靳福巨

【摘 要】麥加輕軌已經運營五年了，圓滿完成了五年的朝覲運營任務；本文介紹了地鐵屏蔽門系統(tǒng)的構成，以麥加輕軌項目為實例，對各系統(tǒng)結構和功能進行了較為具體的分析。麥加輕軌（MMM線）是我國為沙特阿拉伯建設的第一條按全自動無人駕駛設計的線路。在該線路中地鐵屏蔽門系統(tǒng)是車站設備系統(tǒng)之一。屏蔽門與信號系統(tǒng)接口設計中，需要充分考慮全自動駕駛的下可靠安全運營的需求，使得線路在全自動運營的情況下能更加安全可靠的為乘客提供服務。

【關鍵詞】地鐵；屏蔽門；控制系統(tǒng)；信號系統(tǒng)；安全回路；互鎖解除

1 地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)介紹

1.1 發(fā)展概況

屏蔽門系統(tǒng)是現(xiàn)代化軌道交通工程的必備設施，它沿軌道交通站臺邊緣設置，將軌道區(qū)與站臺候車區(qū)隔離，與列車門相對應。具有節(jié)能、環(huán)保、安全、人性化服務等功能。沙特麥加輕軌（以下簡稱MMM線）安裝屏蔽門系統(tǒng)的主要目的是：

（1）可以防止乘客跌落軌道而發(fā)生危險，確保乘客安全，減少人為引起的停車延誤，提高列車準點率，為以后地鐵車輛的無人駕駛創(chuàng)造條件。

（2）減少列車運行噪音及活塞風對車站站臺候車乘客的影響，為乘客提供一個更加舒適、安全的候車環(huán)境。

（3）可以減少人群控制的負擔，作為人群控制的邊界控制線，為朝覲期擁擠的人群提供便捷與安全保障。

目前一般的地鐵線路都是根據(jù)司機駕駛進行設計的，屏蔽門與信號系統(tǒng)接口一般由4個硬線命令組成（開門命令、關門命令、所有門關閉且鎖緊信號、互鎖解除信號）。

由于MMM線采用了無人駕駛全自動運營的設計理念。因此，在設計上要充分考慮其安全性可靠性。

1.2 系統(tǒng)構成

屏蔽門控制系統(tǒng)主要由中央接口盤、就地控制盤、門控單元、通訊介質及通訊接口及外圍設備等組成。中央接口盤又由主監(jiān)視系統(tǒng)、兩個單元控制器、接線端子、接口設備及控制配電回路組成。典型站配置一個中央接口盤、兩個就地控制盤、每扇滑動門一個門控單元。

1.3 門控系統(tǒng)

每個滑動門上都有一個門控制器DCU。主要是用來控制地鐵屏蔽門的開關以及對門狀態(tài)的檢測，存儲門狀態(tài)信息，同時具有網絡通訊功能，便于組成網絡，與上一層進行不間斷的通訊。

滑動門的開關是由一臺DCU控制的直流電機帶動和電機相連接的螺母直線運動來實現(xiàn)的。每個DCU接受屏蔽門控制室PSC來的開門和關門信號，執(zhí)行開門關門命令。DCU可以根據(jù)設定的開/關門時間控制電機的速度。當門完全打開或者完全關閉時電機停止運行。

就地控制盒LCB主要是防止單個滑動門出現(xiàn)故障時，把該門機系統(tǒng)和其他門機系統(tǒng)隔離開，它可以在現(xiàn)場對DCU發(fā)出開門關門命令，而不影響其他門機系統(tǒng)運行，方便維修維護。

門狀態(tài)的檢測信號都是DI信號，例如門是打開還是關閉，控制信號主要是開門、關門信號以及狀態(tài)指示燈信號，在開門過程或者門處于異常情況下，DCU應該發(fā)出脈沖信號，讓指示燈閃爍。

