城軌車輛集中開關門控制分析及改進設計

李春明

(南車株洲電力機車有限公司，412001，株洲∥工程師)

城市軌道交通(簡為“城軌”)車輛客室車門為乘客上、下列車提供通道，因其數量多、操作頻繁且必須在規定時間預定位置實現開關門動作，而對乘客安全、列車運營產生重要影響，是車輛至關重要的系統。由于開關門信號傳遞問題造成一列車單扇、多扇、甚至整列車一側不能實現正常開關門控制，從而導致列車運營晚點或清客下線的現象時有發生。如2010年1月16日廣州城軌5號線開往文沖方向的列車到達楊箕站時，由于單側車門不能在司機室內打開，造成列車晚點約6 min后清客處理。

1 目前開關門控制方案分析

1.1 方案一:列車線開關門控制

目前大多數城軌車輛僅通過硬連線來進行開關門控制，網絡線不參與控制，只反饋車門狀態(如圖1)。開關門指令通過列車線傳輸給門控單元;門控單元依據列車線開關信號，再結合零速信號和使能信號向驅動電機發送指令來實現開關門動作(見表1);開關狀態通過網絡線反饋給列車控制系統，并在司機室顯示屏(MMI)上顯示。

圖1 開關門控制框圖

表1 開關門控制邏輯表

此方案由于只有列車線開關門控制，無冗余控制功能，故當列車線松脫、短路或繼電器故障時，在司機室將無法進行開關門控制，由此造成列車晚點，嚴重的造成清客下線。

1.2 方案二:列車線與網絡線冷備冗余，網絡線優先

隨著列車控制系統總線網絡技術的發展，其準確性及抗干擾能力越來越強，網絡越來越多地參與到各子系統的控制功能上來。上海軌道交通3號線就采用網絡線優先的方案，目前運營狀態良好。方案二的具體步驟如下:

(1)開關門指令由按鈕發出后，同時通過列車線和網絡線至各門控單元;

(2)當網絡正常時，門控單元執行網絡線傳輸過來的開關門指令，不執行列車線指令;

(3)司機室內設置“緊急牽引”旋鈕，并通過列車線發送給所有門控單元;

(4)當網絡出現故障，或列車出現緊急牽引的條件時，司機將旋鈕旋到“緊急牽引”狀態，所有的門控器均執行列車線開/關門指令。

該方案在網絡線開關門控制故障時，只能操作“緊急牽引”旋鈕實現列車線開關控制。但此時列車必須運營到終點站后回庫維修，造成運力下降。

1.3 方案三:列車線與網絡線熱備冗余，列車線優先

目前廣州軌道交通2、8號線延長線項目采用該方案。具體步驟如下:

(1)開關門指令由按鈕發出后，同時通過列車線和網絡線至各門控單元;

(2)列車線正常情況下，門控單元執行列車線傳輸的開關門指令;

(3)當門控單元判斷列車線的信號故障時，將執行網絡線傳送的開關門指令;門控單元將記錄該轉換過程信息，以利于維修人員檢修時判定開關門控制執行的信號類型。

門控單元對列車線信號的判斷邏輯見表2。由于網絡線比列車線信號滯后0.5～1.0 s，從表2可看出，門控單元對列車線的故障不能100%準確判定。因此，為可靠地實現以上功能，必須在門控單元上設定以下假定條件:

表2 門控單元列車線信號判斷邏輯

(1)當門控單元接收到列車線指令后1.5～2.0 s內接收到的網絡指令無效;

(2)接收到網絡線指令前2 s內未接收到列車線指令，同時門控單元列車線故障時，執行網絡指令;

(3)當門控單元判定列車線已失效時，只執行網絡指令，不執行列車線指令，直到門控單元重啟后再重新判定。

與方案一、方案二相比，方案三能在列車線故障時有一種冗余方法，使開關門控制正常，但也存在如下缺陷:

(1)若列車一側門中部分門控單元判斷開關門列車線故障，則部分車門會執行列車線指令，部分故障車門執行網絡線指令，導致同側車門開關門不同步現象。

(2)門控單元不能對列車線全故障進行判斷。

2 改進設計

經對目前三種控制方案進行分析，本文提出一種改進設計方案:列車線與網絡線冷備雙冗余，通過旋鈕選擇決定列車線或網絡線有效(見圖2)。具體步驟如下:

圖2 開關門控制流程圖

(1)開關門指令由按鈕發出后，同時通過列車線和網絡線傳至各門控單元;

(2)額外設置“開關門模式切換”旋鈕來決定列車線或網絡線有效(默認狀態為列車線優先)，旋鈕通過列車線與所有門控單元相連。其控制原理如圖3所示;

(3)當旋鈕選擇列車線有效時，門控單元執行列車線指令;當旋鈕選擇網絡有效時，門控單元執行網絡指令，門控單元不進行任何判定。即當列車線有效時，即使接收到網絡指令，門控單元也不執行網絡線指令。

圖3 列車線與網絡線控制選擇控制原理圖

3 結語

通過對目前三種開關門的缺陷進行分析，本文提出一種列車線與網絡線雙冗余，由司機通過“開關門模式切換”旋鈕決定硬連線或網絡線有效的改進設計方案。當網絡線或列車線開關門故障時，提供一種備選控制方案，可有效地降低造成列車運行晚點、甚至清客下線的風險。該改進設計有利于提升車輛制造公司及城軌運營公司的美譽度，并已在廣州城軌3號線北延線項目得到應用，經測試效果良好;也可為新造或改造輕軌車輛、動車組開關門控制提供借鑒方案。

［1］周俊龍，王建兵.上海城軌車輛客室車門可靠性和安全性技術研究［J］.電力機車與城軌車輛，2006(4):7.

［2］彭有根.廣州城軌二號線車輛車門系統及控制原理［J］.城市軌道交通研究，2005(6):22.

［3］侯文軍.城軌車輛客室車門監控功能的優化設計［J］.城市軌道交通研究，2008(5):36.

［4］劉玉文，賈理鋒，吳永深.城軌車輛客室側門安全性設計［J］.城市軌道交通研究，2008(11):81.

［5］楊濤，朱小娟，王建兵.上海城軌AC03型電動列車客室車門故障分析及解決措施［J］.城市軌道交通研究，2006(5):33.