城市軌道交通CBTC移動閉塞系統屏蔽門控制分析

曹啟濱

（北京市地鐵運營有限公司通信信號公司，北京 100088）

基于通信的列車控制系統（CBTC）正在被越來越多的城市應用。CBTC列控系統打破了傳統依靠軌道電路進行列車閉塞分割的概念，提出了基于無線通信的移動閉塞概念。同時CBTC系統也將站臺屏蔽門的聯動控制、屏蔽門與列車安全運行的控制策略融為一體，成為城市軌道交通移動閉塞列控系統的重要組成部分。

1 CBTC基本原理

1.1 傳統軌道信號制式

依靠軌道電路或計軸設備實現列車運營區段的物理隔離，以確保同一個閉塞分區內最多容納一列車。物理區段的隔離實現列車之間不會產生沖突，以確保行車安全。這種閉塞方式原理簡單，使用方便，但是面對城市軌道交通高密度、小間隔運營的實際需求，這種固定閉塞模式僅能保障基本的安全運營，難以提高運營效率。

1.2 基于無線通信的移動閉塞控制系統CBTC

CBTC不再要求軌道設置閉塞區段，而是完全依靠前后列車的無線通信以及高精度的列車定位技術實現列車在線路上的受控運營，旨在實現安全與效率的雙贏。

CBTC移動閉塞列車采集地面信標的定位信息，并將采集到的信標點信息與列車行駛方向、速度值、加速度值信息進行計算，得出高精度的列車定位，通過無線車地通信設備，如波導天線發送給地面控制單元——區域控制器（ZC），ZC匯總本控制區域內所有移動閉塞列車發來的位置信息，并結合線路當前情況為每一組在線CBTC列車分配移動授權。

CBTC列車的移動授權不僅與其前方列車距離、速度、駕駛模式有關，而且與前方線路土建結構的限速、進路條件、道岔開通位置、車站距離、車站屏蔽門（PSD）和站臺緊急關閉按鈕觸發狀態密切相關，上述各項成為移動授權中的沖突點。CBTC系統總是為列車檢測最近的一個沖突點，并將最近沖突點的限制條件直接作用于在線列車，產生降速、停車的安全防護曲線。列車運行前方所有沖突條件均開放時，通常可以將移動授權發放至前方第15個沖突點范圍內。列車移動授權伴隨車載計算機（ATC）與ZC進行周期性的掃描變化，數據不斷刷新，通常為400?ms的周期，如圖1所示。

2 屏蔽門系統與CBTC控制關系

2.1 CBTC列車在站內實現車門、屏蔽門聯動

CBTC列車正常運營時可以采用自動駕駛模式（CBTC+ATO駕駛），也可以采用人工駕駛模式（CBTC+CM駕駛），進入車站減速停車。列車裝備的車載定位信標天線會采集站臺端部停準位置，一旦停準，司機顯示屏上將顯示停準信息。此時，列車無線天線與地面無線裝置如波導管通信，將列車停準停穩信息告知地面信號設備，并實現列車與屏蔽門之間的控制聯動，如圖2所示。

乘務員確認車已停車到位、列車牽引切除、保持制動施加，具備乘降條件后，按壓開門按鈕（或通過ATO自動開門指令），實現車廂門、屏蔽門的聯動開門。待乘降結束，接近發車時刻，乘務員按壓列車關門按鈕（或通過ATO自動關門指令），實現車廂門、屏蔽門的聯動關閉。當站臺所有屏蔽門均正常關閉且鎖閉后，將屏蔽門鎖閉信號發送給地面信號聯鎖設備，并通過地面車地無線裝置發送給車載計算機。屏蔽門鎖閉為列車從車站出發的必要條件之一。屏蔽門狀態屬于安全型狀態信息，只有全側24扇屏蔽門全都鎖閉正常后，門鎖閉信號才能發送給聯鎖，為發車授權提供條件。當任意一組屏蔽門未關或鎖閉狀態未采集，都不能使門鎖閉信號送入聯鎖，不能觸發發車授權，起到安全防護的作用，以免因屏蔽門打開狀態下列車移動而出現危險事故。

車載計算機同時還要采集列車車門關閉、鎖閉信息，車載計算機的這一信息通常直接源于車輛的門鎖閉繼電器。這一信號與屏蔽門狀態信息類似，都屬于安全型狀態信息。車載計算機收到由地面無線裝置發送的屏蔽門鎖閉信號和車輛送來的車門鎖閉信息后，待前方進路排通，可以實現CBTC發車，如圖3所示。

