城市軌道交通信號系統與站臺門系統信息接口方式分析

呂文龍，韓 臻，李金峰

(1．北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100068；2．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 概述

城市軌道交通信號系統與站臺門系統的接口方式主要分為長電平信號和脈沖信號兩種方式，且在不同工程中對兩種信號的時序處理也不盡相同。總體而言，信號系統負責開門和關門信號的輸出，站臺門系統在接受信號系統輸出的命令后執行開門和關門動作。信號系統通常在保證站臺門可靠接受其信息的前提下輸出脈沖信號，對于開門和關門脈沖信號外的站臺門動作狀態，由站臺門進行相應的邏輯保持。而站臺門系統通常希望等待信號系統輸出長電平方式且互斥的開門和關門命令，在兩個指令之間不再進行相關的邏輯保持判斷。本文從信號系統和站臺門系統的需求出發，結合工程實際應用的特點，從開關門信號的時序狀態梳理以下接口方式。

2 信息接口方式

2.1 長電平信號

方式一：下一列車進站前信號系統持續發送關門信號。

1）列車進站在停車窗內停穩后的整個停站過程中，信號系統持續向站臺門系統發送開門命令（實際信息流向為車載信號設備（VOBC）向計算機聯鎖（CI）發送開門命令，CI再將開門命令發送給站臺門系統（PSD），詳見2.3節分析），PSD打開站臺門。

2）在列車停站結束后，信號系統向PSD持續發送關門命令（實際信息流向為VOBC向CI發送關門命令，CI再將關門命令發送給PSD，詳見2.3節分析）。

3）從本站列車停站結束到本站下趟列車進站在停車窗內停穩之前由信號系統向PSD持續發送關門命令。

4）信號系統向PSD發送持續的 “開門到關門”或“關門到開門”的變化高電平信號，因此開門、關門命令為0、0狀態，屬于故障狀態。

具體時序分析如圖1所示。

圖1 下一列車進站前信號系統持續發送關門長電平信號Fig.1 The signal system sends long electric-level signals for door closing continuously before the next train enters the station

方式二：列車出站后信號系統不再發送關門信號。

1）列車進站在停車窗內停穩后的整個停站過程中，信號系統持續向PSD發送開門命令，PSD打開站臺門。

2）在列車停站結束后至列車出清站臺進入區間過程中，信號系統向PSD持續發送關門命令。

3）列車完全出清站臺門聯動區域后，信號系統不再向PSD發送關門命令，由PSD保持當前的站臺門狀態不變。

4）下一列車進站在停車窗內停穩后，信號系統持續向PSD發送開門命令，PSD打開站臺門。

5）信號系統向PSD發送持續的高電平開門命令或關門命令，在開門命令和關門命令之間切換瞬態，存在開門、關門命令均為0、0狀態，不一定屬于故障狀態，需要雙方確定持續此狀態的時間閾值加以區分是否為故障態。

具體時序分析如圖2所示。

2.2 脈沖信號

方式三：列車進站前先發送關門脈沖信號。

1）列車在進站前的站臺門聯動區域內發送站臺門關門命令，PSD保持站臺門在關閉狀態。

2）列車進站在停車窗內停穩后的整個停站過程中，信號系統持續向PSD發送開門命令，PSD打開站臺門。

3）在列車停站結束后至列車出清站臺門聯動區域前，信號系統向PSD持續發送關門命令。

4）列車完全出清站臺門聯動區域后，信號系統不再向PSD發送關門命令，由PSD保持當前的站臺門狀態不變。

5）信號系統向PSD發送脈沖信號的開門命令或關門命令，在開門命令和關門命令之間切換瞬態，存在開門、關門命令均為0、0狀態，不一定屬于故障狀態，需要雙方確定持續此狀態的時間閾值加以區分是否為故障態。

圖2 列車出站后信號系統不再發送關門長電平信號Fig.2 The signal system stops sending long electric-level signals for door closing after the train leaves the station

具體時序分析如圖3所示。

方式四：站臺門關閉鎖緊后信號系統不再發送關門信號。

圖3 列車進站前先發送關門脈沖信號Fig.3 Pulse signals for door closing are sent before the train enters the station

1）列車進站在停車窗內停穩后，信號系統向PSD發送開門脈沖命令，PSD打開站臺門。當信號系統收到PSD發送的站臺門打開的狀態后，不再向PSD發送開門命令，站臺門打開的狀態由PSD保持。

2）列車停站結束后，信號系統向PSD發送關門命令，當信號系統收到PSD發送的站臺門關閉且鎖緊的狀態后，信號系統不再向PSD發送關門命令，站臺門關閉的狀態由PSD保持。

3）信號系統向PSD發送脈沖信號的開門命令或關門命令，在開門命令和關門命令之間切換瞬態，存在開門、關門命令均為0、0狀態，不一定屬于故障狀態，需要雙方確定持續此狀態的時間閾值加以區分是否為故障態。

具體時序分析如圖4所示。

方式五：信號系統僅發出一次規定脈沖寬度的開、關門信號。

1）列車進站在停車窗內停穩后，信號系統向PSD發送開門脈沖命令，PSD打開站臺門。當信號系統收到PSD發送的站臺門打開的狀態后，不再向PSD發送開門命令，站臺門打開的狀態由PSD保持。

