地鐵列車緊急制動(dòng)回路中旁路設(shè)置的研究

張謙虓, 陳 嘉

上海申通地鐵集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心 上海 201103

1 研究背景

對(duì)于地鐵線路而言,提高地鐵列車運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)點(diǎn)率意味著盡量減少運(yùn)營(yíng)故障,并盡量降低各類運(yùn)營(yíng)故障的風(fēng)險(xiǎn)及危害。地鐵列車的指令繁多,關(guān)鍵指令主要依靠110 V硬線控制電路傳輸。控制電路不僅復(fù)雜,而且多節(jié)點(diǎn),某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障,如接觸不良、斷開(kāi)等,指令將無(wú)法傳輸。地鐵列車的指令分為關(guān)鍵指令和非關(guān)鍵指令,如果節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生在關(guān)鍵指令線上,那么會(huì)造成列車救援。地鐵列車的救援事件有一部分是由電路節(jié)點(diǎn)故障引起的,主要表現(xiàn)為接觸不良導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法傳輸。庫(kù)內(nèi)日常檢查雖然可以發(fā)現(xiàn)部分接觸不良的節(jié)點(diǎn),但是仍然很難防止在正線運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障,而設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)是處理正線故障的最佳方式。

2016年6月7日11:55,上海地鐵7號(hào)線727次0707號(hào)地鐵列車由花木路站下行出站,列車自動(dòng)駕駛模式施加緊急制動(dòng),列車在所有模式[1]下均無(wú)法緩解緊急制動(dòng)。列車司機(jī)進(jìn)入第一個(gè)3 min應(yīng)急處置流程,在切除列車自動(dòng)保護(hù)后列車緊急制動(dòng)緩解,能夠動(dòng)車。列車行駛1 min后,再次緊急制動(dòng)并且無(wú)法緩解,列車司機(jī)再次進(jìn)入應(yīng)急處置流程。6 min后,列車司機(jī)應(yīng)急處置無(wú)效,申請(qǐng)救援[2]。最終此次故障造成龍陽(yáng)路站下行最長(zhǎng)晚點(diǎn)28 min,屬于一起運(yùn)營(yíng)質(zhì)量事件。

通過(guò)上述案例可以發(fā)現(xiàn),若緊急制動(dòng)無(wú)法緩解,直接就會(huì)導(dǎo)致列車救援。而在緊急制動(dòng)無(wú)法緩解的情況下,最有效避免救援的應(yīng)急處置措施就是使用與緊急制動(dòng)緩解相關(guān)的旁路開(kāi)關(guān)。筆者對(duì)緊急制動(dòng)回路[3-4]進(jìn)行分析,梳理緊急制動(dòng)關(guān)鍵回路中可能導(dǎo)致列車緊急制動(dòng)無(wú)法緩解的關(guān)鍵故障點(diǎn),針對(duì)故障點(diǎn)提出緊急制動(dòng)旁路[5-7]設(shè)置方案,并對(duì)設(shè)置旁路后旁路開(kāi)關(guān)的功能范圍進(jìn)行研究。

2 地鐵列車緊急制動(dòng)電路分析

2.1 緊急制動(dòng)指令電路

地鐵列車緊急制動(dòng)指令電路的作用是向列車發(fā)出緊急制動(dòng)緩解或施加指令,即當(dāng)聯(lián)通緊急制動(dòng)指令列車線時(shí),列車緊急制動(dòng)緩解,當(dāng)緊急制動(dòng)指令列車線斷開(kāi)時(shí),列車施加緊急制動(dòng)[8]。在緊急制動(dòng)指令電路中,通常設(shè)置警惕按鈕、列車自動(dòng)保護(hù)、總風(fēng)壓力、車間電源、障礙物探測(cè)等條件監(jiān)控觸點(diǎn),當(dāng)其中任意一個(gè)條件觸點(diǎn)斷開(kāi)后,列車立即施加緊急制動(dòng)。

