楊文軒
(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)
車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)是用于運(yùn)營(yíng)中緊急情況下對(duì)列車(chē)實(shí)施制動(dòng),從而保障乘客人身和設(shè)備運(yùn)行安全的控制系統(tǒng)。緊急關(guān)閉系統(tǒng)控制由采集電路完成,功能通過(guò)緊急關(guān)閉按鈕和接口電路實(shí)現(xiàn)。
作為軌道交通“四網(wǎng)融合”的重要組成部分,市域鐵路運(yùn)輸量大、停車(chē)點(diǎn)多,具有“高密度、公交化”特點(diǎn)。結(jié)合TB 10624—2020《市域(郊)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]要求和我國(guó)已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)市域鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),具備列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行(ATO)功能的市域鐵路信號(hào)系統(tǒng)采用中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS-2制式或城市軌道列車(chē)自動(dòng)控制ATC制式。隨著列車(chē)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,市域鐵路大部分已將站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕納入控制,但在車(chē)站緊急關(guān)閉按鈕控制方案設(shè)計(jì)方面,各線均沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),存在差異。車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)控制方案需要滿足不同信號(hào)系統(tǒng)制式的安全防護(hù)需求,同時(shí)追求技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、功能實(shí)現(xiàn)及使用維護(hù)等方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
市域鐵路車(chē)站緊急關(guān)閉控制方案遵循以下原則:
(1)控制方案研究應(yīng)遵循故障—安全的原則,貫穿專(zhuān)業(yè)分工、接口定義、處理邏輯、繼電器類(lèi)型和電路原理設(shè)計(jì)等各方面。
(2)控制電路應(yīng)能滿足基于CTCS或基于ATC制式的信號(hào)系統(tǒng)功能需求,并且不得降低或影響既有信號(hào)系統(tǒng)功能的安全完整性等級(jí)。
(3)方案設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足不同類(lèi)型車(chē)站緊急關(guān)閉控制的需要。
(4)站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕及綜合后備盤(pán)(IBP盤(pán))的設(shè)置,不得影響正常運(yùn)營(yíng),并且需要滿足站務(wù)人員的快速響應(yīng)。
(5)非設(shè)備集中車(chē)站緊急關(guān)閉按鈕控制功能由主控站信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)是一種典型的緊急停車(chē)系統(tǒng)(Emergency Shut Down,ESD)[2]。ESD系統(tǒng)首先在石油化工、鋼材制造和發(fā)電等行業(yè)廣泛應(yīng)用,隨著軌道交通列控系統(tǒng)的發(fā)展,ESD作為工藝過(guò)程故障條件下切斷工藝流程、保證系統(tǒng)安全可靠性[3-4]的關(guān)鍵設(shè)施,與地面信號(hào)系統(tǒng)、車(chē)輛系統(tǒng)和各類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)不斷融合,逐漸形成一整套應(yīng)用于軌道交通的緊急關(guān)閉系統(tǒng)體系。市域鐵路車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括檢測(cè)、控制和執(zhí)行3個(gè)主要模塊單元,如圖1所示。

圖1 車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)構(gòu)成
2.1.1 檢測(cè)單元
ESD檢測(cè)單元通常指用于狀態(tài)監(jiān)控的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、儀器儀表等。市域鐵路系統(tǒng)內(nèi)的所有狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備,如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、綜合監(jiān)控、入侵報(bào)警、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、雨量及異物侵限監(jiān)測(cè)等都可用于對(duì)車(chē)站緊急關(guān)閉的狀態(tài)監(jiān)控及監(jiān)測(cè)。
2.1.2 控制單元