2）列車停站結束后，信號系統向PSD發送關門命令，信號系統向PSD發送規定寬度的脈沖關門命令，站臺門關閉的狀態由PSD保持。

3）信號系統向PSD發送脈沖信號的開門命令或關門命令，在開門命令和關門命令之間切換瞬態，存在開門、關門命令均為0、0狀態，不一定屬于故障狀態，需要雙方確定持續此狀態的時間閾值加以區分是否為故障態。

圖4 列車出站后信號系統不再發送關門脈沖信號一Fig.4 The signal system stops sending pulse signals for door closing after the train leaves the station (1)

具體時序分析如圖5所示。

圖5 列車出站后信號系統不再發送關門脈沖信號二Fig.5 The signal system stops sending pulse signals for door closing after the train leaves the station (2)

2.3 接口方式分析

1) 列車在站臺停車窗內停穩時開門處理

信號系統向PSD發送持續高電平信號和脈沖信號兩種接口開門信息的詳細處理方式分析如表 1所示。

因此，無論CI向站臺門發送的開門命令為持續高電平還是脈沖信號，在站臺門開門過程中站臺門都要執行完開門命令，使站臺門完全打開；在站臺門完全打開后，無關門信號、開門命令丟失（0、0），站臺門仍保持站臺門完全打開的狀態。直到站停時間到發出關門信號，站臺門才開始關閉。兩種信號向站臺門發送的開門命令方式在開門過程及整個站停過程中均不會出現開門命令丟失后站臺門關門的現象。

2) 列車站停結束時關門處理

信號系統向PSD發送持續高電平信號和脈沖信號兩種關口開門信息的詳細處理方式分析如表 2所示。

因此，無論CI向站臺門發送的關門命令為持續高電平還是脈沖信號，在站臺門關門過程中站臺門都要執行完關門命令，使站臺門完全關閉且鎖緊；在站臺門完全關閉且鎖緊后，無開門命令且關門命令丟失（0、0），站臺門仍保持站臺門完全關閉且鎖緊的狀態。直到下趟列車進站時發出開門信號，站臺門才開始打開。兩種信號向站臺門發送的關門命令方式均不會出現列車在未接近站臺區和完全出清站臺區后出現站臺門開門的現象。

2.4 車地通信斷開時的處理方案

1) 方案描述

VOBC與CI通信斷開時，信號系統向PSD發送的命令，存在以下兩種處理方案。

方案一：若CI與VOBC通信斷開時，CI正在向PSD發送開/關門命令，則CI與VOBC通信斷開后，CI應繼續向PSD發送開/關門命令，直至收到PSD的狀態反饋，之后不發送開門命令也不發送關門命令。

表 1 列車在站臺停車窗內停穩時開門處理Tab.1 Measures for door opening when the train stands still at the stop sign of the platform

表 2 列車站停結束時關門處理Tab.2 Measures for door closing when the train is ready to leave the station

方案二：若CI與VOBC通信斷開后，CI對PSD應不發送開門且不發送關門命令。

PSD系統的執行動作：無論上述哪種方案，PSD處理方案如下。

PSD判斷CI的開/關門命令有效，開始執行命令后，應將開/關門動作執行到底。

PSD收到CI發送的無開門命令且無關門命令，或同時有開/關門命令時，若正在執行開/關門動作，則應執行到底，否則，應保持當前狀態。

2) 方案分析

開關門命令經過VOBC發送至CI，由CI轉發至PSD，PSD判斷命令有效性驅動站臺門動作，信息之間傳遞對應的時間如圖6所示。

圖6 車地信息傳遞時間示意圖Fig.6 Schematic diagram of the time of train-ground information transmission

a.在VOBC-CI通信超時閾值t1內CI未收到VOBC的信息，則CI將判斷與VOBC斷開通信。

b.CI向PSD發送開關站臺門命令后，到PSD收到CI發送的開關命令，此延時時間為t2。

c.PSD從收到CI的開關門命令，到其判斷開關門命令有效，此延時時間為t3。

若t1≥t2+t3，則兩種方案結果相同，均可保證PSD按照CI最后收到的VOBC命令完成動作。

若t1＜t2+t3，則方案一結果為：CI根據最后收到的VOBC命令繼續驅動PSD，直至PSD狀態與預期一致。方案二結果為：CI停止發送開關門命令，PSD判斷收到的命令無效，保持之前的狀態。

因此，兩種方案均未發現引入安全性問題，只是PSD最后的狀態不同。

通常在實際工程中，為確保站臺門可靠動作，信號系統和PSD系統各自的信息處理時間以及相互之間的通信延遲閾值時間可適配調整，盡量保證t1＞t2+t3，使兩種方案結果相同，即保證在車地無線斷開狀態下，PSD動作和CI所發送的命令意圖一致。

3 結束語

信號系統和PSD的信息接口方式基本為上述5種方式，這5種接口方式可為城市軌道交通工程信號系統與PSD的接口提供參考。方式五開門命令及關門命令均采用脈沖信號，信號系統發送的脈沖長度需保證PSD的可靠動作，同時PSD需保證在脈沖信號外的動作保持功能。通過本文分析，推薦采用方式一或方式三，其余接口方式也可根據工程需要選用。