廣州市旅客自動輸送系統的屏蔽門系統控制模式設計

盧昌儀

(廣州地鐵設計研究院有限公司,510010,廣州∥工程師)

旅客自動輸送(Automated People Mover,簡為APM)系統主要應用于短距離輸送、短距離穿梭且追蹤間隔小的全封閉線路,如機場內航站樓之間的旅客輸送,或輸送距離較短、客流較小的區域交通。在國內,北京首都機場首先設置了APM系統;廣州為解決珠江新城中央商務區內的交通及與周邊軌道交通線路的聯絡,也設置了APM系統。

APM系統一般采用智能化的無人駕駛運營模式,包括車輛入庫、排列、洗車等工序。為滿足無人駕駛的需求,在站臺邊緣設置了屏蔽門。由于運營功能需求的差異,應用于APM的屏蔽門系統與地鐵工程屏蔽門系統在控制模式上有所差異。本文以珠江新城APM系統為工程實例,分析探討應用于APM的屏蔽門系統的工作原理和控制模式設計。

1 項目概況

1.1 線路概況

為滿足廣州珠江新城中央商務區和天河商貿區內部的交通需求,特設置APM系統。其線路呈南北走向,穿越林和西—珠江新城—赤崗塔,總長度為3.94 km,全部為地下線路;系統共設置9座車站和1座車場,控制中心設于最南端的赤崗塔站內。

1.2 車輛選型

根據站間距短、客流量小等特點,選用龐巴迪公司的膠輪-導向CX100型車輛。車輛采用膠輪、混凝土運行道、導向軌導向的運行方式。其供電方式為交流600 V接觸軌。初期為2節編組,遠期為3節編組,車廂之間互不相通。每節車廂乘客門數量為2道/側。圖1為車輛的外形結構示意圖。

圖1 車輛結構圖

1.3 運營管理模式

車站不設或只設很少的工作人員。整個系統運營完全中央集中化,由控制中心(OCC)負責信息管理、下達指令、任務決策等,還包括維修方面。控制中心實現全部的調度和監控來強化集中式管理。

1.4 信號系統

信號系統采用全雙工通信制、展布頻譜無線通信技術的移動閉塞系統。與固定閉塞系統相比,該系統在車-地之間采用無線通信,可大大減少軌旁設備。該系統主要由列車自動保護(ATP)、列車自動駕駛(ATO)和列車自動監控(ATS)等三個子系統構成。在全自動無人駕駛模式下,信號系統同時聯動控制屏蔽門和列車乘客門。

2 屏蔽門系統構成

屏蔽門系統主要由門體、驅動系統、控制系統、電源設備等組成。

2.1 門體

門體結構主要由滑動門、固定門、應急門、端門、頂箱等機械部件組成。根據列車編組,每側站臺屏蔽門設置6道滑動門,與列車乘客門一一對應。為適應車廂之間不互通的條件,每側站臺屏蔽門設置了14扇應急門,向站臺側開啟,滿足了應急疏散的要求。屏蔽門在車站的典型平面布置模式如圖2所示。

圖2 屏蔽門平面布置圖

2.2 驅動系統

驅動系統采用皮帶驅動方式,主要由驅動裝置(電機、減速器等)和傳動裝置、鎖定裝置及解鎖裝置、位置檢測開關等組成,如圖3所示。

圖3 驅動系統示意圖

2.3 控制系統

屏蔽門控制系統主要由中央控制盤(PSC)、門控單元(DCU)、就地控制盤(PSL)、接口模塊(包括與信號系統、綜合監控系統(ISCS)的接口)、通信介質等組成,如圖4所示。

APM系統采用高度自動化、集中化的運營管理模式,屏蔽門控制系統與ATC系統的聯動控制,保證屏蔽門與列車門實現一對一的聯動關系。另外,控制中心通過綜合監控系統與屏蔽門系統的通信接口,實現對屏蔽門系統的遠程監視和控制功能:在控制中心顯示終端能查詢屏蔽門系統的工作狀態,在緊急狀態下控制中心能對屏蔽門進行開門和關門控制。

2.3.1 中央控制盤

中央控制盤(PSC)主要由工控主機、單元控制器(PEDC)及接口模塊等組成,是屏蔽門系統的“大腦”。PSC負責所有門單元的狀態監視,并通過接口模塊向綜合監控系統反饋信息,同時接受控制中心的指令并廣播式下發至DCU。

圖4 屏蔽門控制系統結構圖

2.3.2 門控單元

門控單元(DCU)是現場執行部件,根據外部輸入條件對驅動電機的控制,完成滑動門的閉合動作,以及對滑動門狀態的監視及反饋。另外,DCU通過安裝在門頭上的可編程邏輯控制器(PLC)把信息上傳至信號系統。信號系統將根據每道門單元的狀態進行邏輯判斷。

2.3.3 就地控制盤

就地控制盤(PSL)安裝在站臺公共區,作為系統控制的后備模式。在系統級控制無法完成時,工作人員可在站臺層完成屏蔽門系統的手動操作,完成開門、關門、互鎖解除等功能。

