新誉庞巴迪信号系统有限公司

胡海 仲晓辉 曾梦宇 吴超

摘要：城市轨道交通的客流指标是评估线路运力的重要因素之一，当前固定编组列车已然不能满足线路运力的发展变化要求，社会效益与经济效益的平衡越来越受到高层重视。因此，灵活编组列车的需求已在部分线路初期，近期，远期规划中部署。城市轨道交通信号系统基于灵活编组列车需求，为了更好地适应场景需求并提高运营性能，如：灵活编组列车在不同停站位置按照不同时序开关门；灵活编组列车按照不同时序在两侧开关门；关门受阻再开关门；故障门对位隔离；灵活编组列车车门与站台门基于车地无线通信的直接通信等。本文针对这些应用场景，提出了使用智能门控柜与站台门系统接口的解决方案，在城市轨道交通灵活编组线路中取得了成功应用。

关键词：城市轨道交通；信号系统；灵活编组；智能门控柜；站台门

一、       灵活编组线路运营场景

针对轨道交通线路的客流，有变化地开行不同编组的列车，既能保证列车满载率，减少空跑，同时又能提高发车频率和服务水平，并可在一定程度上节省运营成本。

本文结合成都天府国际机场旅客自动捷运（APM）系统项目，系统采用全自动运行模式，满足4辆灵活编组列车运营要求，在信号系统与站台门系统接口设计时需考虑灵活编组列车灵活停站时的开关门要求。

天府国际机场也称为成都新机场，选址位于成都市中心东南方向约50千米处。成都天府国际机场APM系统一期项目，全部为地下线，连接T1-T2航站楼，在T1航站楼地下层设置T1站，站后区间穿越地铁线路下方，进入T2航站楼地下层设置T2站。一期工程线路全长约0.8km，系统利用双车道穿梭系统连接T1和T2，如图1所示：

图 SEQ 图9- \* ARABIC 1成都天府国际机场APM系统一期线路图

每个站台长度满足停靠4辆编组列车，列车停站时，车门与站台门的位置对应。

在每侧站台，灵活编组列车的停站可能有几种位置，如图2所示：

图 SEQ 图9- \* ARABIC 2灵活编组列车停站位置

二、       信号系统与站台门系统接口设计

(一)            传统固定编组线路信号系统与站台门系统接口

传统固定编组线路，列车在站台的停车位置是固定的。如图3所示。

图 SEQ 图9- \* ARABIC 3固定编组列车停车位置

信号系统接收站台门系统提供的“门关闭且锁紧”和“互锁解除”信息，按每侧向站台门系统提供开/关门命令。  

站台门系统接收信号系统提供的开/关门命令，按每侧向信号系统提供“门关闭且锁紧”和“互锁解除”信息。

此方案的特点是：通过联锁CI或区域控制器ZC实现与站台门系统接口；接口仅采用继电电路方式，继电器采用安全型继电器；接口数量少。如图4所示。

图 SEQ 图9- \* ARABIC 4信号系统与站台门系统接口（传统固定编组线路）

(二)            灵活编组线路信号系统与站台门接口

灵活编组线路需要实现列车停靠不同站台位置时，开关对应的车门/站台门；车门/站台门关门受阻时，只重新开关受阻的车门/站台门；车门/站台门故障时，实现对位隔离功能等；接口数量多，接口功能复杂。

传统的固定编组线路信号系统与站台门系统接口方案已然不满足以上需求，这时我们使用一种新型先进的智能门控柜产品。

智能门控柜完全独立于联锁和区域控制器，采用2乘2取2冗余结构，可靠性高，安全完整性等级达到SIL4级。

        1.        站台门分组

以成都天府国际机场APM项目作为示例，由于灵活编组列车对于整个站台的停靠位置是全覆盖的，需要将站台门分为4组，每组对应1辆编组列车的车门和2扇站台门，分组编号与站台门编号对应关系如表1和图5所示。若其他线路（如4/6编组混跑，停靠固定位置）执行不同的停靠方案，视情况可将站台门灵活分组。

表1  分组编号与站台门编号对应关系

图 SEQ 图9- \* ARABIC 5分组编号与站台门编号对应关系（以岛式站台为例）

        2.        接口界面

智能门控柜按每侧站台门分组向站台门系统发送4组“门使能”命令，站台门系统按每侧向智能门控柜发送4组“门关闭且锁紧”信号，1个“互锁解除”，1个“非预期开门复位”信号。