滑動門有一個手動解鎖裝置，在斷電和緊急情況下，可以通過操作手動解鎖裝置，使滑動門打開。

PSL是位于上行線站臺和下行線站臺出站端的控制盤，可以向控制室發(fā)出命令，通過控制室PSC向同側的DCU發(fā)出開/關門信號。

PSC是一個中央控制盤，接受屏蔽門狀態(tài)信號和向屏蔽門發(fā)出遠程控制信號都是由它完成的。

中央接口盤（PSC）是一個位于控制室的設備，它內部有兩個由繼電器組成的PEDC， 分別叫PEDC1，PEDC2，它們接受信號系統(tǒng)或者PSL的信號，組成各種邏輯關系，向對應側的屏蔽門發(fā)出開門關門信號，同時接受門狀態(tài)信號，反饋到盤面指示燈上。

在PSC內還有一個主監(jiān)視系統(tǒng)，這是一個帶有I/O功能和數(shù)據(jù)存儲功能的通訊模塊，其作用是和兩側屏蔽門的DCU通訊，讀取DCU內部的數(shù)據(jù)，還通過I/O口接受PSC的信號，把這些信號存儲在存儲器內，通過RS485總線，采用Modbus通訊協(xié)議供其他上位監(jiān)控系統(tǒng)調用。在這個通訊模塊上共有三個通訊口，除了上面所說的和DCU通訊外的接口外，它還有兩個通訊口，一個供現(xiàn)場監(jiān)視通訊用，另一個提供給整個車站的主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)通過這個接口了解屏蔽門的運行狀態(tài)。

在正常情況下，系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，PSC接受信號系統(tǒng)發(fā)出的信號，對PSD進行控制，同時反饋門狀態(tài)信號給信號系統(tǒng)，例如門關閉信號等。

如果在手動狀態(tài)下，PSC接受就地控制盤PSL發(fā)出的信號，對PSD進行控制，同時反饋門狀態(tài)信號給PSL。

當單個滑動門出現(xiàn)故障時，由它們各自頂箱內的LCB控制門的開關。

在緊急情況下，屏蔽門還要接受主控系統(tǒng)綜合備份盤發(fā)出的信號（IBP-PSC），在邏輯關系里，需要把IBP的信號設定位高優(yōu)先級。一旦IBP發(fā)出信號，PSC優(yōu)先執(zhí)行IBP信號。

在完全失電的情況下，滑動門可以通過每個門上的解鎖裝置，手動打開屏蔽門。

在列車沒有正確停靠時，乘客可以通過應急門（EED）上的推桿打開應急門，進入站臺。

1.4 控制系統(tǒng)設備

1.4.1 PSL控制盤

PSL是一個安裝在站臺前端墻的控制盤。當系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，列車?？空_，司乘人員下車，可以通過盤上的開門按鈕和關門按鈕控制屏蔽門，還可通過指示燈觀察門是否打開還是關閉，是否鎖定等。

為了防止誤操作，盤上有一個操作允許鑰匙開關，只有鑰匙開關處于操作允許時，開門關門按鈕才有控制作用。

根據(jù)要求，所有屏蔽門沒有關閉且鎖定，列車是不能離站的。如果某個屏蔽門出現(xiàn)故障，在PSL上通過鑰匙開關，人為發(fā)出互鎖解除信號，取代屏蔽門的關閉且鎖定信號，讓列車能夠離站。

測試按鈕，主要是用來檢查盤面上的指示燈是否有故障，當按下測試按鈕時，指示燈會點亮。

1.4.2 LCB盒

LCB盒是在每個滑動門的頂箱里，靠近DCU的就地控制盒，它由一個三位鑰匙開關，一個開門按鈕，一個關門按鈕組成，當鑰匙開關處于自動位置時，DCU接受PSC盤來的控制信號，LCB上的開關按鈕不起作用，當鑰匙開關處于隔離位置時，這個門的DCU不接受任何控制命令，當處于手動位置時，DCU不接受PSC來的命令，只接受LCB上的開門關門按鈕的命令，在邏輯關系上，開門關門是互鎖的，也就是不可能同時發(fā)出兩個命令。

