秦金龍

（北京地鐵運營有限公司 通信信號分公司，北京 100041）

0 引 言

隨著全國各個城市建設的不斷發(fā)展，依托《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，“十四五”期間我國將新增3 000 km城市軌道交通運營里程，由此可推算，2025年末我國城市軌道交通運營里程數(shù)將有望突破1萬km（2020年我國城市軌道交通運營里程數(shù)為7 679.7 km）。同時，結合“十二五”時期及“十三五”時期城市軌道交通累計完成投資額、累計客運量等相關數(shù)據(jù)以及考慮2020年疫情的影響測算出，“十四五”時期我國城市軌道交通累計完成投資額有望達到18 188億元，累計客運量有望達到1 292億人次。針對此情況，本文將討論在城市軌道交通現(xiàn)有的信號系統(tǒng)屏蔽門控制電路中增加屏蔽門控制系統(tǒng)的監(jiān)測設備，24 h不間斷監(jiān)測屏蔽門控制系統(tǒng)運轉狀態(tài)，當發(fā)生故障時及時判斷定位，縮小故障范圍?，F(xiàn)場維修人員通過指引對故障點進行快速處理，最短時間恢復屏蔽門控制系統(tǒng)的正常運行，提高設備的運行可靠性。

1 屏蔽門控制系統(tǒng)加裝監(jiān)測設備的必要性

當前，城市軌道交通的運營客流量大，車輛運行的班次密集，每天運行時間長，其安全性非常重要。運營的過程中無安全小事，信號系統(tǒng)、車輛本體、軌道、接觸網、火災報警系統(tǒng)（Fire Alarm System，F(xiàn)AS）、隧道或地面設施以及其他設施等的狀態(tài)都對軌道交通運營與乘客的乘車安全具有重要意義。為保障軌道交通安全運營，傳統(tǒng)的做法是利用運營的空窗期對相關部分進行安全檢查，每天運營前派出首列空載車對線路動態(tài)安全檢測。由于城市軌道交通的快速發(fā)展，線路長、運營空窗小等對安全檢查的要求越來越高，輔助安全檢查設備的需求極大。根據(jù)實際運營需求，結合技術發(fā)展創(chuàng)新，安裝各個子系統(tǒng)的智能監(jiān)測設備正逐步服務于城市軌道交通，提升了安全檢查的效率，進一步保證運營安全[1-10]。

隨著城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)在路網中越來越廣泛的應用，涉及屏蔽門控制電路的故障也在逐年增多，隨著地鐵列車的運行速度逐步提高，運行密度也越來越大，各城市軌道交通車站站臺的安全事故不斷發(fā)生。在這種情況下，城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)的重要性愈發(fā)重要。當前，北京城市軌道交通路網所有車站均已安裝并使用屏蔽門系統(tǒng)，隨著屏蔽門系統(tǒng)應用的越來越廣泛，隨之而來的就是因城市軌道交通屏蔽門控制系統(tǒng)故障，導致的列車晚點事故也逐漸增多。由于屏蔽門控制系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口部分的故障點較多，現(xiàn)有技術手段無法快速對故障點及故障范圍進行定位，只能通過現(xiàn)場維修人員逐條電路、逐點去排查相關故障點，極易耽誤故障處理時間，對城市軌道交通的運營效率產生了很大影響。如何提高對屏蔽門設備控制系統(tǒng)的可維修性，縮短平均故障修復時間（Mean Time To Repair，MTTR），是信號設備維修工作新增的發(fā)展課題。下面將列舉我國某市軌道交通自啟用屏蔽門控制系統(tǒng)以來影響較大的一次故障，證明屏蔽門控制系統(tǒng)加裝監(jiān)測設備的必要性，具體故障如下。

故障現(xiàn)象為某站上行全列屏蔽門關好后列車無移動授權，互鎖解除無效。故障原因為信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口配線（第一根）虛接，導致SMGJ（上行門關好）繼電器和SQCJ（上行互鎖解除）繼電器無法正常工作，列車進出本站時無法獲得移動授權，互鎖解除無效。

通過這次屏蔽門控制系統(tǒng)故障可以看出，信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)接口有很多，如電源、分線柜的配線、屏蔽門的SMGJ（上行門關好）繼電器、屏蔽門的SQCJ（上行互鎖解除）繼電器、信號的SMGJ（上行門關好）繼電器、信號的SQCJ（上行互鎖解除）繼電器。由于故障點較多，信號維修人員和屏蔽門維修人員需要逐點去測量故障點，導致處理本次故障共用時234 min，X號線和相鄰運營線早高峰時段運營秩序混亂，大量乘客滯留車站，嚴重危及運營安全。