以上接口为安全信息，采用安全硬线回路双断设计，符合故障－安全原则。

另外有1个非安全网络接口，采用Modbus协议，用于智能门控柜和站台门系统互相传输非安全信息，如开/关门命令、开/关门预告和站台门状态等信息。

以上接口信息如图6所示：

图 SEQ 图9- \* ARABIC 6使用智能门控柜的信号系统与站台门系统接口

三、       接口描述

(一)            物理接口

“门使能”，“门关闭且锁紧”，“互锁解除”，“非预期开门复位”信息使用物理硬线连接。

        1.              门使能

“门使能”命令是安全命令，它通过硬线接口从智能门控柜发送到站台门系统。站台门系统使用该命令打开开门回路的电子锁，如果没有检测到“门使能”命令，站台门系统将忽略智能门控柜通过网络接口发送的开门命令。

“门使能”命令是连续信号，并保持高电平有效，直到智能门控柜发出关门命令为止。

        2.        门关闭且锁紧

站台门系统通过硬线提供“门关闭且锁紧”安全信息给智能门控柜，智能门控柜用此信息来确保每组站台门是关闭且锁紧状态。只有当所有4组站台门均为关闭且锁紧状态，智能门控柜才判断该侧站台门为关闭且锁紧，该信息作为开放允许信号的条件，保证列车在进站和离站过程中的安全性。

“门关闭且锁紧”信息是连续信号，并保持高电平有效。

        3.        互锁解除

站台门由于不能关闭，而无法发送“门关闭且锁紧”信息给智能门控柜时，在人工保证安全的情况下，可以通过就地控制盘上的自复位旋钮旁路掉“门关闭且锁紧”信息，此时信号系统收到“互锁解除”信息，允许列车进站和离站。

        4.        非预期开门复位

当站台门非预期（非正常）打开时，信号系统会对站台区域设置行车限制，这时需要一个复位命令来恢复运营。复位命令由人工按压站台门系统就地控制盘上的“非预期开门复位”按钮进行激活。

(二)            网络接口

智能门控柜使用PLC（可编程逻辑控制器）与站台门系统的PLC通信，采用Modbus协议，站台门系统负责控制站台门。通过网络接口可以进一步实现不同停车位置的开关门，重新开关受阻的车门/站台门，实现对位隔离，检测站台门状态等功能。

详细的网络接口信息如表2所示：

表2  智能门控柜与站台门系统网络接口信息

四、       接口功能

(一)            智能门控柜直接与车载ATC通信

智能门控柜完全独立于联锁和区域控制器，车载ATC通过它实现与站台门系统的通信和安全判断，避免了传统固定编组线路采用继电电路需经过组合柜继电器励磁的中间过程，极大降低了与站台门系统接口的延时，实现了站台门的快速响应。在站停时间不变的情况下，增加了乘客上下车时间，提升用户体验；或者在乘客上下车时间不变的情况下，可以缩短站停时间，进而提高运营行车能力。

(二)            开/关门

当列车停在站台停车点并且车载ATC检测到零速，切除牵引，施加制动的情况下，智能门控柜会发送“门使能”命令给站台门系统。乘客上下车时间是从站台门完全打开到站台门开始关闭的时间，该时间结束后，智能门控柜发送关门命令。在收到所有“门关闭且锁紧”信息后，列车才允许离开站台。开/关门动作时序如下：

1)        初始状态，站台门处于关闭且锁紧状态；

2)        智能门控柜接收到车载ATC发送的门使能和开门命令，发送给站台门系统， 控制站台门开始动作直到完全打开；

3)        站台门保持开门直到收到关门命令，乘客在此期间上下车；

4)        根据“门使能”命令是否用于站台门系统的动作电机的开关信号，有下面两种情况，用户可自行选择：

（a）智能门控柜接收到车载ATC发送的关门命令，撤销“门使能”命令，发送给站台门系统，控制站台门开始动作直到完全关闭，见图7（a）；

（b）“门使能”命令保持到站台门完成关门动作，智能门控柜收到站台门“关闭且锁紧”信号后撤销“门使能”命令，见图7（b）；

5)        回到初始状态，站台门处于关闭且锁紧状态。

图 SEQ 图9- \* ARABIC 7开/关门时序图

将以上开/关门时序用图8过程图表示如下：

图 SEQ 图9- \* ARABIC 8开/关门过程图

(三)            再开/关门

当某扇车门关门时受阻，车载ATC只会重发该扇车门和对应站台门的开/关门命令，给车门和智能门控柜。此时只会重新开/关该受阻的车门和对应的站台门，其他未受阻的车门和对应的站台门保持关闭。如果重新开/关门超过规定的次数，车载ATC将发送开门命令，使该车门和对应的站台门保持打开，等待后续操作（根据运营规程，如人工介入使用重关门命令）。

