盧昌儀

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司,510010,廣州∥工程師)

旅客自動(dòng)輸送(Automated People Mover,簡(jiǎn)為APM)系統(tǒng)主要應(yīng)用于短距離輸送、短距離穿梭且追蹤間隔小的全封閉線路,如機(jī)場(chǎng)內(nèi)航站樓之間的旅客輸送,或輸送距離較短、客流較小的區(qū)域交通。在國(guó)內(nèi),北京首都機(jī)場(chǎng)首先設(shè)置了APM系統(tǒng);廣州為解決珠江新城中央商務(wù)區(qū)內(nèi)的交通及與周邊軌道交通線路的聯(lián)絡(luò),也設(shè)置了APM系統(tǒng)。

APM系統(tǒng)一般采用智能化的無人駕駛運(yùn)營(yíng)模式,包括車輛入庫、排列、洗車等工序。為滿足無人駕駛的需求,在站臺(tái)邊緣設(shè)置了屏蔽門。由于運(yùn)營(yíng)功能需求的差異,應(yīng)用于APM的屏蔽門系統(tǒng)與地鐵工程屏蔽門系統(tǒng)在控制模式上有所差異。本文以珠江新城APM系統(tǒng)為工程實(shí)例,分析探討應(yīng)用于APM的屏蔽門系統(tǒng)的工作原理和控制模式設(shè)計(jì)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 線路概況

為滿足廣州珠江新城中央商務(wù)區(qū)和天河商貿(mào)區(qū)內(nèi)部的交通需求,特設(shè)置APM系統(tǒng)。其線路呈南北走向,穿越林和西—珠江新城—赤崗塔,總長(zhǎng)度為3.94 km,全部為地下線路;系統(tǒng)共設(shè)置9座車站和1座車場(chǎng),控制中心設(shè)于最南端的赤崗塔站內(nèi)。

1.2 車輛選型

根據(jù)站間距短、客流量小等特點(diǎn),選用龐巴迪公司的膠輪-導(dǎo)向CX100型車輛。車輛采用膠輪、混凝土運(yùn)行道、導(dǎo)向軌導(dǎo)向的運(yùn)行方式。其供電方式為交流600 V接觸軌。初期為2節(jié)編組,遠(yuǎn)期為3節(jié)編組,車廂之間互不相通。每節(jié)車廂乘客門數(shù)量為2道/側(cè)。圖1為車輛的外形結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 車輛結(jié)構(gòu)圖

1.3 運(yùn)營(yíng)管理模式

車站不設(shè)或只設(shè)很少的工作人員。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)完全中央集中化,由控制中心(OCC)負(fù)責(zé)信息管理、下達(dá)指令、任務(wù)決策等,還包括維修方面?？刂浦行膶?shí)現(xiàn)全部的調(diào)度和監(jiān)控來強(qiáng)化集中式管理。

1.4 信號(hào)系統(tǒng)

信號(hào)系統(tǒng)采用全雙工通信制、展布頻譜無線通信技術(shù)的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。與固定閉塞系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)在車-地之間采用無線通信,可大大減少軌旁設(shè)備。該系統(tǒng)主要由列車自動(dòng)保護(hù)(ATP)、列車自動(dòng)駕駛(ATO)和列車自動(dòng)監(jiān)控(ATS)等三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。在全自動(dòng)無人駕駛模式下,信號(hào)系統(tǒng)同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制屏蔽門和列車乘客門。

2 屏蔽門系統(tǒng)構(gòu)成

屏蔽門系統(tǒng)主要由門體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源設(shè)備等組成。

2.1 門體

門體結(jié)構(gòu)主要由滑動(dòng)門、固定門、應(yīng)急門、端門、頂箱等機(jī)械部件組成。根據(jù)列車編組,每側(cè)站臺(tái)屏蔽門設(shè)置6道滑動(dòng)門,與列車乘客門一一對(duì)應(yīng)。為適應(yīng)車廂之間不互通的條件,每側(cè)站臺(tái)屏蔽門設(shè)置了14扇應(yīng)急門,向站臺(tái)側(cè)開啟,滿足了應(yīng)急疏散的要求。屏蔽門在車站的典型平面布置模式如圖2所示。

