自動旅客運輸系統站臺門與信號系統接口設計

李朝鵬 張國剛

(1. 中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司，241060，蕪湖；2. 上海市隧道工程軌道交通設計研究院，200235，上海//第一作者，工程師)

站臺門系統是一個典型的機電一體化產品，安裝于地鐵、輕軌等軌道交通車站站臺邊緣，采用與列車門相對應、可多級控制開啟與關閉滑動門的連續屏障，將車站站臺與行車隧道區域隔離開。

自動旅客運輸(APM)系統作為全自動無人駕駛系統中的一種制式，針對靈活編組、靈活泊位以及可單門控制等運營需求，對站臺門與信號系統的接口設計提出了更高的要求。本文將結合APM系統運營的新需求，對站臺門與信號系統的接口設計進行分析。

1 APM系統站臺門與信號系統接口功能的實現

1. 1 功能分析

目前國內地鐵多采用有司機值乘的基于CBTC(基于通信的列車控制)的自動駕駛系統，其站臺門與信號系統之間接口的基本功能主要包括3個方面：列車到站停穩后信號系統向站臺門發送開門、關門命令；站臺門向信號系統發送站臺門關閉且鎖緊狀態，信號系統根據此狀態控制列車進站、離站；在站臺門無法發送關閉且鎖緊狀態時，站臺門可在人為保證安全情況下向信號系統發送互鎖解除命令，使信號系統控制列車完成進站、離站。常規軌道交通模式下站臺門系統與信號系統接口的基本功能如圖1所示。

隨著自動化技術的發展，正有越來越多的線路采用全自動無人駕駛系統。相應地，站臺門與信號系統之間的接口也隨之增加了對位隔離的功能，即：當車門或者站臺門故障時，信號系統根據收到的故障信息，向相應的站臺門或車門發送隔離信號；由站臺門或車門分別獨立對隔離信號進行處理，使其不執行開門動作。

但是，對位隔離功能未考慮到APM系統靈活編組、靈活泊位，以及可單門控制等功能需求。此外，對于APM項目，因站臺不設站務員或工作人員，當站臺門與車輛之間縫隙夾人或夾物時，控制中心應可根據間隙探測報警信號，遠程控制對應的單個站臺門打開，釋放被夾的人或物。

圖1 站臺門與信號系統接口的基本功能

1. 2 功能實現

從安全性及可靠性角度考慮，既有地鐵線路的以上接口功能均采用硬線接口實現。接口是基于雙斷設計的：信號系統的每個輸出信息，由站臺門系統提供采集電源；站臺門系統的每個輸出信息，由

信號系統提供采集電源。

如果全部依靠硬線接口設計方式來實現靈活編組、靈活泊位以及信號系統可控制單個站臺門開、關的功能，將會大幅增加硬線接口及線纜的數量，站臺門與信號系統的接口設備體積也將變大，增加了設計的難度并降低了系統可靠性。

2 APM系統站臺門與信號系統接口設計的應用

本文結合深圳寶安國際機場APM系統工程，從工程條件、總體架構、功能分類及接口設計等4個方面對APM系統中站臺門與信號系統的接口進行具體分析，采用硬線與網絡相結合的接口形式，并結合工程項目給出設計方案。

2. 1 工程條件

深圳寶安國際機場根據其客流量特點，APM系統要求采用靈活編組且靈活泊位，即列車有2輛編組、3輛編組及最大4輛編組的型式，而且相同或不同編組列車的停車泊位也不固定。同時，APM系統需具備信號系統可控制單個站臺門開、關的功能。因此，根據不同的組合情況，需按照每節車廂進行分組的門控制，具體的運行場景如圖2所示。

圖2 靈活編組及靈活泊位的運行場景

2. 2 總體架構

信號系統通過硬線接口的使能信號及通信接口的開門命令來控制站臺門的開啟和關閉。使能信號是站臺門開門的先決條件，只有當使能信號及開門命令同時有效時，站臺門才執行開門動作。

每套信號控制設備內部均包含主、從2臺控制器，主、從控制器之間互備冗余。與該套信號控制設備接口的是一套站臺門中央控制盤(PSC)。PSC內包含2臺單元控制器(PEDC)，每個PEDC分別控制一側的站臺門；2臺PEDC之間互相通信，互為冗余設計。因此，實現了2側站臺門與信號控制設備之間通信冗余，不會因單點網絡故障影響站臺門的操作和控制，提升了該接口方式的安全性及可靠性。每套信號控制器根據站臺編號及單門編號可對應控制到單個站臺滑動門。APM系統站臺門與信號接口方案的總體架構如圖3所示。

APM系統的站臺門開、關門控制邏輯是：列車到站停穩后，信號系統通過硬線發送使能命令給站臺門，同時通過冗余的網絡接口發送開門命令，站臺門根據接收到的指令進行開門操作；乘客上、下車完畢后，信號系統同時撤銷使能和開門命令，站臺門執行關門動作。

