楊文軒

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)是用于運營中緊急情況下對列車實施制動，從而保障乘客人身和設(shè)備運行安全的控制系統(tǒng)。緊急關(guān)閉系統(tǒng)控制由采集電路完成，功能通過緊急關(guān)閉按鈕和接口電路實現(xiàn)。

作為軌道交通“四網(wǎng)融合”的重要組成部分，市域鐵路運輸量大、停車點多，具有“高密度、公交化”特點。結(jié)合TB 10624—2020《市域（郊）鐵路設(shè)計規(guī)范》[1]要求和我國已開通運營市域鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具備列車自動運行（ATO）功能的市域鐵路信號系統(tǒng)采用中國列車運行控制系統(tǒng)CTCS-2制式或城市軌道列車自動控制ATC制式。隨著列車控制技術(shù)的不斷發(fā)展，市域鐵路大部分已將站臺緊急關(guān)閉按鈕納入控制，但在車站緊急關(guān)閉按鈕控制方案設(shè)計方面，各線均沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，存在差異。車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)控制方案需要滿足不同信號系統(tǒng)制式的安全防護(hù)需求，同時追求技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、功能實現(xiàn)及使用維護(hù)等方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

1 主要研究原則

市域鐵路車站緊急關(guān)閉控制方案遵循以下原則：

（1）控制方案研究應(yīng)遵循故障—安全的原則，貫穿專業(yè)分工、接口定義、處理邏輯、繼電器類型和電路原理設(shè)計等各方面。

（2）控制電路應(yīng)能滿足基于CTCS或基于ATC制式的信號系統(tǒng)功能需求，并且不得降低或影響既有信號系統(tǒng)功能的安全完整性等級。

（3）方案設(shè)計應(yīng)能滿足不同類型車站緊急關(guān)閉控制的需要。

（4）站臺緊急關(guān)閉按鈕及綜合后備盤（IBP盤）的設(shè)置，不得影響正常運營，并且需要滿足站務(wù)人員的快速響應(yīng)。

（5）非設(shè)備集中車站緊急關(guān)閉按鈕控制功能由主控站信號系統(tǒng)實現(xiàn)。

2 車站緊急關(guān)閉控制技術(shù)要求

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)是一種典型的緊急停車系統(tǒng)（Emergency Shut Down，ESD）[2]。ESD系統(tǒng)首先在石油化工、鋼材制造和發(fā)電等行業(yè)廣泛應(yīng)用，隨著軌道交通列控系統(tǒng)的發(fā)展，ESD作為工藝過程故障條件下切斷工藝流程、保證系統(tǒng)安全可靠性[3-4]的關(guān)鍵設(shè)施，與地面信號系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)和各類監(jiān)控系統(tǒng)不斷融合，逐漸形成一整套應(yīng)用于軌道交通的緊急關(guān)閉系統(tǒng)體系。市域鐵路車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括檢測、控制和執(zhí)行3個主要模塊單元，如圖1所示。

圖1 車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 檢測單元

ESD檢測單元通常指用于狀態(tài)監(jiān)控的監(jiān)測系統(tǒng)、儀器儀表等。市域鐵路系統(tǒng)內(nèi)的所有狀態(tài)檢測設(shè)備，如火災(zāi)自動報警、機電設(shè)備監(jiān)控、綜合監(jiān)控、入侵報警、信號集中監(jiān)測、雨量及異物侵限監(jiān)測等都可用于對車站緊急關(guān)閉的狀態(tài)監(jiān)控及監(jiān)測。

2.1.2 控制單元

ESD控制單元包含輸入模塊、邏輯運算模塊和輸出模塊3部分。由于包含市域鐵路在內(nèi)的軌道交通系統(tǒng)復(fù)雜程度高，系統(tǒng)對安全性和可靠性的要求極高且靈活性強，車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)目前多采用檢測單元與控制單元獨立運行，通過站務(wù)人員人工執(zhí)行報警操作，將報警狀態(tài)輸入給控制單元的控制模式。邏輯運算模塊包括緊急關(guān)閉控制電路運算、控制電路與信號系統(tǒng)接口和信號系統(tǒng)（CBI或TCC子系統(tǒng)）邏輯運算3部分，最終控制命令由信號系統(tǒng)輸出。

