多種車型智能同步聯動的站臺門控制系統

馬建軍

（中國鐵道科學研究院集團有限公司，北京 100081）

為了縮短列車進站及乘客候車時間，滿足大客流的出行需求，高速/城際鐵路采用站臺候車已成為當前旅客服務研究的熱點問題之一[1]。站臺門安裝在站臺邊緣，將站臺區與軌行區隔離，可提高站臺候車的安全性和減少站務人員的工作強度。基于京沈客運專線（北京—沈陽）高速綜合試驗，中國國家鐵路集團有限公司在北京—張家口高速鐵路（簡稱：京張高鐵）的清河站、八達嶺站和太子城站安裝了站臺門控制系統并進行了示范應用，為實現高鐵公交化運輸、方便旅客乘降組織、提升車站工作效率、確保旅客安全等創造了條件。

我國鐵路車型眾多，車站站臺存在多種車型混合運營的情況。在多種車型混合運營條件下保證高密度行車與大客流的無縫對接，是保證京張高鐵在北京2022 年冬奧會和冬殘奧會期間客運組織效率和服務質量的關鍵。同一站臺停靠的車型不一致，不同車型的車門位置、車門數量等都不相同，會導致滑動門與列車門無法實現一一對應，且影響旅客在站臺的乘降，是多種車型運營條件下站臺門工程應用的難題。

本文基于熱備冗余控制原理及多種車型自適應控制原理，針對同一線路不同車型的高密度行車及自動駕駛情況下站臺門控制系統高頻開關的可靠性控制和安全性問題，對一整側站臺門的滑動門進行系統性研究，構建多種車型智能同步聯動的站臺門控制系統。

1 基本原理

1.1 熱備冗余控制原理

站臺門熱備冗余控制系統在中央控制中心內設置兩組可編程邏輯器件，正常情況下，兩組可編程邏輯器件相互監測，交替工作，能夠在其中一組故障時，自動切換到另一組。所設可編程邏輯器件為兩組站臺門控制器（PEDC，Platform Emergency Door Controller），每組PEDC 均包括時鐘模塊、輸入信號處理模塊、譯碼模塊、邏輯控制模塊、通信模塊及輸出信號處理模塊[2]，如圖1 所示。時鐘模塊產生控制信號時鐘及相關串行通信時鐘；輸入信號處理模塊對輸入信號進行濾波處理；譯碼模塊將來自信號系統的信號譯碼成站臺門控制組件所需要的開/關門信號；通信模塊完成兩組PEDC 之間的相互通信及與監控組件的串行通信功能；邏輯控制模塊根據通信模塊提供的信號，監測另一組可編程邏輯器件是否正常工作，并通過運算控制兩組PEDC 輪流工作或單獨工作；輸出信號處理模塊對輸出控制信號進行處理，使控制組件可以可靠地對后級安全繼電器組進行控制。

圖1 熱備冗余控制技術基本原理

由于列車風的影響，首、末端站臺門開/關門的阻力不同，且列車高速過站產生的氣動效應，會對站臺門產生沖擊和吸附，引起站臺門發生抖動，從而影響站臺門精確開關。基于比例積分（PI，Proportion Integral）調節算法，采用三閉環（電流環、速度環、位置環）控制技術[3]，實現每1 ms 完成1 次運動狀態反饋，進而保證站臺門的精準控制。通過系統自學習功能確定最佳的開/關力、開/關速度曲線，實現對所有滑動門同時開/關的控制及開/關門力的控制，并達到開/關門同步時間誤差≤0.2 s，控制原理如圖2所示。

圖2 三閉環控制原理

1.2 多種車型自適應控制原理

我國鐵路車型眾多，僅考慮長短編組、速度目標值的差異，車型就達30 多種。動車組有CRH1、CHR2、CHR3、CRH5、CRH6、CRH380 和CR400等多個系列，且分為短編、長編、重聯，以及正向、反向等運行方式；各線路運用的車型不同，各鐵路局集團公司配屬車輛的占比也不同，因此，需設計列車自動駕駛（ATO，Automatic Train Operation）模式下對多種車型開門、不同數量的車門與站臺門的聯動控制方法，其控制原理，如圖3 所示。

圖3 多種車型的車門/站臺門聯動控制原理

ATO 系統通過地面列車控制中心（TCC，Train Control Center）轉發站臺門控制系統的控制指令，控制站臺門的打開和關閉、車門與站臺門的聯動。開門由ATO 或司機觸發，關門由司機觸發，TCC 接收到臨時限速服務器（TSRS，Temporary Speed Restriction Server）發送的站臺門控制指令后，驅動對應繼電器，控制相應站臺門開/關動作，TCC 采集站臺門控制系統提供的門狀態繼電器信息，并向TSRS、CTC 車站設備發送，且TCC 對站臺門狀態繼電器實施連續、實時監測[3-4]。

