CTCS2+ATO系統架構及車門/屏蔽門控制邏輯

曹德寧，金 銳

（1. 卡斯柯信號有限公司北京分公司，北京 100160；

2. 中國鐵路西安局集團有限公司安全監察大隊，西安 710054）

1 概述

廣佛肇城際鐵路在CTCS-2級列控系統的基礎上，添加ATO設備，兼顧高速鐵路與城市軌道交通的特點。CTCS-2系統與ATO設備的有機結合，可實現列車自動駕駛，具備站間自動運行、車站定點停車及車站通過、折返作業、列車運行自動調整、車門/屏蔽門防護及聯動控制等功能[1]。CTCS2+ATO系統不僅提高了運行效率，減輕司機、客運人員的勞動強度，還能提高乘坐的舒適度[2]。

在城際鐵路中，屏蔽門安裝在站臺兩側的合適位置，可將軌道與站臺有效隔離，從而避免乘客在擁擠等情況下落入軌道。當列車進入車站停準停穩后，列車的車門與車站的屏蔽門自動打開，辦理換客業務后自動關閉車門和屏蔽門。車門/屏蔽門的聯動控制邏輯對模塊之間信息傳遞的速率、穩定性、一致性等方面有很高的要求[3]。

2 CTCS2+ATO車載設備邏輯架構

CTCS2+ATO車載設備主要由ATP 控制單元、ATO控制單元、TCR單元、測速測距單元(包括速度傳感器、測速雷達等)、BTM單元、人機交互單元(DMI)、司法記錄單元(JRU)、列車接口單元和GSM-R無線通信單元等組成[4-6]，如圖1所示。

圖1 CTCS2+ATO車載設備邏輯架構Fig.1 CTCS2+ATO onboard equipment logical architecture

2.1 ATP控制單元

ATP控制單元作為CTCS2+ATO車載設備的核心控制系統，主要實現列車的自動防護功能，保證列車的安全行車。

2.2 ATO控制單元

ATO控制單元在ATP控制單元的監督下運行，可實現列車的自動駕駛、精確停車、開關車門、立即發車、自動折返等功能。

2.3 測速測距單元

測速測距單元由速度傳感器、測速雷達等組成。ATP控制單元根據測速測距單元的信息計算出列車的真實速度。

2.4 BTM單元

BTM單元包括BTM接收單元和BTM天線。BTM接收單元能對BTM天線的連接及功能進行實時檢測，還能在列車高速運行的情況下可靠接收、解調地面應答器的信號，并將解調后的信息傳給ATP控制單元和ATO控制單元。

2.5 TCR單元

TCR單元包括TCR天線和軌道電路接收器TCR單元對接收的信息進行處理，并把處理結果發給ATP控制單元。

2.6 DMI單元

DMI作為CTCS2+ATO系統的人機界面單元，是車載設備的顯示和輸入裝置。在一定條件下，可通過DMI向ATP控制單元輸入列車的關鍵參數，而ATP控制單元對處理后列車的實時速度、目標距離、線路條件等信息通過DMI顯示。

2.7 司法記錄單元

司法記錄單元用于記錄車載設備的運行狀態及司機駕車的過程，包括車載設備的工作模式及狀態、與地面設備之間的交互信息等信息。

2.8 列車接口單元

列車接口單元作為ATP控制單元和ATO控制單元與車輛之間的接口，由繼電器進行接口轉換，實現列車輸入信息的采集及車載設備控制命令的輸出。

2.9 車載電臺

車載設備通過車載電臺與CCS相連，接收列車的運營計劃，以及發送開/關屏蔽門的命令。車載設備上電自檢時，車載電臺會自動注冊到GSM-R網絡。

3 CTCS2+ATO地面設備

CTCS2+ATO系統的地面設備由通信控制服務器(CCS)、列控中心(TCC)、臨時限速服務器(TSRS)、分散自律調度集中系統(CTC)、軌道電路、應答器及軌旁電子單元(LEU)、GSM-R通信接口等組成[7-8]。如圖2所示。

圖2 CTCS2+ATO地面設備架構Fig.2 CTCS2+ATO trackside equipment architecture

3.1 CCS

CCS與CTC、TCC、車載設備進行通信，可實現門控信息的管理，通過TCC實現屏蔽門的防護功能和控制功能。同時，對CTC的運行計劃進行處理和轉發。

3.2 TCC

TCC根據列車的進路狀態和軌道區段的占用狀態等信息，實現軌道電路編碼及發碼方向的控制、信號機的控制、有源應答器報文信息的存儲和調用、臨時限速信息的發送及管理、站間安全信息的傳輸等功能。同時，還應具有屏蔽門的防護、控制及緊急關閉等功能。

3.3 TSRS

TSRS用于全線線路中臨時限速的下達與取消。

3.4 軌道電路

軌道電路可實現列車的占用檢查和完整性檢查，并向車載設備單向傳送信息，從而實現列車控制信息的連續傳送、接收和提取功能。

3.5 應答器及軌旁電子單元

應答器由有源應答器和無源應答器組成，可在特定地點向車載設備提供可靠的地面固定信息和可變信息。其中：有源應答器與LEU通信，發送來自LEU的報文。無源應答器只能向車載發送預先存儲的固定報文信息。