2.1.3 執(zhí)行單元

市域鐵路控制系統(tǒng)中的地面系統(tǒng)和車輛系統(tǒng)共同作為執(zhí)行單元實施緊急關(guān)閉動作。如進(jìn)路開放與鎖閉、關(guān)閉或開放信號及發(fā)碼控制等指令由地面信號系統(tǒng)執(zhí)行，車輛緊急制動的觸發(fā)與解除主要由車載設(shè)備和車輛動力系統(tǒng)完成。

2.2 主要設(shè)備

車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)由站臺緊急關(guān)閉按鈕、綜合后備盤（IBP）及控制按鈕、繼電器及控制電纜等組成。股道每側(cè)站臺上設(shè)置緊急關(guān)閉按鈕，車站另設(shè)綜合后備盤（IBP）及緊急關(guān)閉按鈕繼電器（JTAJ），盤上對應(yīng)股道設(shè)置緊急關(guān)閉按鈕（JTA）及緊急關(guān)閉復(fù)原按鈕（JYA）。

IBP盤是車站控制室內(nèi)功能集成度較高的控制輸入設(shè)備。參照中國鐵道學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)T/CRS C0101—2017《市域鐵路設(shè)計規(guī)范》[5]的相關(guān)要求，市域鐵路設(shè)置綜合監(jiān)控系統(tǒng)時，IBP盤可作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)綜合后備盤，除了實現(xiàn)車站緊急關(guān)閉操作（站臺緊急停車、扣車與放行）外，還可集成通風(fēng)排煙系統(tǒng)的緊急模式控制、自動檢票機、門禁釋放、電扶梯停止控制和站臺門開門控制等車站關(guān)鍵手動控制功能，根據(jù)現(xiàn)場運營要求與牽引供電系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等合設(shè)。

車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)主要設(shè)備見表1。其中緊急關(guān)閉按鈕（JTA）的設(shè)計原則為每股道設(shè)置2處（JTA1、JTA2），可根據(jù)車站站臺層公共區(qū)情況設(shè)于扶梯下的墻面上（地下站）或單獨安裝結(jié)構(gòu)立柱（高架站、地面站）。因股道設(shè)置不同數(shù)量緊急關(guān)閉按鈕控制原理相同，其他情況下可參考設(shè)計。

表1 車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)主要設(shè)備組成

2.3 控制過程

2.3.1 緊急關(guān)閉狀態(tài)執(zhí)行

緊急關(guān)閉狀態(tài)的建立由緊急關(guān)閉按鈕輸入。緊急關(guān)閉按鈕主要具備以下功能：

①禁止列車自區(qū)間進(jìn)入車站。②禁止已停站列車由車站進(jìn)入?yún)^(qū)間。③對已啟動未完全離開車站的列車（CBTC模式下）實施緊急制動。

出現(xiàn)緊急情況時，由站務(wù)人員按壓站臺緊急關(guān)閉按鈕或IBP盤面上對應(yīng)的JTA，IBP盤面上的報警電鈴響起和報警指示燈點亮，通過緊急關(guān)閉控制電路將緊急情況信息傳遞給信號系統(tǒng)（CTCS制式下由列控中心TCC、計算機聯(lián)鎖CBI，ATC制式下由計算機聯(lián)鎖CBI、區(qū)域控制器ZC實現(xiàn)），可實現(xiàn)緊急情況下的應(yīng)急處理；按壓QDA，電鈴報警停止，軌旁信號設(shè)備繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)急處理。