1.4.3 IBP盤

IBP盤是安裝在車控室的操作盤，它主要是在消防報警得到確認后，控制中心人員利用它根據(jù)情況對屏蔽門進行控制操作。IBP盤主要由一個操作允許鑰匙開關，一個開門按鈕和一個屏蔽門狀態(tài)指示燈組成。在遠程控制中，它具有最高優(yōu)先級。為了防止誤操作，只有IBP盤上的鑰匙開關處于操作允許狀態(tài)時，開門命令才能被執(zhí)行。操作允許信號是一個雙切信號。所謂雙切信號就是該信號由兩個相同的信號組成，串聯(lián)在屏蔽門對應繼電器線圈的兩側。

1.5 屏蔽門安全性

1.5.1 設備的可靠性要求高

控制系統(tǒng)在設計上要滿足各種情況下門能夠正常被操作，前部分已經從控制室PSC盤控制、站臺PSL控制，就地LCB控制，車控室IBP盤控制，手動解鎖開門，應急門等方面說明了正常和非正常情況的安全保證。

1.5.2 在電路上設立安全回路

所謂安全回路就是把每扇門的關閉且鎖定信號串聯(lián)起來，形成兩個電氣回路，只有在兩個回路閉合，門被確認真正關閉后列車才能離站。

1.5.3 結構設計和地面絕緣

屏蔽門在進行結構設計時就已經設計成和地面絕緣，各個屏蔽門導電部分用導線連成等電位，然后和列車鋼軌連接。

如果列車供電線路因為某種意外情況和屏蔽門連在一起，乘客如果接觸到屏蔽門，因為屏蔽門和站臺是絕緣的，和鋼軌是等電位，不會在人身體內形成電位差，所以就不會發(fā)生觸電事故。

1.5.4 關門動能可控

屏蔽門在關門過程中，動能是受到控制的，最大不會超過10J，在門快要關閉時動能不會超過1J。

如果遇到阻力，DCU可以根據(jù)電機反饋的電流大小判斷是否讓電機停止運行、卸力。并在設定的時間后重新嘗試關門。三次嘗試后，如果門還是遇阻，則不再試圖關門，必須人工干預后才能恢復正常工作。

2 MMM線屏蔽門與信號系統(tǒng)接口設計概述

MMM線信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口分為兩部分：硬線接口及通信總線接口。

2.1 硬線接口設計說明

信號系統(tǒng)與屏蔽門的電氣硬線接口主要分為3個功能塊：SIG對屏蔽門的控制命令電路、屏蔽門對SIG的聯(lián)鎖狀態(tài)反饋電路以及PSL開門操作允許電路。下面將按照這3個功能塊分別對信號系統(tǒng)的硬線接口進行介紹。

2.1.1 SIG對屏蔽門的控制命令電路

列車?？吭谥贫ǖ耐＼嚲葏^(qū)域范圍后，信號系統(tǒng)通過雙切回路發(fā)送開門及關門命令到屏蔽門系統(tǒng)。其命令邏輯如表1所示。

2.1.2 屏蔽門對SIG的聯(lián)鎖狀態(tài)反饋電路

屏蔽門系統(tǒng)將其站臺門的關閉且鎖緊狀態(tài)通過雙切回路反饋到信號系統(tǒng)。當出現(xiàn)故障情況時，站務人員在判斷站臺無安全隱患的情況下，通過操作PSL上的互鎖解除開關將互鎖解除命令發(fā)送至信號系統(tǒng)。信號系統(tǒng)接收到屏蔽門的關閉且鎖緊或互鎖解除命令后，才能允許列車進站或離站。

由于這是全自動運營設計的線路，因此要求信號系統(tǒng)在接收到屏蔽門的互鎖解除命令后，保持該命令，直到列車完成該次進站/離站操作完成后釋放。列車動作使能與屏蔽門的聯(lián)鎖邏輯如表2所示。