2.2 緊急制動(dòng)控制電路

地鐵列車緊急制動(dòng)控制電路的作用是控制列車緊急制動(dòng)緩解或施加,即通過(guò)緊急制動(dòng)激活列車線,進(jìn)而控制緊急制動(dòng)電磁閥工作。在緊急制動(dòng)指令電路中,通常設(shè)置緊急制動(dòng)繼電器[9]觸點(diǎn)。當(dāng)該緊急制動(dòng)繼電器得電后,緊急制動(dòng)控制電路中的緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作,聯(lián)通緊急制動(dòng)激活列車線,從而控制緊急制動(dòng)電磁閥。

2.3 牽引授權(quán)電路

地鐵列車牽引授權(quán)電路的作用是向列車發(fā)送牽引授權(quán)指令,允許列車牽引,即當(dāng)牽引授權(quán)列車線上所設(shè)置的監(jiān)控條件全部滿足時(shí),列車允許牽引。在牽引授權(quán)電路中,通常設(shè)置司機(jī)室激活、門(mén)鎖閉、空氣制動(dòng)緩解、停放制動(dòng)緩解、緊急制動(dòng)緩解等條件監(jiān)控觸點(diǎn),當(dāng)其中任意一個(gè)條件監(jiān)控觸點(diǎn)斷開(kāi)后,列車禁止?fàn)恳?/p>

3 地鐵列車緊急制動(dòng)回路故障分類

地鐵列車緊急制動(dòng)回路故障可以分為兩類,一類為緊急制動(dòng)施加條件故障,另一類為緊急制動(dòng)執(zhí)行故障。緊急制動(dòng)施加條件故障指因緊急制動(dòng)指令電路中的某一項(xiàng)條件沒(méi)有滿足時(shí),該條件的監(jiān)控觸點(diǎn)斷開(kāi),導(dǎo)致列車施加緊急制動(dòng)。觸發(fā)緊急制動(dòng)的監(jiān)控條件有警惕按鈕、總風(fēng)壓力、車間電源、障礙物探測(cè)等。緊急制動(dòng)執(zhí)行故障指因緊急制動(dòng)關(guān)鍵電路中緊急制動(dòng)繼電器故障或緊急制動(dòng)繼電器的某一個(gè)觸點(diǎn)故障,導(dǎo)致列車緊急制動(dòng)。

4 地鐵列車緊急制動(dòng)回路旁路設(shè)置

4.1 緊急制動(dòng)施加條件旁路設(shè)置

緊急制動(dòng)施加條件故障導(dǎo)致地鐵列車緊急制動(dòng)無(wú)法緩解,可能由單個(gè)條件故障造成,也可能由多個(gè)條件故障造成。為了避免因故障導(dǎo)致列車中斷運(yùn)行,對(duì)緊急制動(dòng)施加條件故障提出兩個(gè)旁路設(shè)置方案。

方案(1)是對(duì)緊急制動(dòng)施加條件單獨(dú)設(shè)立旁路開(kāi)關(guān),如圖1所示。旁路具體包括警惕按鈕旁路、總風(fēng)低壓旁路、車間電源旁路、障礙物探測(cè)旁路。列車因緊急制動(dòng)施加條件故障而使緊急制動(dòng)無(wú)法緩解時(shí),列車司機(jī)通過(guò)判斷確認(rèn)具體單個(gè)或多個(gè)緊急制動(dòng)施加條件,使用相對(duì)應(yīng)的旁路開(kāi)關(guān)進(jìn)行應(yīng)急處置。目前,整車供應(yīng)商在列車上大多采用這種旁路設(shè)計(jì)。

圖1 方案(1)示意圖

方案(2)是設(shè)置一個(gè)旁路所有緊急制動(dòng)施加條件的開(kāi)關(guān),如圖2所示,稱為緊急制動(dòng)施加條件旁路。列車司機(jī)通過(guò)判斷確認(rèn)因緊急制動(dòng)施加條件造成緊急制動(dòng)無(wú)法緩解時(shí),可使用緊急制動(dòng)施加條件旁路進(jìn)行處置,而且不需要進(jìn)一步分析具體是哪個(gè)或哪幾個(gè)緊急制動(dòng)施加條件故障。