信號系統(tǒng)通過采集各股道緊急關(guān)閉繼電器狀態(tài)，采取導(dǎo)向安全的相關(guān)措施：基于CTCS制式的信號系統(tǒng)相應(yīng)實施關(guān)閉對應(yīng)進(jìn)路、關(guān)閉信號及進(jìn)路內(nèi)各區(qū)段發(fā)送H碼等，ATO向車輛輸出制動指令；基于CBTC制式的信號系統(tǒng)相應(yīng)實施縮短移動授權(quán)范圍、觸發(fā)制動等。車輛接收到車載設(shè)備有效信息時，使用ATO向車輛輸出的制動指令，觸發(fā)制動操作。

車輛觸發(fā)緊急制動停車后，移動閉塞制式下的CBTC列車無法在站臺區(qū)域內(nèi)移動，進(jìn)入或離開站臺區(qū)域；非移動閉塞制式下所有開向站臺緊急關(guān)閉狀態(tài)區(qū)域（股道）的信號機均顯示紅燈。

2.3.2 緊急關(guān)閉狀態(tài)解除

緊急情況處理完畢后，通過人工確認(rèn)是否安全，在IBP盤面上按壓JYA，重新勵磁緊急關(guān)閉繼電器，緊急情況命令撤回，報警指示燈熄滅，電鈴報警重新響起，拉出QDA后停止報警。此時信號系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。

3 車站緊急關(guān)閉控制方案設(shè)計

車站緊急關(guān)閉系統(tǒng)通過與信號系統(tǒng)的接口控制列車運行。信號設(shè)備配置方式不同，相應(yīng)車站緊急關(guān)閉控制的實現(xiàn)方式與信息流向也存在差異。綜合市域鐵路運輸規(guī)模、信號系統(tǒng)制式及常見站型，按照信號設(shè)備配置將市域鐵路車站劃分為聯(lián)鎖設(shè)備集中站、非設(shè)備集中站和無聯(lián)鎖設(shè)備集中站（僅CTCS制式）3類，見表2。

表2 按照信號設(shè)備配置對市域鐵路車站分類

以上3種車站類型中，軌道交通的有岔站或集中站[6]通常屬于聯(lián)鎖設(shè)備集中站；不設(shè)信號設(shè)備的無岔站屬于非設(shè)備集中站；在CTCS制式下的區(qū)間信號中繼站作為一種特殊的無岔站，屬于無聯(lián)鎖設(shè)備集中站的類型。

3.1 緊急關(guān)閉按鈕控制電路

車站緊急關(guān)閉控制主要通過緊急關(guān)閉按鈕繼電器（JTAJ）動作實現(xiàn)。正常情況下，JTAJ吸起；緊急狀態(tài)下按壓JTA后，對應(yīng)站內(nèi)股道的JTAJ相應(yīng)落下。信號系統(tǒng)采集JTAJ狀態(tài)信息，并根據(jù)對應(yīng)緊急關(guān)閉按鈕狀態(tài)進(jìn)行處理，控制列車運行。

3.2 緊急關(guān)閉與信號系統(tǒng)接口設(shè)計

3.2.1 系統(tǒng)接口方式

按照市域鐵路常用的信號系統(tǒng)制式，CTCS制式下由TCC、ATC制式下由CBI對JTAJ進(jìn)行前后接點采集或雙接點采集。

在CTCS制式下，CBI可根據(jù)實際運行需求，通過安全數(shù)據(jù)網(wǎng)接口或繼電接口獲取緊急關(guān)閉按鈕狀態(tài)，納入相關(guān)進(jìn)路控制。

（1）當(dāng)采用安全數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸方式實現(xiàn)時，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)相關(guān)采集電路原理通過列控、聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件實現(xiàn)。由無聯(lián)鎖設(shè)備集中站列控中心TCC采集之后，通過安全數(shù)據(jù)網(wǎng)送給相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站計算機聯(lián)鎖CBI。

