李春明

(南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，412001，株洲∥工程師)

城市軌道交通(簡(jiǎn)為“城軌”)車(chē)輛客室車(chē)門(mén)為乘客上、下列車(chē)提供通道，因其數(shù)量多、操作頻繁且必須在規(guī)定時(shí)間預(yù)定位置實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作，而對(duì)乘客安全、列車(chē)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生重要影響，是車(chē)輛至關(guān)重要的系統(tǒng)。由于開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)傳遞問(wèn)題造成一列車(chē)單扇、多扇、甚至整列車(chē)一側(cè)不能實(shí)現(xiàn)正常開(kāi)關(guān)門(mén)控制，從而導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)營(yíng)晚點(diǎn)或清客下線的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。如2010年1月16日廣州城軌5號(hào)線開(kāi)往文沖方向的列車(chē)到達(dá)楊箕站時(shí)，由于單側(cè)車(chē)門(mén)不能在司機(jī)室內(nèi)打開(kāi)，造成列車(chē)晚點(diǎn)約6 min后清客處理。

1 目前開(kāi)關(guān)門(mén)控制方案分析

1.1 方案一:列車(chē)線開(kāi)關(guān)門(mén)控制

目前大多數(shù)城軌車(chē)輛僅通過(guò)硬連線來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)控制，網(wǎng)絡(luò)線不參與控制，只反饋車(chē)門(mén)狀態(tài)(如圖1)。開(kāi)關(guān)門(mén)指令通過(guò)列車(chē)線傳輸給門(mén)控單元;門(mén)控單元依據(jù)列車(chē)線開(kāi)關(guān)信號(hào)，再結(jié)合零速信號(hào)和使能信號(hào)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)送指令來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作(見(jiàn)表1);開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線反饋給列車(chē)控制系統(tǒng)，并在司機(jī)室顯示屏(MMI)上顯示。

圖1 開(kāi)關(guān)門(mén)控制框圖

表1 開(kāi)關(guān)門(mén)控制邏輯表

此方案由于只有列車(chē)線開(kāi)關(guān)門(mén)控制，無(wú)冗余控制功能，故當(dāng)列車(chē)線松脫、短路或繼電器故障時(shí)，在司機(jī)室將無(wú)法進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)控制，由此造成列車(chē)晚點(diǎn)，嚴(yán)重的造成清客下線。

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

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

(1)開(kāi)關(guān)門(mén)指令由按鈕發(fā)出后，同時(shí)通過(guò)列車(chē)線和網(wǎng)絡(luò)線至各門(mén)控單元;

(2)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)，門(mén)控單元執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線傳輸過(guò)來(lái)的開(kāi)關(guān)門(mén)指令，不執(zhí)行列車(chē)線指令;

(3)司機(jī)室內(nèi)設(shè)置“緊急牽引”旋鈕，并通過(guò)列車(chē)線發(fā)送給所有門(mén)控單元;

(4)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，或列車(chē)出現(xiàn)緊急牽引的條件時(shí)，司機(jī)將旋鈕旋到“緊急牽引”狀態(tài)，所有的門(mén)控器均執(zhí)行列車(chē)線開(kāi)/關(guān)門(mén)指令。

該方案在網(wǎng)絡(luò)線開(kāi)關(guān)門(mén)控制故障時(shí)，只能操作“緊急牽引”旋鈕實(shí)現(xiàn)列車(chē)線開(kāi)關(guān)控制。但此時(shí)列車(chē)必須運(yùn)營(yíng)到終點(diǎn)站后回庫(kù)維修，造成運(yùn)力下降。

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

目前廣州軌道交通2、8號(hào)線延長(zhǎng)線項(xiàng)目采用該方案。具體步驟如下:

(1)開(kāi)關(guān)門(mén)指令由按鈕發(fā)出后，同時(shí)通過(guò)列車(chē)線和網(wǎng)絡(luò)線至各門(mén)控單元;

(2)列車(chē)線正常情況下，門(mén)控單元執(zhí)行列車(chē)線傳輸?shù)拈_(kāi)關(guān)門(mén)指令;

(3)當(dāng)門(mén)控單元判斷列車(chē)線的信號(hào)故障時(shí)，將執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線傳送的開(kāi)關(guān)門(mén)指令;門(mén)控單元將記錄該轉(zhuǎn)換過(guò)程信息，以利于維修人員檢修時(shí)判定開(kāi)關(guān)門(mén)控制執(zhí)行的信號(hào)類型。