4 CTCS2+ATO特點

與既有的CTCS2控制系統相比，CTCS2+ATO系統增添了以下功能。

1）站內接車方向布置精確定位應答器，為車載設備提供停車位置信息和門側信息。

2）增加CCS保證車地之間的無線通信，發送列車運行計劃，轉發車門和屏蔽門聯動信息。

3）增加ATO處理單元及相應的控制接口，負責控車策略，施加制動/牽引、開關車門等。

4）新增ATP與ATO處理單元接口，負責向ATO提供列車運行狀態、ATP監控曲線、司機駕駛狀態、開門允許等信息。

5）新增車載ATP與GSM-R無線通信接口，通過CCS完成屏蔽門與車門的聯動、CTC將運行計劃傳至車載設備。

5 車門/屏蔽門聯動邏輯

根據車載設備與CCS連接情況，車門/屏蔽門的聯動邏輯對應3種情況：車載設備與CCS連接成功時ATO設備自動控制車門/屏蔽門；車載設備與CCS連接成功時手動控制車門/屏蔽門；車載設備與CCS連接不成功時手動開啟車門。

5.1 ATO設備自動控制車門/屏蔽門邏輯

在車載設備與CCS連接正常的情況下，列車進站停準停穩后，車載設備根據應答器和運營計劃等信息辦理停車辦客業務，此時ATO設備對屏蔽門/車門的控制邏輯如圖3所示。

圖3 車門/屏蔽門自動控制邏輯Fig.3 Automatic control logic of platform door/train door

如果列車未在精確停車位置允許的范圍內停車，ATO設備不輸出開車門命令，DMI也不顯示停準停穩圖標。如果列車在精確停車允許的范圍內停車，車載設備查詢門側信息是否正確。如果門側信息錯誤，ATO設備不會輸出開車門命令；如果門側信息正確，ATO設備進一步判斷是否為單側開門。如果運營計劃中要求雙側開門，ATO設備通過DMI提示司機手動開門，并顯示雙側開門圖標；如果是單側開門，則繼續查詢運行計劃中是否要執行停車辦客業務。如果不需要執行停車辦客業務，ATO不發出車門開門指令；如果執行辦客業務，ATO設備將檢查門允許的狀態。如果ATO設備未得到門允許狀態，則不執行開門指令；如果得到門允許狀態，ATO設備依次發出屏蔽門開門命令、車門開門命令。一定時間后，如果車載設備未收到車門/屏蔽門開門狀態的反饋，ATO設備則認為屏蔽門/車門聯動失敗，司機確認開門的狀態；如果車載設備收到屏蔽門/車門開門的反饋狀態，則車門/屏蔽門均已開啟，辦理乘客上下車的業務。

在此過程中，車載設備實時查詢發車倒計時是否結束。如果發車倒計時未結束，則繼續執行停車上客業務；如果發車倒計時已結束，ATO設備依次發出屏蔽門關門命令、車門關門指令后。一段時間內車載設備未接收到屏蔽門/車門關門的狀態反饋，則DMI提示車門/屏蔽門聯動失敗，司機確認關門的狀態，如果車載設備收到屏蔽門/車門關門的狀態反饋，則向CCS發送關門狀態。

5.2 司機手動控制車門/屏蔽門邏輯

在車載設備與CCS連接正常的情況下，列車進站未在精確停車允許的范圍內停穩，此時ATO設備不發出開門指令。

如果列車在ATP停車允許的范圍內停車，司機可根據DMI提示的門側信息，手動控制開關車門；車載設備根據采集的開關車門命令，聯動屏蔽門的開關。屏蔽門/車門的邏輯與圖3相同，僅是ATO開關車門替換為司機開關車門。

5.3 司機手動控制車門邏輯

當車載設備與CCS斷開連接時，列車進站后只能依靠司機手動開啟車門，此時屏蔽門的開啟/關閉只能由地面控制，其控制邏輯如圖4所示。

圖4 車門手動控制邏輯Fig.4 Manual control logic of train door

列車進站停車后，司機根據實際情況判斷是否為雙側開門。如果為雙側開門，則執行雙側開門程序，否者根據實際情況執行開左側車門或右側車門的邏輯。

當列車需要雙側開門時，司機首先需要按壓左側和右側開門釋放鍵，接著按壓左側和右側開門鍵。當辦理完上客業務后，司機按壓左右和右側關門鍵，車門關閉。

當列車需要左開門時，司機首先需要按壓左側開門釋放鍵，接著按壓左側開門鍵。當辦理完上客業務后，司機按壓左側關門鍵，左側車門關閉。

當列車需要右側開門時，司機首先需要按壓右側開門釋放鍵，接著按壓右側開門鍵。當辦理完上客業務后，司機按壓右側關門鍵，右側車門關閉。

6 結束語

本文介紹CTCS2+ATO系統中車載設備和地面設備的組成及各設備的具體功能，在此基礎上，分析該系統的工作原理及其特點，并詳細介紹列車在自動模式和手動模式車門/屏蔽門的聯動的條件及工作邏輯。與既有的CTCS-2系統相比，CTCS2+ATO系統不僅提高系統的工作效率，減輕司機、客運人員的勞動強度，還能提高乘坐的舒適度。