（2）當(dāng)采用繼電接口傳輸方式實現(xiàn)時，由無聯(lián)鎖設(shè)備集中站通過站聯(lián)電纜將緊急關(guān)閉按鈕及站臺門狀態(tài)送至相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站，再由信號系統(tǒng)采集繼電器接點狀態(tài)。聯(lián)鎖設(shè)備集中站作為主控站，需設(shè)置被控車站相關(guān)狀態(tài)繼電器及CBI采集電路。

3.2.2 信號系統(tǒng)采集原理

市域鐵路信號系統(tǒng)對車站緊急關(guān)閉信息的采集方式與表2中確定的車站信號設(shè)備配置類型相關(guān)。聯(lián)鎖設(shè)備集中站、無聯(lián)鎖設(shè)備集中站和非設(shè)備集中站3種站型的采集方式和數(shù)據(jù)傳輸存在差異。

（1）聯(lián)鎖設(shè)備集中站。聯(lián)鎖設(shè)備集中站的JTA、JTAJ、IBP盤均設(shè)置在本站。其中車站信號機械室設(shè)有本站JTAJ，綜控室內(nèi)設(shè)置本站IBP盤及JTA，站臺上設(shè)JTA。緊急關(guān)閉采集電路均設(shè)置在信號機械室內(nèi)。信號系統(tǒng)側(cè)的狀態(tài)繼電器JTAJ采集緊急停車按鈕的狀態(tài)接點獲取報警信息，CBI設(shè)備獲取后進(jìn)行邏輯判斷，并執(zhí)行相應(yīng)動作。JTA（室外）至信號系統(tǒng)（室內(nèi)）通過信號電纜傳輸。

（2）無聯(lián)鎖設(shè)備集中站。無聯(lián)鎖設(shè)備集中站存在于CTCS制式中。車站不設(shè)CBI設(shè)備，設(shè)有TCC設(shè)備以實現(xiàn)軌道電路編碼，車站進(jìn)路控制納入主控站（相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站）CBI管理，信號機械室內(nèi)設(shè)有本站JTAJ，室內(nèi)外分別設(shè)置本站IBP盤及JTA。緊急關(guān)閉采集電路均設(shè)置在車站信號機械室內(nèi)。相關(guān)狀態(tài)需納入CBI進(jìn)路控制，且要求通過繼電接口實現(xiàn)狀態(tài)采集時，還應(yīng)將采集狀態(tài)通過站聯(lián)電纜傳送至相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站，并在該站設(shè)置相關(guān)狀態(tài)復(fù)示繼電器、配套設(shè)置CBI采集電路。站聯(lián)電纜采用信號電纜，并應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定的敷設(shè)、防火和阻燃等要求。

（3）非設(shè)備集中站。非聯(lián)鎖集中站不設(shè)信號設(shè)備，由相鄰站信號系統(tǒng)完成軌道電路占用檢查、軌道電路編碼及進(jìn)路控制等。按照鄰站類型及信號系統(tǒng)被控關(guān)系，存在以下2種情況。

①全部由聯(lián)鎖集中站控制。CTCS制式下，非設(shè)備集中站軌道電路編碼納入相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站（主控站）TCC設(shè)備控制，進(jìn)路控制納入主控站CBI管理；ATC制式下本站軌道電路檢查及進(jìn)路控制均納入相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站CBI系統(tǒng)控制。在非設(shè)備集中站本地僅設(shè)置本站IBP盤及緊急關(guān)閉按鈕。②由相鄰無聯(lián)鎖設(shè)備集中站、聯(lián)鎖設(shè)備集中站共同控制（僅CTCS制式）。在CTCS制式下，無聯(lián)鎖設(shè)備集中站及其管轄的非設(shè)備集中站緊急關(guān)閉狀態(tài)信息需通過繼電接口傳輸至相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站，由聯(lián)鎖設(shè)備集中站CBI系統(tǒng)采集。