圖2 屏蔽門平面布置圖

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用皮帶驅(qū)動(dòng)方式,主要由驅(qū)動(dòng)裝置(電機(jī)、減速器等)和傳動(dòng)裝置、鎖定裝置及解鎖裝置、位置檢測(cè)開關(guān)等組成,如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

2.3 控制系統(tǒng)

屏蔽門控制系統(tǒng)主要由中央控制盤(PSC)、門控單元(DCU)、就地控制盤(PSL)、接口模塊(包括與信號(hào)系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)的接口)、通信介質(zhì)等組成,如圖4所示。

APM系統(tǒng)采用高度自動(dòng)化、集中化的運(yùn)營(yíng)管理模式,屏蔽門控制系統(tǒng)與ATC系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制,保證屏蔽門與列車門實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。另外,控制中心通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的通信接口,實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽門系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制功能:在控制中心顯示終端能查詢屏蔽門系統(tǒng)的工作狀態(tài),在緊急狀態(tài)下控制中心能對(duì)屏蔽門進(jìn)行開門和關(guān)門控制。

2.3.1 中央控制盤

中央控制盤(PSC)主要由工控主機(jī)、單元控制器(PEDC)及接口模塊等組成,是屏蔽門系統(tǒng)的“大腦”。PSC負(fù)責(zé)所有門單元的狀態(tài)監(jiān)視,并通過接口模塊向綜合監(jiān)控系統(tǒng)反饋信息,同時(shí)接受控制中心的指令并廣播式下發(fā)至DCU。

圖4 屏蔽門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 門控單元

門控單元(DCU)是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件,根據(jù)外部輸入條件對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制,完成滑動(dòng)門的閉合動(dòng)作,以及對(duì)滑動(dòng)門狀態(tài)的監(jiān)視及反饋。另外,DCU通過安裝在門頭上的可編程邏輯控制器(PLC)把信息上傳至信號(hào)系統(tǒng)。信號(hào)系統(tǒng)將根據(jù)每道門單元的狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷。

2.3.3 就地控制盤

就地控制盤(PSL)安裝在站臺(tái)公共區(qū),作為系統(tǒng)控制的后備模式。在系統(tǒng)級(jí)控制無法完成時(shí),工作人員可在站臺(tái)層完成屏蔽門系統(tǒng)的手動(dòng)操作,完成開門、關(guān)門、互鎖解除等功能。

3 屏蔽門系統(tǒng)的控制模式

屏蔽門系統(tǒng)的控制模式主要有系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制模式和人工控制模式。系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制模式是指無人駕駛模式下屏蔽門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制模式,信號(hào)系統(tǒng)對(duì)屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督和控制,屏蔽門系統(tǒng)又實(shí)時(shí)向信號(hào)系統(tǒng)反饋門體的狀態(tài),作為信號(hào)系統(tǒng)的邏輯判斷條件。人工控制模式是在人工駕駛模式或在緊急情況下,由人工對(duì)屏蔽門進(jìn)行操作的控制模式。人工控制模式又分遠(yuǎn)程控制模式和就地控制模式。

3.1 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制模式

3.1.1 控制原理

信號(hào)系統(tǒng)的ATP子系統(tǒng)負(fù)責(zé)屏蔽門系統(tǒng)安全狀態(tài)監(jiān)控,通過ATP確保屏蔽門系統(tǒng)及列車處于安全情況下的開/關(guān)門指令發(fā)送;ATO子系統(tǒng)負(fù)責(zé)屏蔽門系統(tǒng)的動(dòng)作及狀態(tài)監(jiān)視,通過ATO實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽門系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。屏蔽門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)監(jiān)控原理如圖5所示。

圖5 監(jiān)控原理圖

3.1.2 安全信息

屏蔽門系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)之間至關(guān)重要的信息稱為安全至關(guān)信息,主要包括主電源允許、關(guān)閉并鎖定、互鎖解除等3種信息(見圖5)。安全信號(hào)采用硬線連接方式,通過ATP“故障-安全”的安全繼電器回路與屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行電氣連接。