TCC 與站臺門的中央控制中心通過繼電器接口實現。其中，TCC 與中央控制中心中包含多種車型的繼電器，不同車型對應的繼電器不同，在TCC 下達開門指令的同時下達車型信息指令。TCC 側設置開/關門控制繼電器，以復興號8 輛、16 輛和17 輛編組為例，TCC 側設置開/關門控制繼電器，包括開門繼電器（KMJ）、關門繼電器（GMJ）、8 編組正向車型繼電器（CXZ8J）、8 編組反向車型繼電器（CXF8J）、16 編組正向車型繼電器（CXZ16J）、16 編組反向車型繼電器（CXF16J）、17 編組車型繼電器（CX17J），繼電器的動作狀態控制站臺門的動作[4-8]。TCC 與站臺門繼電器采集驅動原理，如圖4 所示，其中，靠前端接點采集的繼電器信號KMJ、GMJ、CXZ8J、CXF8J、CXZ16J、CXF16J、CX17J 由TCC 側采集。

圖4 TCC 與站臺門繼電器采集驅動原理

行車綜合自動化系統（TIAS，Traffic Integrated Automation System）實時地向站臺門控制系統報告列車車門故障信息，站臺門控制系統實時地向TIAS 發送站臺門的故障信息。中央控制中心主機和從機與前置處理器-A（FEP-A）、前置處理器-B（FEP-B）的連接方式，如圖5 所示。

圖5 通信接口連接方式

當單個滑動門或列車門發生故障無法打開時，其對應的列車門或滑動門無法獲知對方狀態，依然會打開。這就造成滑動門或列車門只有一方打開，而另一方沒有打開的問題，可能會引起乘客撞傷、擠傷、物品掉落到軌行區等危險事故發生。若因為單個列車門或滑動門無法動作而設定整側站臺門或列車門不動作，則會嚴重影響線路運行。為此，站臺門控制系統采用“對位隔離”的方法，由站臺門監控系統、中央控制中心和門控單元（DCU，Door Control Unit）共同完成。工作原理如下：

（1）站臺門監控系統從PEDC 讀取每個滑動門的故障隔離狀態信息并發送給信號系統，同時，接收信號系統發送過來的每個列車門的故障隔離狀態信息；

（2）站臺門監控系統根據接收到的列車門狀態信息，經邏輯分析后，向PEDC 寫入站臺門對位隔離控制字；

（3）PEDC 實時采集每個DCU 的運行狀態，每次接收到監控系統發送的對位隔離控制字后，將DCU 運行狀態字和對位隔離控制字進行比較，若兩者不一致，則向對應DCU 發送“對位隔離”狀態控制字。之后，再次讀取DCU 對位隔離狀態字，判斷是否已經成功寫入，最多支持3 次（可調）自動重寫；

（4）每個DCU 在接收到ATO 開門指令后，根據內存中的“對位隔離”狀態字，判斷是否執行開門動作。

2 系統構建

多種車型智能同步聯動的站臺門控制系統按車站站臺面數量設置多個獨立系統，通過中央控制中心實現每個獨立系統滑動門的開啟和關閉，在每一道滑動門上設置控制滑動門開和關的DCU，且獨立系統中任何一個DCU 發生故障時，不影響其它DCU 的正常運行。每個獨立系統按照安全等級由低到高分為4 個等級，分別為由TCC 自動控制的系統級、站臺人員操作的站臺級、車站控制室人員操作的緊急控制級和單個站臺門操作的就地控制級。站臺級配制就地控制盤，緊急控制級配置緊急控制盤，單個站臺門操作就地控制級配制單門控制盒，各控制等級的指令下達都是通過通信線路傳輸，系統的工作狀態和故障信息通過總線傳輸。此外，中央控制中心上設有監控系統，實時顯示設備工作狀態和故障信息。系統組成如圖6 所示。

圖6 系統組成

3 試驗驗證

為證明站臺門控制系統同步控制的正確性，結合既有線路進行試驗。在緊鄰正線的站臺進口、中部、出口的站臺門滑動門處安裝測試裝置，在現場實測380AL 16 編組動車組車型，測試以160 km/h 速度過站時一整側滑動門的開門時間，結果如圖7、圖8 所示。

圖8 站臺門擾動曲線

由圖7、圖8 可知，站臺門在160 km/h 的列車風壓作用下，一整側滑動門開門同步誤差≤0.2 s，且開門速度曲線與設定的曲線趨勢保持一致。此外，滑動門受到列車風壓的作用時都會出現程度不同的抖動，但在控制系統的作用下很快恢復到原始設定狀態。試驗結果表明，該系統具有很強的自適應能力，該試驗結果可為站臺門控制系統在高速鐵路的工程應用提供參考。

4 結束語

本文針對同一線路不同車型的高密度行車及自動駕駛情況下的站臺門控制系統高頻開/合、多控制單元聯控的可靠性控制和安全性問題，基于熱備冗余控制原理及多種車型自適應控制原理，構建多種車型智能同步聯動的站臺門控制系統。現場試驗結果表明：

（1）系統在160 km/h 的列車風壓作用下，一整側滑動門開關門同步誤差≤0.2 s，且開門速度曲線與設定的曲線趨勢保持一致；

（2）系統對列車風擾動具有很強的自適應能力。