當(dāng)非設(shè)備集中站等相鄰車站為無聯(lián)鎖設(shè)備集中站，相關(guān)狀態(tài)信息需納入CBI進(jìn)路控制，且要求通過繼電接口實現(xiàn)狀態(tài)采集時，除上述①中的采集電路架構(gòu)外，還需將采集狀態(tài)通過站聯(lián)電纜傳送至與該無聯(lián)鎖設(shè)備集中站相鄰的聯(lián)鎖設(shè)備集中站，并在該站設(shè)置相關(guān)狀態(tài)繼電器、配套設(shè)計CBI采集電路。

3.2.3 信號系統(tǒng)采集電源

（1）聯(lián)鎖設(shè)備集中站和無聯(lián)鎖設(shè)備集中站：信號電源屏為每股道的緊急關(guān)閉控制電路分別提供1路獨立電源，為IBP盤報警電路提供1路獨立電源。

（2）非設(shè)備集中站：主控站（聯(lián)鎖設(shè)備集中站或無聯(lián)鎖設(shè)備集中站）信號電源屏為被控的非設(shè)備集中站每股道的緊急關(guān)閉控制電路分別提供1路獨立電源，為IBP盤報警電路提供1路獨立電源。

（3）站聯(lián)電源：在CTCS制式下，主控站（聯(lián)鎖設(shè)備集中站）的信號電源屏為所管轄的無聯(lián)鎖設(shè)備集中站及非設(shè)備集中站的緊急關(guān)閉按鈕繼電器采集電路分別提供1路DC24～80 V、2 A可調(diào)站間聯(lián)系電源。

（4）室內(nèi)線纜采用阻燃型。

4 研究成果

根據(jù)主要技術(shù)要求對市域鐵路緊急關(guān)閉按鈕控制電路運營需求、繼電接口定義及信號系統(tǒng)相關(guān)處理邏輯等總體技術(shù)方案進(jìn)行研究后，研究成果以通用型設(shè)計參考圖形式呈現(xiàn)。

基于綜合市域鐵路運輸規(guī)模及常見站型，設(shè)計參考圖按照聯(lián)鎖設(shè)備集中站、非設(shè)備集中站和無聯(lián)鎖設(shè)備集中站（僅CTCS制式）3種車站類型展開車站緊急關(guān)閉設(shè)計，其中聯(lián)鎖設(shè)備集中站的設(shè)備布置、室外電路徑路、控制電路和組合內(nèi)部結(jié)配線按標(biāo)準(zhǔn)4股道、島式站臺考慮，實際運用中其他車站類型可參考設(shè)計；接口電路中繼電器采集方式需根據(jù)信號設(shè)備選型情況確定。CTCS制式下當(dāng)CBI系統(tǒng)通過繼電接口電路實現(xiàn)信息采集時，相關(guān)繼電電路如圖2所示，圖中繼電器接點、組合側(cè)面端子編號和電源名稱等僅用于原理示意。

圖2 JTAJ繼電接口電路

設(shè)計參考圖針對采用基于CTCS信號系統(tǒng)的情況暫考慮主要基于CTCS2+ATO級列控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)采用其他等級CTCS列控系統(tǒng)時亦可作為參考。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合市域鐵路運營要求，對市域鐵路車站緊急關(guān)閉控制方案進(jìn)行研究，明確了市域鐵路信號系統(tǒng)列控、聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的接口邏輯處理，為界定專業(yè)分工，細(xì)化電纜規(guī)格、繼電器類型等各項主要技術(shù)指標(biāo)，指導(dǎo)設(shè)備安裝及電纜敷設(shè)等工程實施環(huán)節(jié)提供了必要條件。設(shè)計一套通用的車站緊急關(guān)閉控制電路，有利于統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計，同時可用于指導(dǎo)工程施工、驗收，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)清晰的站臺緊急關(guān)閉按鈕控制系統(tǒng)及站臺門聯(lián)動控制系統(tǒng)[7]，對提高市域鐵路建設(shè)及運營管理水平具有積極意義。