2 屏蔽門控制電路的原理介紹

在討論屏蔽門控制電路監(jiān)測前，首先簡要介紹一下屏蔽門控制電路的原理。

2.1 城市軌道交通信號系統(tǒng)設備介紹

城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運行安全、實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化、提高運輸效率的關鍵系統(tǒng)設備，通常由列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）組成。ATC包括列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）、列車自動防護子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）以及列車自動運行系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）3個子系統(tǒng)，這3個子系統(tǒng)通過信息交換網絡構成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)地面控制與車上控制結合、現(xiàn)地控制與中央控制結合，構成一個以安全設備為基礎，集行車指揮、運行調整以及列車駕駛自動化等功能為一體的列車自動控制系統(tǒng)。

其中，信號系統(tǒng)中涉及屏蔽門控制的部分包括信號的MGJ（門關好）繼電器、信號的QCJ（互鎖解除）繼電器、信號的KMJ（開門）繼電器的一組接點、GMJ（關門）繼電器的一組接點、DCU（信號提供直流24 V）電源。

2.2 城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)設備介紹

城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)是城市軌道交通機電設備的重要組成部分。最早的屏蔽門出現(xiàn)在20世紀60年代初期圣彼得堡一種利用區(qū)間隧道停車的車站，目的是保證無車一側站臺車站的安全和觀瞻，70年代法國里爾全自動城市軌道交通為了自動行車的安全，裝配了屏蔽門。1981年，日本東京城市軌道交通南北線上安裝了半封閉式的站臺安全門，這是一道結構簡單、高度較低的玻璃隔墻和活動門，主要是起隔離的作用，提高了站臺候車乘客的安全，同時也能起到一定的降噪作用。由此可見，屏蔽門的安裝既可保障站臺內乘客的安全候車，同時也可杜絕跳軌自殺或惡意加害事件的發(fā)生，從而有力保障了城市軌道交通列車的正常運營。而對于一些采用無人駕駛列車或自動折返的城市軌道交通運營線路，屏蔽門系統(tǒng)更將是必不可少的車站安全設備。

其中，屏蔽門系統(tǒng)中涉及屏蔽門控制的部分包括SKMJ（上行開門）繼電器、屏蔽門的SGMJ（上行關門）繼電器、屏蔽門的SMGJ（上行門關好）繼電器的一組接點、屏蔽門的SQCJ（上行互鎖解除）繼電器的一組接點、LZ、LF（屏蔽門提供的直流24 V）電源。

2.3 信號系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)接口原理介紹

當列車進站停穩(wěn)后，此時需要打開屏蔽門，信號系統(tǒng)將命令發(fā)至屏蔽門系統(tǒng)，由屏蔽門系統(tǒng)執(zhí)行打開屏蔽門的操作。首先，信號的KMJ（開門）繼電器吸起，接通打開屏蔽門電路，屏蔽門的SKMJ（上行開門）繼電器正常吸起后，最終執(zhí)行打開屏蔽門，并在信號控制臺上給出對應屏蔽門開啟的狀態(tài)顯示。

當列車站停結束需要發(fā)車時，此時需要關閉屏蔽門，信號系統(tǒng)再次將命令發(fā)至屏蔽門系統(tǒng)，由屏蔽門系統(tǒng)執(zhí)行關閉屏蔽門的操作。首先，信號的SGMJ（上行關門）繼電器吸起，接通關閉屏蔽門電路，屏蔽門的SGMJ（上行關門）繼電器正常吸起后，最終執(zhí)行關閉屏蔽門。

屏蔽門都完全關閉后，屏蔽門的SMGJ（上行門關好）繼電器吸起，接通后檢查門關好電路。信號的SMGJ（上行門關好）繼電器吸起后，在控制臺上給出對應屏蔽門關閉的顯示，列車正常運行出站。

當屏蔽門發(fā)生故障時，站臺工作人員操作互鎖解除（切除屏蔽門控制系統(tǒng)）。接通切除屏蔽門電路后，信號的SQCJ（上行互鎖解除）吸起，切除屏蔽門信號控制，在控制臺上給出對應屏蔽門切除的顯示，列車人工駕駛模式運行出站。

3 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備介紹

針對以上情況，極有必要為屏蔽門控制系統(tǒng)研制加裝一種簡單易讀、安全可靠的監(jiān)測設備。當屏蔽門控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，監(jiān)測設備能夠針對監(jiān)測所得的電信號結合電路邏輯及時并準確地反饋出故障范圍，使維修人員快速準確的對故障點進行處置，保證屏蔽門控制系統(tǒng)的正常運行。下面將以一款已經投入運用的屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備為例，講解屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備的運行原理。