2.2 屏蔽門故障狀態對CBTC影響

屏蔽門關閉且鎖閉是實現列車獲得移動授權的必要條件，一旦屏蔽門鎖閉狀態丟失，將直接影響移動授權。

1）區間列車

在區間運行的CBTC列車將前方車站屏蔽門條件作為移動授權沖突點之一進行檢測。一旦屏蔽門打開或鎖閉狀態丟失，將列車移動授權終點限制在進站前，禁止列車進入站線區域。對于已經接近站臺的列車，如果突然丟失了屏蔽門鎖閉信號，會立即觸發列車緊急制動。

2）出站列車

列車車門及屏蔽門鎖閉正常后，獲得正常移動授權，在發車過程中，若屏蔽門鎖閉狀態丟失，將迫使列車觸發緊急制動停車，待屏蔽門條件恢復后，繼續獲得連續的移動授權。但列車全部出清站臺區域后，再發生的屏蔽門狀態丟失，已發列車將不再檢測后方站臺的屏蔽門狀態。

3 車載信號與屏蔽門系統相關問題的分析

城市軌道交通系統涉及專業眾多，特別是智能化、自動化程度提高以后，不同專業設備間具備了通信、傳輸、控制的功能。特別是專業間接口的故障點分析也顯得尤為重要。

車載信號與屏蔽門之間的控制，涉及到車輛、車載信號ATC、地面信號（聯鎖、車地無線）、中心行車監控（ATS）、屏蔽門等專業。其中車門與屏蔽門不聯動問題最為突出，需要上述各專業進行聯合排查。車門與屏蔽門聯動需要列車在站臺停車區域停穩、施加保持制動，確保不會溜車滑行，確保停車位置恰好是車門與屏蔽門對口的位置。ATC得到停穩停準指令后，會給出開門使能信號，表明當前門控有效，具備乘降條件。司機觸發開門按鈕（或ATO自動開門），開門指令一路通過車輛硬線送給車門控制機構，執行車門動作；另一路信號通過車地無線裝置送給軌旁無線單元，軌旁無線單元將指令送給聯鎖機，并由聯鎖系統通過與機電屏蔽門的接口送出開門指令，并通過此通路回傳屏蔽門狀態信息，如圖2所示。

通過上述簡要分析，可以對發生屏蔽門不聯動問題進行概括。

1）雙門不動（車廂門、屏蔽門）都不能開：主要原因在于列車沒有停準位置，或制動施加沒有被采集到，與門控回路無直接關系，應建議回放行車日志查看是否停車對位，車輛牽引切除與制動施加作用是否到位、信息是否送給車載計算機。

2）車門不動、屏蔽門動：屏蔽門能夠正常聯動，說明門使能信號有效，車—地—聯鎖—機電控制回路通，信號控制回路正常，需要車輛專業排查開門按鈕與車門動作機構的配線情況。

3）車門動作、屏蔽門不動：說明車輛開門按鈕正常，門使能送出，屏蔽門不動可能是開門指令與車載計算機之間連接不通，如硬線不通，或車地通信故障，導致屏蔽門指令沒有送給地面，或聯鎖與機電接口存在通信中斷，導致門動作指令未傳達執行機構。此類故障涉獵面多，需要通過車載ATC日志、地面信號聯鎖記錄、機電記錄等結合當時故障發生的地點、時間，進行詳細的時序分析比對，判斷故障點的歸屬。

4）進站、發車過程的緊急制動：列車在進站減速或發車加速過程中，車載顯示單元或車載行車日志報告屏蔽門鎖閉狀態丟失。此類原因有可能是屏蔽門關好繼電器狀態與聯鎖之間的采集狀態通信異常、列車車地通信丟失，或是現場屏蔽門出現鎖閉松動。實際運營中，經常因為列車進站中隧道內產生了較強的活塞風伴隨站臺區段震動，使屏蔽門鎖閉開關瞬間松動，造成鎖閉信號整體丟失，從而影響列車發車、進站。

5）單一點故障分析：通過上述分析，結合實際故障維修經驗，可以總結這樣的結論：如果車站屏蔽門中有個別門不聯動、部分門可以正常工作，原因主要在于屏蔽門系統，建議檢查個別異常屏蔽門的動作機構；若各次列車在同一站均發生屏蔽門不聯動事件，建議對故障車站地面聯鎖、無線信號覆蓋、機電接口進行檢查，此故障應與車輛關系甚微；若某一列車在各站普遍出現屏蔽門聯動問題，則重點懷疑該車的無線天線狀態、開門按鈕與ATC接線是否正常，需要對故障頻發車做細致檢查。

4 結論

城市軌道交通屏蔽門系統與車載信號、地面信號存在控制、通信的接口，實際的運營中經常出現與屏蔽門狀態有關的車載信號故障，細致掌握控制動作機理，及時準確判斷出故障點，對開展維修、維系正常運營秩序非常重要。本文從信號系統對屏蔽門的控制策略、涉及屏蔽門的信號故障原因等方面進行簡要闡述和分析，并結合故障實例進行了說明。