3 屏蔽門系統的控制模式

屏蔽門系統的控制模式主要有系統聯動控制模式和人工控制模式。系統聯動控制模式是指無人駕駛模式下屏蔽門系統與信號系統的聯動控制模式,信號系統對屏蔽門系統進行實時的監督和控制,屏蔽門系統又實時向信號系統反饋門體的狀態,作為信號系統的邏輯判斷條件。人工控制模式是在人工駕駛模式或在緊急情況下,由人工對屏蔽門進行操作的控制模式。人工控制模式又分遠程控制模式和就地控制模式。

3.1 系統聯動控制模式

3.1.1 控制原理

信號系統的ATP子系統負責屏蔽門系統安全狀態監控,通過ATP確保屏蔽門系統及列車處于安全情況下的開/關門指令發送;ATO子系統負責屏蔽門系統的動作及狀態監視,通過ATO實現對屏蔽門系統的監視和控制。屏蔽門系統與信號系統的聯動監控原理如圖5所示。

圖5 監控原理圖

3.1.2 安全信息

屏蔽門系統與信號系統之間至關重要的信息稱為安全至關信息,主要包括主電源允許、關閉并鎖定、互鎖解除等3種信息(見圖5)。安全信號采用硬線連接方式,通過ATP“故障-安全”的安全繼電器回路與屏蔽門系統進行電氣連接。

在ATP確保安全的情況下,信號系統以列車車廂(2道滑動門)為單位向屏蔽門系統發送“主電源允許”指令,隨后才允許ATO發送“開門命令”。屏蔽門系統在沒有得到“主電源允許”的情況下是不允許動作的。另外,屏蔽門系統以每側站臺為單位向ATP反饋“關閉并鎖定”信號,ATP只有收到“關閉并鎖定”信號時才允許列車進站或出站。“互鎖解除”信號作為“關閉并鎖定”信號的虛擬信號,只有在人工模式時才由人工向ATP發送,以解除屏蔽門系統與ATP的聯鎖。

3.1.3 狀態信息

信號系統以每道滑動門為單位,通過設置在門頭的PLC實現與屏蔽門系統的信息互聯。所涉及到的信息包括開門命令、人工開門、門隔離、門障礙物探測、門關閉并鎖緊、門全開、門故障等7種狀態和指令。

若ATO檢測到某一門單元被隔離或有其它故障時,即使得到ATP的允許,ATO也不會發出“開門命令”,不會對相應的列車乘客門進行聯動控制。相反,列車乘客門的故障也會影響信號系統對屏蔽門的聯動。這樣,ATO確保了屏蔽門與列車門一一對應的聯動控制。

值得一提的是,信號系統只提供“開門命令”。“開門命令”是一種持續的高電平信號,只有從高電平轉換至低電平時,屏蔽門系統才執行關門動作。“開門命令”的持續時間由信號系統設定。

3.2 人工控制模式

人工控制模式是系統聯動控制模式的補充,分為站臺級控制和遠程控制。

3.2.1 站臺級控制

站臺級控制是由管理人員在站臺操作PSL,對屏蔽門進行開/關門控制、互鎖解除控制等,通過硬線實現。每側站臺屏蔽門均設置一套PSL,安裝在站臺公共區。

正常情況下,屏蔽門系統由信號系統發送指令,一旦信號系統指令失效、通信故障,或者列車進入人工駕駛模式時,將啟動站臺級控制。列車駕駛員或站務人員通過PSL對屏蔽門進行開門、關門、互鎖解除等操作,實現屏蔽門的站臺級控制操作。

3.2.2 遠程控制

遠程控制主要用于緊急情況,如站臺火災、列車乘客緊急疏散等,控制權設在控制中心。

屏蔽門系統通過以太網接口形式與綜合監控系統進行互聯。綜合監控系統通過其在控制中心的綜合操作平臺,實現對屏蔽門系統的遠程控制。圖6為遠程控制原理圖。

圖6 綜合監控系統與屏蔽門系統的網絡圖

綜合監控系統采用了深度集成的設計方案,在車站級綜合監控系統中集成,接口協議采用基于TCP/IP的Modbus協議,與屏蔽門系統實現無縫連接。另外,綜合監控系統在OCC的遠程終端建立了面向用戶的應用軟件平臺,實現了全線屏蔽門系統信息共享及監控功能。

4 結語

在以往的APM項目中,屏蔽門系統兼作信號系統的附屬子系統,僅僅提供滑動門開、關的控制功能,而沒有設置中央級的管理模式。廣州市旅客自動輸送系統的最大特點就是全部線路均為地下線路,設計時不僅要考慮乘客運輸要求,還應滿足應急疏散的消防要求。因此,屏蔽門作為站臺區與行車區的隔離屏障,其系統功能不僅要滿足無人駕駛的系統聯動控制模式,還應考慮有人駕駛時的人工操作模式,更應適應地下工程的消防疏散要求。

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