圖2 方案(2)示意圖

方案(1)的優(yōu)點(diǎn)是旁路功能針對(duì)單個(gè)故障條件,旁路風(fēng)險(xiǎn)小。缺點(diǎn)是列車司機(jī)需要準(zhǔn)確判斷故障,并需要具備較高的業(yè)務(wù)能力。如緊急制動(dòng)無(wú)法緩解故障是由多個(gè)條件故障引起的,則需使用多個(gè)旁路開(kāi)關(guān)進(jìn)行應(yīng)急處置,應(yīng)急處置用時(shí)較長(zhǎng)。

方案(2)的優(yōu)點(diǎn)是可優(yōu)化旁路開(kāi)關(guān)設(shè)置數(shù)量,設(shè)置單個(gè)旁路開(kāi)關(guān)同時(shí)旁路所有緊急制動(dòng)施加條件,可縮短列車司機(jī)判斷故障的時(shí)間,降低司機(jī)故障判斷難度,司機(jī)只需要確認(rèn)故障由緊急制動(dòng)施加條件引起。缺點(diǎn)是旁路范圍廣,風(fēng)險(xiǎn)高,司機(jī)需要關(guān)注多項(xiàng)列車狀態(tài)。

4.2 緊急制動(dòng)不緩解旁路設(shè)置

為避免因緊急制動(dòng)執(zhí)行故障,導(dǎo)致地鐵列車緊急制動(dòng)無(wú)法緩解,中斷運(yùn)行,需要設(shè)置緊急制動(dòng)不緩解旁路作為應(yīng)急處置措施。緊急制動(dòng)不緩解旁路開(kāi)關(guān)含有三個(gè)觸點(diǎn),分別設(shè)置在緊急制動(dòng)指令電路、緊急制動(dòng)控制電路、牽引授權(quán)電路中。使用緊急制動(dòng)不緩解旁路開(kāi)關(guān)后,上述電路中的緊急制動(dòng)不緩解旁路觸點(diǎn)會(huì)同時(shí)動(dòng)作。緊急制動(dòng)不緩解旁路設(shè)置方案如圖3所示。

圖3(a)中,緊急制動(dòng)不緩解旁路觸點(diǎn)斷開(kāi),斷開(kāi)緊急制動(dòng)指令電路中緊急制動(dòng)緩解自保回路、列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn),達(dá)成緊急制動(dòng)施加條件輸入,使緊急制動(dòng)指令電路失效。

圖3(b)中,為了旁路緊急制動(dòng)繼電器1觸點(diǎn)和緊急制動(dòng)繼電器2觸點(diǎn),增加的旁路電路中包含緊急制動(dòng)不緩解旁路觸點(diǎn)、列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn)、本端司機(jī)室激活繼電器觸點(diǎn),通過(guò)旁路電路使緊急制動(dòng)電磁閥得電,列車緊急制動(dòng)緩解。由于在緊急制動(dòng)指令電路中斷開(kāi)了列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)防護(hù)功能,正線運(yùn)營(yíng)時(shí),如緊急制動(dòng)不緩解旁路誤使用或誤觸發(fā),會(huì)給正線運(yùn)營(yíng)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。因此,在緊急制動(dòng)控制電路中增設(shè)了列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn),使列車在緊急制動(dòng)不緩解旁路使用時(shí),仍然具備列車自動(dòng)保護(hù)的緊急制動(dòng)防護(hù)功能。此列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn)屬于列車自動(dòng)保護(hù)范疇,同時(shí)添加了列車自動(dòng)保護(hù)切除的旁路觸點(diǎn),在列車自動(dòng)保護(hù)發(fā)生故障時(shí)也能通過(guò)列車自動(dòng)保護(hù)切除觸點(diǎn)來(lái)進(jìn)行有效旁路。

