01，由前文可知繼電器KM1處于得電狀態，則繼電器KM1的3-4觸點閉合，1-2觸點斷開，從而使繼電器KM3得電，其控制的開關觸點1-2斷開，使繼電器KM2無法得電；當TC2車所在編組需要進行車尾閉路運行，TC2車端的車尾閉路控制電路工作，操作按鈕S01，由前文可知繼電器KM1處于未得電狀態，繼電器KM1控制的開關觸點1-2依然處于閉合狀態，繼電器KM2得電，其得電后控制的開關觸點1-2斷開，使繼電器KM3無法得電，從而實現繼電器KM2與繼電器KM3的互鎖功能。

2.2.3 車尾閉路電路

圖5為車尾閉路電路。實現邏輯與功能為：據2.2.2章節分析可知，當TC1車所在編組需要進行車尾閉路運行，M1車的繼電器KM3得電，其控制的開關觸點3-4閉合，而繼電器KM2無法得電，其控制的開關觸點3-4維持斷開狀態，TC1車蓄電池電源電流依次經過車端連接器1、2觸點、判斷開關S11、繼電器KM3閉合的3、4觸點使繼電器KM11得電，實現單編組運行；當TC2車所在編組需要進行車尾閉路運行，M2車的繼電器KM2得電，其控制的開關觸點3-4閉合，而繼電器KM2無法得電，其控制的開關觸點3-4維持斷開狀態，TM2車蓄電池電源電流經過繼電器KM2閉合的3、4觸點、判斷開關S11、車端連接器2、3點使繼電器KM11得電，實現單編組運行。

圖5 車尾閉路電路

3 總結與分析

本文首先敘述了列車環線控制電路的背景與意義，詳細闡述了傳統列車環線控制電路的電路邏輯以及原理，并列舉了它的優點以及缺點，針對它的缺點提出了本文的單邊供電的環線控制電路設計，并具體地闡述了該種電路的電路邏輯以及原理，此外還詳細說明了在此種新型電路應用情景下重新設計的列車編組判斷電路、車尾閉路控制電路以及車尾閉路電路，本文所設計電路雖然與傳統環線控制電路相比有所優化，但同時也存在著某些方面的劣勢，接下來將傳統環線控制電路與本文設計的環線控制電路進行優劣勢對比。

根據表1可知，本設計與傳統電路設計相比的劣勢除了冗余性低以外，另一個是車尾閉路工況下（即單編組投入運行）車尾閉路電路的復雜性，但需要特別說明的是，列車單編組運行的情況在實際運行時發生的可能性是極小的，所以車尾閉路電路的存在并非不可或缺。下面將針對具體項目的電路原理圖深入分析兩種控制電路的車尾閉路電路的適用情況：

表1 兩種電路的優劣勢對比

首先闡述傳統雙邊供電的環線控制電路及其車尾閉路電路，以鄭州地鐵5號線為例，在該項目中，原理圖所有應用了傳統環線控制電路的功能電路據統計后如表2所示。

表2 ZZL5傳統環線控制電路

可以發現應用了傳統環線控制電路的幾乎都是監視回路，監視功能的實現需要依靠環線控制電路來傳遞整個列車的硬線信號。需要特別說明的是，鄭州地鐵5號線項目中沒有設計車尾閉路電路，而同樣應用了傳統環線控制電路的武漢地鐵8號線項目卻設有車尾閉路電路，據了解后得知是否需要車尾閉路電路取決于業主要求，有些列車不會存在單編組運行的情況，因此不需要車尾閉路電路。

下面闡述本設計環線控制電路及其車尾閉路電路，該種新型電路主要應用在上海地鐵18號線項目，為了更加清晰直觀地看到本設計電路的應用情況，作者將該項目原理圖中所有應用了本設計環線控制電路的功能電路進行整理，發現所有應用了本設計環線控制電路的功能電路中總共只有三個電路設有車尾閉路電路，具體見表3。

表3 SHL18帶車尾閉路電路的環線控制電路

據以上分析可知，當應用本設計環線控制電路時，只有極少數電路需要車尾閉路電路，而車尾閉路電路對于傳統環線控制電路也不是必須存在。也就是說，車尾閉路電路這一項在評估兩種電路的優劣勢時占總體比重應該較小。本設計電路在車尾閉路電路這一項幾乎不占劣勢，因為無需耗費更多的成本資源在維護車尾閉路電路上。

而在其他的方面，本設計的單邊供電的車端連接器環線控制電路相比傳統環線控制電路而言，將繼電器控制改為車端連接器硬線控制，既節約了成本，且減少了因繼電器故障導致的出錯幾率，可靠性更高，而且單邊供電較雙邊供電更節約資源。綜上所述，本設計的環線控制電路具有投入使用的實際價值，可根據客戶的具體需求靈活地使用兩種電路。