当某扇站台门关门时受阻，智能门控柜只会重发该扇站台门重新开/关门命令，给站台门系统。此时只会重新开/关该受阻的站台门，车门和其他未受阻的站台门保持关闭。如果重新开/关门超过规定的次数，智能门控柜将向车载ATC发送“超过限制”信息，车载ATC将发送开门命令，使该站台门和对应的车门保持打开，等待后续操作（根据运营规程，如人工介入使用重关门命令）。

再开/关门循环操作过程如图9所示。

图 SEQ 图9- \* ARABIC 9再开/关门循环操作过程

(四)            站台门非预期打开检测和复位

智能门控柜能判断站台门的非预期（非正常）打开。如果智能门控柜没有发送过“门使能”命令给站台门系统，而站台门系统发来的 “门关闭且锁紧”信息丢失时，智能门控柜判断该侧站台门为非预期打开。列车不允许进出站，保证安全。

当“门关闭且锁紧”信息恢复时：

1）  需要人工确认现场安全后，按压站台门系统就地控制盘上的“非预期开门复位”按钮。这时方可允许列车进出站作业。

2）  如果未按压“非预期开门复位”按钮，不允许列车进出站作业。

(五)            故障门对位隔离

在站台开/关门作业时，当车载ATC收到某个车门故障信息，或者智能门控柜收到站台门系统发来的某个站台门故障信息，车载ATC不会发对应车门/站台门的开门命令，对应的车门/站台门不会打开，从而实现故障门对位隔离功能。

(六)            不同站台按不同车厢开/关门

图10以T1站为例，2辆编组列车停在站台中间，1辆车厢为空侧车厢，另1辆车厢为陆侧车厢。空侧车厢只开关空侧站台侧的车门/站台门，陆侧车厢只开关陆侧站台侧的车门/站台门。

图 SEQ 图9- \* ARABIC 10不同站台按不同车厢开/关门

针对该场景，智能门控柜通过向站台门系统发送表3的信息即可实现相关功能：

表3  不同站台按不同车厢开/关门时智能门控柜发送给站台门系统的信息

(七)            监测站台门状态

根据本文表2网络接口信息，智能门控柜通过接收站台门系统发送的站台门健康状态、站台门系统电源状态、本地控制模式、站台门关闭状态、站台门完全打开状态、站台门人工解锁状态、站台门切除状态、站台门障碍物检测状态等，实现对站台门系统状态的实时监测。接口信息定位到单个站台门，便于故障时维护人员快速查找故障点。

(八)            开/关门预告

根据本文表2网络接口信息，智能门控柜通过网络接口，向站台门系统发送站台门关门预告，开门预告信息，实现与站台乘客进行信息交互的功能。

五、       结束语

本文介绍了一种新型先进的智能门控柜，独立于联锁和区域控制器，采用2乘2取2冗余结构，可靠性高，安全完整性等级达到SIL4级。智能门控柜直接与车载ATC通信，通过物理硬线和网络直接与站台门系统接口，避免了传统固定编组线路采用继电电路需经过组合柜继电器励磁的中间过程，实现站台门的快速响应，可以使乘客体验到全自动驾驶系统级别的流畅控制过程和提高行车能力。实现了灵活编组列车灵活停站时各种复杂场景下的开/关门作业需求。同时，该方案实现了故障门对位隔离、同一车站同一列车不同站台不同车厢控制、监测站台门状态、开/关门预告等多种传统固定编组线路不具备的功能。

智能门控柜可用于各种灵活编组或固定编组线路与站台门系统接口，可适配不同类型的站台门和接口，另外通过网络接口可根据用户需求扩展更多功能。目前已成功应用于芜湖轨道交通1、2号线（单轨，4/6辆编组混跑）、深圳机场旅客自动捷运（APM）系统、成都天府国际机场旅客自动捷运（APM）系统，在国内轨道交通全自动控制领域处于领先地位。

六、       参考文献

【1】国家标准《城市轨道交通信号系统通用技术条件》（GB/T 12758-2004）

【2】行业规范《城市轨道交通CBTC信号系统行业技术规范-需求规范》

【3】《城市轨道交通灵活编组运营组织研究》唐玉川

【4】《不同编组列车混跑情形下信号与屏蔽门接口设计》张治梁

【5】《基于门控柜的站台门联动方案分析》 马海波

【6】《地铁信号系统与屏蔽门/安全门接口浅析》 陈浩莹

【7】《南京地铁宁溧线信号控制4_6节编组列车混合运行技术方案》 李云

【8】 《胶轮路轨自动旅客运输系统车辆灵活编组设计》 王振