ATO 模式下車地聯動時序分析與站臺門延時控制系統設計

劉 磊，劉 健

（1. 鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京 100081；2. 武漢地鐵集團建設事業總部，武漢 430000）

站臺門是設在站臺邊緣，防止乘客跌落或跳下的門體設備，給乘客帶來舒適的候車環境[1]。城市軌道交通中，列車門與安全門之間的距離一般為160 mm ～180 mm。在城際軌道交通中，部分線路采用退臺1.2 m 安裝，此空間稱為危險夾層[2]。根據以往案例分析，其大部分是因乘客未能及時上車而被困于閉合的站臺門與列車門之間的危險夾層之中，列車開車導致乘客擠壓受傷。

為提高服務質量與安全性，通過合理的設置列車門與站臺門聯動時序，給予未能及時上車的乘客退至站臺門外安全區域內的時間，一定程度上避免乘客滯留于危險夾層內，從而提高運營的安全性。

本文在現有線路列車門、站臺門控制方案的基礎上，針對安裝有站臺門系統（PSD，Platform Screen Doors system），而不具備升級改造條件的線路，設計了適合現有接口條件的延時控制系統，可在不對原設備進行升級改造的前提下，實現站臺門延時開關門控制。文章重點對延時控制系統的功能需求、系統的安全性方面進行了分析，充分考慮了系統的兼容性及穩定性，確保系統設備發生故障時，能夠實現列車控制中心（TCC，Train Control Center）對站臺門的基本開關門控制，完成接發列車工作。

1 列車門與站臺門聯動時序分析

目前，大部分運營線路采取站臺門與列車門同步開啟與關閉，未對動作時序做出嚴格規定，一條線路的每個站點都有可能動作時序不一致。通過合理的動作時序可在一定程度上避免乘客滯留于危險夾層之內。

分析站臺門與列車門的動作時序設置應從乘客角度出發，考慮其觀感、舒適度和安全性，按照乘客先下后上的原則，列車門與站臺門開啟，乘客先下后上，然后列車門與站臺門關閉這一流程進行分析。

1.1 開門過程分析

在開門過程中，站臺門與列車門應同步開啟或先開站臺門再開列車車門，如先開列車門再開站臺門則可能會導致乘客誤撞站臺門，同時，站臺門開門時間不能過早于列車門。

1.2 關門過程分析

在關門過程中，先關列車車門再關站臺門，尤其對于退臺1.2 m 安裝站臺門的軌道交通線路，列車門和站臺門同步關閉或者站臺門早于列車門關閉，則非常容易造成乘客被夾在危險夾層區域之中，對列車運行和乘客安全造成極大的危害。因此站臺門系統需延時關閉，使未及時上車的乘客，有一定時間退出到站臺門以外的安全區域內，防止乘客滯留于危險夾層。

1.3 動作時間調整

列車車門的控制器（簡稱：門控器），負責驅動電機開關門、狀態檢測與報警等。門控器根據列車的控制信號（如開門、關門、零速）進行開關門。當列車進站停穩后，零速信號得電，安全繼電器輸出使車門制動器解鎖打開。從邏輯過程分析，可以通過延時安全繼電器動作，達到列車門的延時動作[3]。

國內軌道交通線路的很多既有車站的站臺門，在設計之初并未預留擴充接口，升級改造要面臨技術資料缺失、站臺門廠家技術支持有限、費用過高等一系列問題，因此，有必要設計一種簡單、實用、可靠的延時控制系統，可以在一定范圍內自由設定開關門延時時間。

2 既有線運行方式

2.1 運行狀態分析

站臺門、列車門的開/關門控制涉及車輛、列車控制系統、站臺門3 個系統，可以分自動開/關門、手動開/關門和自動開門/手動關門3種管理模式[4]。無所哪種模式，指令最終均通過TCC 發送至PSD，站臺門受控于TCC，TCC 與PSD 采用繼電接口，一般設置有開門命令、關門命令、門鎖閉命令、互鎖解除命令，其中，開關門命令為TCC 控制站臺門動作指令，門鎖閉與互鎖解除為站臺門向TCC 反饋的狀態信息。

2.2 PSD 與TCC 現有接口分析

PSD 與TCC 采用繼電接口，硬線連接，設置開門繼電器（KMJ）、關門繼電器（GMJ）[5]。PSD 按接收到的命令控制對應門體動作，控制邏輯如表1所示。

表1 開關門控制邏輯

對于多車型線路增加設置車型繼電器，PSD 根據車型信息控制對應車型的站臺門開啟或關閉。

通過接口實現站臺門的延時動作，只需在TCC與PSD 之間加裝延時控制系統，即可實現對站臺門的延時控制，延時控制系統需能接入原系統接口，同時不影響原系統正常功能。

3 系統設計

3.1 系統功能設計

站臺門系統控制模式分為系統級控制、站臺級控制、緊急級控制、單門就地級控制和手動解鎖。系統級控制優先級最低，手動解鎖優先級最高，低優先級的控制方式不影響高優先級開/關門控制方式實現開/關門。系統級控制是PSD 正常工作時的全自動模式控制[6]。