2.1.3 PSL開門操作允許電路

列車在進站停穩(wěn)后，向信號系統(tǒng)發(fā)出PSL開門允許命令。當屏蔽門收到該開門允許后，才允許使用PSL進行開門操作。在特殊情況下，可由車控室通過IBP盤發(fā)出PSL開門允許信號，使得PSL可以執(zhí)行開門操作。

2.1.4 列車進站/出站命令時序

站臺輸入/輸出時序如圖1所示。

如圖1所示，正常列車進站/離站時序步驟如下。

（1）列車在收到屏蔽門關閉鎖緊/互鎖解除命令情況下，允許進入站臺區(qū)域。

（2）當列車?？空九_并停在指定區(qū)域內時，信號系統(tǒng)允許對屏蔽門發(fā)出命令。

（3）信號系統(tǒng)發(fā)出開門指令打開屏蔽門。此時，由于屏蔽門的關閉且鎖緊信號丟失，列車將不允許移動。

（4）待乘客上下車結束后，信號系統(tǒng)發(fā)出關門命令，屏蔽門關閉。

（5）屏蔽門關閉且鎖緊后，信號系統(tǒng)接收到屏蔽門發(fā)出的關閉且鎖緊信號。列車離站。

2.2 通信總線接口設計說明

信號系統(tǒng)通過無線協(xié)議與車輛通信，通過Modbus與屏蔽門系統(tǒng)監(jiān)控主機進行數(shù)據(jù)通信，如圖2所示。

通信總線接口主要實現(xiàn)2大塊功能。

2.2.1 運營數(shù)據(jù)監(jiān)控

信號系統(tǒng)通過Modbus向屏蔽門系統(tǒng)輪詢運營及故障信息，并且將信息上傳匯總到OCC中心。

2.2.2 對時功能

信號系統(tǒng)會將從母鐘收到的時鐘以1 Hz的發(fā)送頻率發(fā)到屏蔽門系統(tǒng)。屏蔽門接受到母鐘時間后更新內部的時鐘以確保時間與母鐘同步。

2.3 現(xiàn)狀不足與展望

MMM線采用了無人駕駛全自動運營的設計理念。因此，在設計上充分考慮了其安全性可靠性。為了運量需求，MMM線采用12節(jié)長編組列車，車站站臺長度達到300米，這給站臺屏蔽門的安裝和調試帶來前所未有的困難。另外，由于麥加當?shù)氐臍夂驐l件以及所有站臺都采用露天站臺形式，給站臺屏蔽門的維護也帶來挑戰(zhàn)。目前MMM線已經投入運營使用五年之久，其信號系統(tǒng)與屏蔽門接口功能已經基本實現(xiàn)所有功能。

當然MMM線克服了重重困難，還有很多不足的地方。通過個人工作經歷和多方資料查閱，筆者認為全自動無人駕駛線路應該實現(xiàn)“門對門”禁止功能。當某車門或屏蔽門出現(xiàn)故障時，對應的該檔屏蔽門或車門也不會打開，使得乘客可以避免因為擁擠或者疏忽造成被夾的安全隱患。

這就要求在屏蔽門與信號系統(tǒng)接口設計中，通信接口增加“門對門”禁止功能。信號系統(tǒng)將會在開門命令發(fā)出前對車輛及屏蔽門故障信息進行查詢，并且將對屏蔽門及車輛發(fā)出禁止操作信息。對應的車門及屏蔽門收到禁止操作的信息將不會打開，其余門正常打開。

由于該設計成本增加不大，同時也可以減少運營人員的配置，因此今后更多的地鐵應該會考慮采用該種設計，為乘客營造更安全的地鐵環(huán)境。

3 結束語

綜上所述，屏蔽門與信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖是地鐵正常運行的重要環(huán)節(jié)，也是確保運輸旅客人身安全的一項關鍵因素；實現(xiàn)該聯(lián)鎖的接口的改進運營環(huán)境，為旅客提供強有力的安全保證，同時也可以減少運營人員的配置。有利于地鐵改進的同時并增加更多的創(chuàng)新。

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[責任編輯：薛俊歌]