門(mén)控單元對(duì)列車(chē)線信號(hào)的判斷邏輯見(jiàn)表2。由于網(wǎng)絡(luò)線比列車(chē)線信號(hào)滯后0.5～1.0 s，從表2可看出，門(mén)控單元對(duì)列車(chē)線的故障不能100%準(zhǔn)確判定。因此，為可靠地實(shí)現(xiàn)以上功能，必須在門(mén)控單元上設(shè)定以下假定條件:

表2 門(mén)控單元列車(chē)線信號(hào)判斷邏輯

(1)當(dāng)門(mén)控單元接收到列車(chē)線指令后1.5～2.0 s內(nèi)接收到的網(wǎng)絡(luò)指令無(wú)效;

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

(3)當(dāng)門(mén)控單元判定列車(chē)線已失效時(shí)，只執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令，不執(zhí)行列車(chē)線指令，直到門(mén)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(chē)線故障時(shí)有一種冗余方法，使開(kāi)關(guān)門(mén)控制正常，但也存在如下缺陷:

(1)若列車(chē)一側(cè)門(mén)中部分門(mén)控單元判斷開(kāi)關(guān)門(mén)列車(chē)線故障，則部分車(chē)門(mén)會(huì)執(zhí)行列車(chē)線指令，部分故障車(chē)門(mén)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線指令，導(dǎo)致同側(cè)車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)門(mén)不同步現(xiàn)象。

(2)門(mén)控單元不能對(duì)列車(chē)線全故障進(jìn)行判斷。

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)

經(jīng)對(duì)目前三種控制方案進(jìn)行分析，本文提出一種改進(jìn)設(shè)計(jì)方案:列車(chē)線與網(wǎng)絡(luò)線冷備雙冗余，通過(guò)旋鈕選擇決定列車(chē)線或網(wǎng)絡(luò)線有效(見(jiàn)圖2)。具體步驟如下:

圖2 開(kāi)關(guān)門(mén)控制流程圖

(1)開(kāi)關(guān)門(mén)指令由按鈕發(fā)出后，同時(shí)通過(guò)列車(chē)線和網(wǎng)絡(luò)線傳至各門(mén)控單元;

(2)額外設(shè)置“開(kāi)關(guān)門(mén)模式切換”旋鈕來(lái)決定列車(chē)線或網(wǎng)絡(luò)線有效(默認(rèn)狀態(tài)為列車(chē)線優(yōu)先)，旋鈕通過(guò)列車(chē)線與所有門(mén)控單元相連。其控制原理如圖3所示;

(3)當(dāng)旋鈕選擇列車(chē)線有效時(shí)，門(mén)控單元執(zhí)行列車(chē)線指令;當(dāng)旋鈕選擇網(wǎng)絡(luò)有效時(shí)，門(mén)控單元執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令，門(mén)控單元不進(jìn)行任何判定。即當(dāng)列車(chē)線有效時(shí)，即使接收到網(wǎng)絡(luò)指令，門(mén)控單元也不執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)線指令。

圖3 列車(chē)線與網(wǎng)絡(luò)線控制選擇控制原理圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)目前三種開(kāi)關(guān)門(mén)的缺陷進(jìn)行分析，本文提出一種列車(chē)線與網(wǎng)絡(luò)線雙冗余，由司機(jī)通過(guò)“開(kāi)關(guān)門(mén)模式切換”旋鈕決定硬連線或網(wǎng)絡(luò)線有效的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線或列車(chē)線開(kāi)關(guān)門(mén)故障時(shí)，提供一種備選控制方案，可有效地降低造成列車(chē)運(yùn)行晚點(diǎn)、甚至清客下線的風(fēng)險(xiǎn)。該改進(jìn)設(shè)計(jì)有利于提升車(chē)輛制造公司及城軌運(yùn)營(yíng)公司的美譽(yù)度，并已在廣州城軌3號(hào)線北延線項(xiàng)目得到應(yīng)用，經(jīng)測(cè)試效果良好;也可為新造或改造輕軌車(chē)輛、動(dòng)車(chē)組開(kāi)關(guān)門(mén)控制提供借鑒方案。

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