3.1 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備面板介紹

為了能夠準確監(jiān)測屏蔽門控制電路的相關信息，為維修人員提供方便快捷的操作界面，經過數(shù)次的技術研討與試驗驗證，此款觸摸式屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備操作界面的左上角顯示當前站名。右上角顯示日期和時間、存儲卡記錄，通過接入電腦考取日志，中間部分是上、下行信號的狀態(tài)，左邊上行，右邊下行。監(jiān)測的屏蔽門控制信息包括列車停穩(wěn)信息、屏蔽門電源（L電源）、信號電源（DCU電源）、開門指令、關門指令、門關閉且鎖緊信息、互鎖解除指令7個信息，其中綠色表示監(jiān)測信息輸出有電，紅色表示監(jiān)測信息無電。

3.2 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備工作原理介紹

屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備是根據(jù)電壓信號的高低狀態(tài)和邏輯時序關系來判斷屏蔽門控制系統(tǒng)運行狀態(tài)是否正常，并記錄相關日志和電壓波形。當屏蔽門出現(xiàn)故障時，監(jiān)測設備所監(jiān)測的信息與內部存儲的控制電路時序邏輯控制指令集進行實時比對，當出現(xiàn)指令順序錯誤、指令缺失、指令混亂時監(jiān)測設備在下方給出報警信息，同時可快速回看故障時的日志及波形，準確判斷故障。

4 城市軌道交通屏蔽門控制系統(tǒng)加裝監(jiān)測設備的方案研究

4.1 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備供電安裝方案

監(jiān)測設備本身需要交流220 V供電，優(yōu)選方案是從設備電源室電源屏交流220 V備用端子取電，備選方案為從信號機房分線柜上的備用220 V接線端子取電，端子距離監(jiān)測設備較近部位按正規(guī)走線方式進行取電。兩種方案均可實施，但電源屏交流220 V容量是否滿足需要現(xiàn)場確認，如不滿足可使用備選方案。

4.2 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備配線安裝方案

利用信號系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)接口設備在分線柜內的備用端口，每個監(jiān)測端口引出一根連接線到監(jiān)測設備，最終完成對整條屏蔽門控制電路關鍵部位的電壓監(jiān)測。

軌道交通信號系統(tǒng)中，屏蔽門控制系統(tǒng)的監(jiān)測設備成功安裝后，通過組織對設備維修人員的現(xiàn)場使用進行培訓教學以及半年的試運行，期間設備整體穩(wěn)定可靠，未出現(xiàn)誤報、錯報情況，成功輔助解決問題2件。目前，設備已投入正式運行階段，全天24 h對車站屏蔽門控制系統(tǒng)進行監(jiān)測，確保設備運營穩(wěn)定可靠，下一階段將開展全線推廣安裝。

5 屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備的實際應用

屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備安裝成功后，為了驗證其準確性，將與前面舉例的屏蔽門控制系統(tǒng)故障進行對比，本次也模擬故障點為信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的接口配線（第一根）虛接，最終通過屏蔽門監(jiān)測設備來快速判斷故障，提高設備的可維修性。

通過屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備日志和電壓曲線顯示，信號電源和門關好信號均未監(jiān)測到電壓，電壓曲線記錄信號電源和門關好信號均為0 V。結合屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備日志和電壓曲線分析，很容易排除了屏蔽門的SMGJ（上行門關好）繼電器、信號的SMGJ（上行門關好）繼電器及相關配線鏈路的故障，因為監(jiān)測分線柜的4個監(jiān)測點均無電壓，故障點直接指向信號DCU電源及相關配線鏈路。最后基本鎖定在分線柜前后的4根配線和信號DCU電源中。下面只需要檢查4根配線以及信號DCU電源就能很快找到故障點，處理故障。

通過此次模擬故障與之前舉例故障進行對比可以看出，在屏蔽門控制電路的幫助下，維修人員能夠快速、準確地找到故障點并進行處理。

6 結 論

“十四五”期間，中國城市軌道交通協(xié)會提出了國內城市軌道交通四大發(fā)展要點，推進智慧城軌發(fā)展。同時，《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》也提出，“十四五”期間我國城市軌道交通運營里程數(shù)將新增3 000 km，預計“十四五”累計客運量將突破千億人次，累計完成投資額有望達到18 188億元。隨著軌道交通向著網絡化以及高品質服務目標的發(fā)展，車站屏蔽門系統(tǒng)已經成為軌道交通重要的運營服務設備組成，引發(fā)的故障必定會對路網中列車的正常運行造成巨大影響，因此屏蔽門控制系統(tǒng)監(jiān)測設備的研發(fā)應用會在屏蔽門發(fā)生故障后發(fā)揮重要的作用，通過快速、準確的定位判斷故障范圍，提高了設備的可維修性，縮短了故障修復時間，為城市軌道交通網絡化運營安全與給乘客帶來高品質出行服務提供了強有力的保障。