圖3(c)中,在緊急制動(dòng)緩解后,列車需要牽引授權(quán),因此旁路牽引授權(quán)電路中的緊急制動(dòng)繼電器1觸點(diǎn)和緊急制動(dòng)繼電器2觸點(diǎn)。增設(shè)的旁路電路包含列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn)、列車自動(dòng)保護(hù)切除觸點(diǎn)和緊急制動(dòng)不緩解旁路觸點(diǎn)。列車在緊急制動(dòng)不緩解旁路運(yùn)行時(shí),仍具備列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)防護(hù)功能。

圖3 緊急制動(dòng)不緩解旁路

4.3 緊急制動(dòng)旁路設(shè)置建議

根據(jù)上述分析,設(shè)置緊急制動(dòng)施加條件旁路和緊急制動(dòng)不緩解旁路很有必要,這兩種旁路可以有效應(yīng)對(duì)列車緊急制動(dòng)無(wú)法緩解故障,避免列車因故障導(dǎo)致救援。其中,設(shè)置緊急制動(dòng)施加條件旁路,就電路而言較為簡(jiǎn)單。從使用風(fēng)險(xiǎn)角度出發(fā),方案(1)的安全性更高,建議參照方案(1)進(jìn)行設(shè)置。針對(duì)不同的緊急制動(dòng)施加條件旁路,需指定相對(duì)應(yīng)的控制措施。如總風(fēng)低壓旁路使用前,列車司機(jī)需確認(rèn)總風(fēng)壓力值,判斷故障為總風(fēng)壓力監(jiān)控故障,才能使用該旁路進(jìn)行處置。旁路啟用后,列車運(yùn)行中司機(jī)需關(guān)注總風(fēng)壓力值,當(dāng)總風(fēng)壓力值低于限制值時(shí),需盡快清客退出運(yùn)行。

設(shè)置緊急制動(dòng)不緩解旁路,就電路而言較為復(fù)雜,如發(fā)生誤觸發(fā)或誤使用的情況,則會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)造成影響。建議緊急制動(dòng)不緩解旁路功能中不包含列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)防護(hù)功能,以避免當(dāng)緊急制動(dòng)不緩解旁路觸點(diǎn)自身發(fā)生故障時(shí),列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)防護(hù)功能失效的情況。在使用緊急制動(dòng)不緩解旁路時(shí),必須增加控制措施來(lái)降低旁路風(fēng)險(xiǎn),如旁路使用后,列車需要清客,然后由人工限速退出運(yùn)營(yíng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

為避免地鐵列車緊急制動(dòng)無(wú)法緩解故障導(dǎo)致列車救援,在地鐵列車緊急制動(dòng)回路中設(shè)置旁路是很有必要的。筆者對(duì)地鐵列車緊急制動(dòng)關(guān)鍵電路進(jìn)行了分析,梳理電路中會(huì)導(dǎo)致緊急制動(dòng)施加無(wú)法緩解的故障點(diǎn)。根據(jù)不同的故障點(diǎn),對(duì)故障進(jìn)行分類。針對(duì)不同類型的故障,設(shè)置緊急制動(dòng)施加條件旁路和緊急制動(dòng)不緩解旁路,并對(duì)設(shè)置方案進(jìn)行研究。為了降低緊急制動(dòng)施加條件旁路在應(yīng)急處置時(shí)的使用風(fēng)險(xiǎn),緊急制動(dòng)施加條件旁路建議分開(kāi)設(shè)置。緊急制動(dòng)不緩解旁路不能將列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)防護(hù)功能旁路,以避免因緊急制動(dòng)不緩解旁路觸點(diǎn)自身發(fā)生故障時(shí),列車自動(dòng)保護(hù)緊急制動(dòng)防護(hù)功能失效的情況。在目前地鐵列車全自動(dòng)無(wú)人駕駛[10]已成為發(fā)展主流趨勢(shì)的情況下,設(shè)置列車緊急制動(dòng)不緩解旁路需要對(duì)設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行完整評(píng)估,在旁路使用時(shí)需要采取適合無(wú)人駕駛系統(tǒng)的控制措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。