圖3 站臺門與信號系統接口總體架構方案

2. 3 接口功能分類

站臺門與信號系統之間接口類型分為通過硬線接口的安全命令接口及通過網絡接口的非安全命令接口兩種。根據深圳寶安國際機場APM系統靈活編組和靈活泊位的要求，門使能信號在每節車廂設置一組硬線接口，以實現站臺門的分組控制。同時，考慮到系統的安全性及可靠性，站臺門關閉且鎖緊信號須與使能信號一一對應，因此站臺門關閉且鎖緊信號同樣需要按照每節車廂設一組硬線接口。

APM系統站臺門與信號系統間具體的接口信息如圖4所示。

圖4 站臺門和信號系統的詳細接口信息

2. 4 硬線接口設計

硬線接口的安全命令包括分組的使能信號、分組的關閉且鎖緊信號、互鎖解除信號及非期望開門復位信號。

2. 4. 1 門使能

在某編組列車到站并停穩在正確停車位置內時，信號系統通過硬線給對應編組的站臺門發送使能。門使能是信號系統控制站臺門打開的前置條件，若站臺門未收到使能信號，將忽略開門命令、不執行開門動作。

2. 4. 2 站臺門關閉且鎖緊狀態

在站臺門執行關門動作并關閉鎖緊后，將站臺門的關閉且鎖緊狀態,以及光柵未檢測到間隙障礙物的狀態形成安全回路，由站臺門通過硬線接口發送給信號系統。只有當四組安全回路都接通時，才允許信號系統控制列車進站或離站。

2. 4. 3 互鎖解除

在信號系統接收不到站臺門的關閉且鎖緊狀態時，在人為確認安全的前提下，工作人員操作站臺門就地控制盤(PSL)上的互鎖解除開關后，站臺門向信號系統發送互鎖解除命令，允許信號系統控制列車進站或離站。

2. 4. 4 非期望開門復位

非期望開門復位是由站臺門通過硬線接口發送給信號系統的連續信號。當站臺門出現非計劃開門并將被打開的門處理完畢后，信號系統需要站臺發出一個復位命令來允許恢復列車運行。此時需要工作人員操作PSL上的“非期望開門復位”開關來實現。

2. 5 網絡接口設計

網絡接口的非安全命令包括開門和關門信號、門和門狀態及故障信息、列車到站時的開門預告信息。站臺門與信號系統之間的網絡接口基于Modbus協議，以實現上述的非安全命令。網絡通信采用主備冗余的接口設計，一路通信故障不會影響設備的正常運行。

2. 5. 1 開、關門命令

當列車正常運行實施開門上、下客作業時，信號系統在向站臺門發送門使能的同時，也通過冗余的網絡接口發送開門命令，站臺門在同時收到門使能和開門命令后執行開門動作；當上下客完畢需要關門時，信號系統同時撤銷門使能和開門命令，站臺門執行關門動作。

信號系統通過網絡接口發送的開、關門命令是針對每一檔滑動門，可由信號系統實現單個滑動門打開和關閉的控制。因此，在該APM系統中的對位隔離功能由信號系統通過冗余的網絡開、關門命令來控制，即當某個車門或站臺門故障時，信號系統接收到對應的故障信息后，信號系統將不發送開門命令給對應的站臺門及車門組，以實現對位隔離。

站臺門與信號系統之間控制命令對應的站臺門動作及狀態如表1所示。

表1 控制命令對應的站臺門動作及狀態

2. 5. 2 站臺門狀態及故障信息

站臺門將其運行狀態及故障信息通過冗余的網絡接口發送給信號系統，實現信號系統對門狀態的監視，以及站臺門向信號系統的故障報警。該故障信息同時用于信號系統控制車門的對位隔離。

2. 5. 3 列車到站時的開門預告

每檔滑動門門頭的頂箱蓋板上設置了一塊顯示屏，用于顯示列車到站時該檔門是否打開。在即將進站的列車是短編組、該檔門因故障隔離、因對應的車門故障進行對位隔離等情況下時，門頭顯示屏顯示該檔門在本趟列車停站時不打開，以提醒乘客從其他位置的門上、下車。該信息通過冗余的網絡接口，由信號系統在列車進站前一定時間內發送給站臺門，使得門頭顯示屏可以提前顯示不開門信息，便于乘客合理安排候車位置。

3 結語

通過硬線接口和網絡通信接口相結合的方式來控制站臺門開、關門動作，該設計方案具有顯著的靈活性和便捷性。同時，該方案通過采用冗余的通信設計，提升了APM系統的安全性及可靠性，滿足APM系統在靈活編組、靈活泊位且實現單門控制等方面的新需求，成功解決了全部硬線接口無法處理信號系統控制單個站臺滑動門開、關的問題。

目前，該接口設計方案已應用到香港國際機場、深圳寶安國際機場、成都天府國際機場一期等APM項目中，且滿足安全完整性等級4級(SIL4)認證要求。在未來，該接口設計方案仍需通過項目實際運營情況來進一步予以驗證。