本系統針對站臺門的系統級控制功能進行設計，不影響站臺門的控制優先級判定，也不影響站臺門對TCC 系統的反饋信號（安全回路、互鎖解除）[7]，對于本系統在各種運行場景下，可能引入的安全問題進行了充分的考慮，并采取了相應的措施消除負面影響。本系統的功能需求如下：

（1）本系統與外部系統采用繼電接口，使用安全繼電器，接口形式和繼電器工作電壓與原站臺門系統保持一致，無需引入新的電源系統即可正常工作，精簡系統結構，提升兼容性。

（2）繼電器前后節點采集，保障系統的安全性。

（3）設置延時時間調整功能，根據現場實際情況，調整開門延時和關門延時時間，時間調整范圍0～10 s，調整精度0.1 s。

（4）故障情況或斷電時自動退出功能，保障設備故障時不影響車門與站臺門的聯動。即當系統自身檢測到運行錯誤，或系統斷電時，系統能夠自動退出運行，站臺門系統運行在原有狀態，不會對TCC 和PSD 之間的聯動控制產生影響。

（5）開關門命令電壓監測與記錄功能，方便問題原因分析。當系統接收到TCC 的開關門指令時，對其傳輸的電壓值進行監測，若電壓不在規定范圍內，則記錄電壓值并發出報警，提示運維人員，及時消除故障隱患。

（6）顯示和記錄功能，方便事后故障分析。顯示當前的開關門指令狀態、接口電壓值、延時時間，同時記錄并儲存運行日志，對于事后的故障分析、問題定位起到重要作用。

（7）報警功能，設備自檢錯誤報警，TCC 命令錯誤報警等。

3.2 系統構成

3.2.1 安全繼電器

安全繼電器采用歐姆龍G7SA 系列，符合EN 標準，當故障發生時能夠做出相應的動作，具有強制導向接點結構，內部接點熔結時能保證多個接點不會同時處于導通狀態[8]。繼電器用于與TCC、PSD 系統的接口部分、控制邏輯切換。

3.2.2 中央處理單元

中央處理單元負責信號采集、邏輯處理、計時等功能，是系統的數據處理核心；設置顯示單元與按鍵輸入單元，用于顯示當前系統設置以及系統配置修改等；同時，設備具有聲光報警，預留與綜合監控系統接口。

3.3 系統接口與工作流程

延時控制系統與TCC、PSD 的接口原理圖，如圖1 所示。

圖1 延時控制系統與TCC、PSD 接口

（1）系統自檢正常時，故障檢測繼電器（FRJ）動作，由延時控制系統接收TCC 命令，并驅動PSD系統動作。TCC 發出開關門命令至延時控制系統，延時控制系統內部對應安全繼電器動作（KMJ、GMJ），延時控制系統得到開關門命令后根據系統設定時間驅動開門延時繼電器（KTKMJ）或關門延時繼電器（KTGMJ）動作，從而命令PSD 動作。

（2）當系統自檢故障時，故障檢測繼電器不動作，TCC 系統命令經FRJ 常閉觸點直接驅動PSD 繼電器動作，達到當系統自身故障時，保障TCC 系統能夠控制站臺門動作，從而保障乘客基本的上下車。

（3）TCC 命令錯誤時，即當TCC 同時下發開門與關門命令時，系統攔截命令，不對PSD 下發開門或關門指令，保持原有狀態，進行報警、記錄，等待正確命令后恢復執行。

3.4 軟件設計

中央邏輯處理單元系統軟件邏輯流程，如圖2所示。

圖2 系統軟件流程

中央邏輯處理單元主要完成以下功能：

（1）根據延時設定時間，根據開關門控制命令輸入，延時控制開關門命令輸出。

（2）中央邏輯處理單元具有系統自檢、繼電器檢測、輸出短路檢測、開關門命令是否錯誤等。

（3）記錄開關門命令電壓、站臺門反饋命令電壓，當電壓異常時報警。

4 系統試驗

啟動運行延時控制系統進入TCC 命令監控主界面，如圖3 所示。界面對TCC 的上/下行命令狀態分開顯示，可顯示當前命令的驅動電壓與當前系統設置的延時時間，通過“延時設定”按鈕可對系統延時時間進行修改。數據記錄窗口可記錄歷史命令的時間，命令內容以及驅動電壓。

通過試驗，模擬TCC 開關門命令，測試該延時控制系統可否準確的延時向PSD 發送控制開關門命令，記錄其時間、電壓狀態信息，達到系統設計目標。

圖3 TCC 命令監控界面

5 結束語

本文分析了列車門與站臺門在不同時序下的安全性問題，針對目前既有線路現有設備改造難度大的情況，設計了延時控制系統，對現有TCC、PSD不改造的情況下，實現站臺門的延時控制，避免了改造中技術資料缺失、費用過高等一系列問題。本系統采用安全繼電器，提高了系統的可靠性，設計結構簡單、維護方便，預留擴展空間，是一種簡單、實用、可靠的改造實施方案。