在ATP確保安全的情況下,信號(hào)系統(tǒng)以列車車廂(2道滑動(dòng)門)為單位向屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送“主電源允許”指令,隨后才允許ATO發(fā)送“開門命令”。屏蔽門系統(tǒng)在沒有得到“主電源允許”的情況下是不允許動(dòng)作的。另外,屏蔽門系統(tǒng)以每側(cè)站臺(tái)為單位向ATP反饋“關(guān)閉并鎖定”信號(hào),ATP只有收到“關(guān)閉并鎖定”信號(hào)時(shí)才允許列車進(jìn)站或出站?！盎ユi解除”信號(hào)作為“關(guān)閉并鎖定”信號(hào)的虛擬信號(hào),只有在人工模式時(shí)才由人工向ATP發(fā)送,以解除屏蔽門系統(tǒng)與ATP的聯(lián)鎖。

3.1.3 狀態(tài)信息

信號(hào)系統(tǒng)以每道滑動(dòng)門為單位,通過設(shè)置在門頭的PLC實(shí)現(xiàn)與屏蔽門系統(tǒng)的信息互聯(lián)。所涉及到的信息包括開門命令、人工開門、門隔離、門障礙物探測(cè)、門關(guān)閉并鎖緊、門全開、門故障等7種狀態(tài)和指令。

若ATO檢測(cè)到某一門單元被隔離或有其它故障時(shí),即使得到ATP的允許,ATO也不會(huì)發(fā)出“開門命令”,不會(huì)對(duì)相應(yīng)的列車乘客門進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。相反,列車乘客門的故障也會(huì)影響信號(hào)系統(tǒng)對(duì)屏蔽門的聯(lián)動(dòng)。這樣,ATO確保了屏蔽門與列車門一一對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)控制。

值得一提的是,信號(hào)系統(tǒng)只提供“開門命令”?！伴_門命令”是一種持續(xù)的高電平信號(hào),只有從高電平轉(zhuǎn)換至低電平時(shí),屏蔽門系統(tǒng)才執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作?！伴_門命令”的持續(xù)時(shí)間由信號(hào)系統(tǒng)設(shè)定。

3.2 人工控制模式

人工控制模式是系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制模式的補(bǔ)充,分為站臺(tái)級(jí)控制和遠(yuǎn)程控制。

3.2.1 站臺(tái)級(jí)控制

站臺(tái)級(jí)控制是由管理人員在站臺(tái)操作PSL,對(duì)屏蔽門進(jìn)行開/關(guān)門控制、互鎖解除控制等,通過硬線實(shí)現(xiàn)。每側(cè)站臺(tái)屏蔽門均設(shè)置一套PSL,安裝在站臺(tái)公共區(qū)。

正常情況下,屏蔽門系統(tǒng)由信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送指令,一旦信號(hào)系統(tǒng)指令失效、通信故障,或者列車進(jìn)入人工駕駛模式時(shí),將啟動(dòng)站臺(tái)級(jí)控制。列車駕駛員或站務(wù)人員通過PSL對(duì)屏蔽門進(jìn)行開門、關(guān)門、互鎖解除等操作,實(shí)現(xiàn)屏蔽門的站臺(tái)級(jí)控制操作。

3.2.2 遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程控制主要用于緊急情況,如站臺(tái)火災(zāi)、列車乘客緊急疏散等,控制權(quán)設(shè)在控制中心。

屏蔽門系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口形式與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過其在控制中心的綜合操作平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽門系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。圖6為遠(yuǎn)程控制原理圖。

圖6 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用了深度集成的設(shè)計(jì)方案,在車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)中集成,接口協(xié)議采用基于TCP/IP的Modbus協(xié)議,與屏蔽門系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接。另外,綜合監(jiān)控系統(tǒng)在OCC的遠(yuǎn)程終端建立了面向用戶的應(yīng)用軟件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了全線屏蔽門系統(tǒng)信息共享及監(jiān)控功能。

4 結(jié)語

在以往的APM項(xiàng)目中,屏蔽門系統(tǒng)兼作信號(hào)系統(tǒng)的附屬子系統(tǒng),僅僅提供滑動(dòng)門開、關(guān)的控制功能,而沒有設(shè)置中央級(jí)的管理模式。廣州市旅客自動(dòng)輸送系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是全部線路均為地下線路,設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮乘客運(yùn)輸要求,還應(yīng)滿足應(yīng)急疏散的消防要求。因此,屏蔽門作為站臺(tái)區(qū)與行車區(qū)的隔離屏障,其系統(tǒng)功能不僅要滿足無人駕駛的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制模式,還應(yīng)考慮有人駕駛時(shí)的人工操作模式,更應(yīng)適應(yīng)地下工程的消防疏散要求。

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