ESD控制單元包含輸入模塊、邏輯運(yùn)算模塊和輸出模塊3部分。由于包含市域鐵路在內(nèi)的軌道交通系統(tǒng)復(fù)雜程度高,系統(tǒng)對(duì)安全性和可靠性的要求極高且靈活性強(qiáng),車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)目前多采用檢測(cè)單元與控制單元獨(dú)立運(yùn)行,通過(guò)站務(wù)人員人工執(zhí)行報(bào)警操作,將報(bào)警狀態(tài)輸入給控制單元的控制模式。邏輯運(yùn)算模塊包括緊急關(guān)閉控制電路運(yùn)算、控制電路與信號(hào)系統(tǒng)接口和信號(hào)系統(tǒng)(CBI或TCC子系統(tǒng))邏輯運(yùn)算3部分,最終控制命令由信號(hào)系統(tǒng)輸出。
2.1.3 執(zhí)行單元
市域鐵路控制系統(tǒng)中的地面系統(tǒng)和車(chē)輛系統(tǒng)共同作為執(zhí)行單元實(shí)施緊急關(guān)閉動(dòng)作。如進(jìn)路開(kāi)放與鎖閉、關(guān)閉或開(kāi)放信號(hào)及發(fā)碼控制等指令由地面信號(hào)系統(tǒng)執(zhí)行,車(chē)輛緊急制動(dòng)的觸發(fā)與解除主要由車(chē)載設(shè)備和車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)完成。
車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)由站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕、綜合后備盤(pán)(IBP)及控制按鈕、繼電器及控制電纜等組成。股道每側(cè)站臺(tái)上設(shè)置緊急關(guān)閉按鈕,車(chē)站另設(shè)綜合后備盤(pán)(IBP)及緊急關(guān)閉按鈕繼電器(JTAJ),盤(pán)上對(duì)應(yīng)股道設(shè)置緊急關(guān)閉按鈕(JTA)及緊急關(guān)閉復(fù)原按鈕(JYA)。
IBP盤(pán)是車(chē)站控制室內(nèi)功能集成度較高的控制輸入設(shè)備。參照中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)T/CRS C0101—2017《市域鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]的相關(guān)要求,市域鐵路設(shè)置綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí),IBP盤(pán)可作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)綜合后備盤(pán),除了實(shí)現(xiàn)車(chē)站緊急關(guān)閉操作(站臺(tái)緊急停車(chē)、扣車(chē)與放行)外,還可集成通風(fēng)排煙系統(tǒng)的緊急模式控制、自動(dòng)檢票機(jī)、門(mén)禁釋放、電扶梯停止控制和站臺(tái)門(mén)開(kāi)門(mén)控制等車(chē)站關(guān)鍵手動(dòng)控制功能,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)要求與牽引供電系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等合設(shè)。
車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)主要設(shè)備見(jiàn)表1。其中緊急關(guān)閉按鈕(JTA)的設(shè)計(jì)原則為每股道設(shè)置2處(JTA1、JTA2),可根據(jù)車(chē)站站臺(tái)層公共區(qū)情況設(shè)于扶梯下的墻面上(地下站)或單獨(dú)安裝結(jié)構(gòu)立柱(高架站、地面站)。因股道設(shè)置不同數(shù)量緊急關(guān)閉按鈕控制原理相同,其他情況下可參考設(shè)計(jì)。

表1 車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)主要設(shè)備組成
2.3.1 緊急關(guān)閉狀態(tài)執(zhí)行
緊急關(guān)閉狀態(tài)的建立由緊急關(guān)閉按鈕輸入。緊急關(guān)閉按鈕主要具備以下功能:
①禁止列車(chē)自區(qū)間進(jìn)入車(chē)站。②禁止已停站列車(chē)由車(chē)站進(jìn)入?yún)^(qū)間。③對(duì)已啟動(dòng)未完全離開(kāi)車(chē)站的列車(chē)(CBTC模式下)實(shí)施緊急制動(dòng)。
出現(xiàn)緊急情況時(shí),由站務(wù)人員按壓站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕或IBP盤(pán)面上對(duì)應(yīng)的JTA,IBP盤(pán)面上的報(bào)警電鈴響起和報(bào)警指示燈點(diǎn)亮,通過(guò)緊急關(guān)閉控制電路將緊急情況信息傳遞給信號(hào)系統(tǒng)(CTCS制式下由列控中心TCC、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI,ATC制式下由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI、區(qū)域控制器ZC實(shí)現(xiàn)),可實(shí)現(xiàn)緊急情況下的應(yīng)急處理;按壓QDA,電鈴報(bào)警停止,軌旁信號(hào)設(shè)備繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)急處理。
信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)采集各股道緊急關(guān)閉繼電器狀態(tài),采取導(dǎo)向安全的相關(guān)措施:基于CTCS制式的信號(hào)系統(tǒng)相應(yīng)實(shí)施關(guān)閉對(duì)應(yīng)進(jìn)路、關(guān)閉信號(hào)及進(jìn)路內(nèi)各區(qū)段發(fā)送H碼等,ATO向車(chē)輛輸出制動(dòng)指令;基于CBTC制式的信號(hào)系統(tǒng)相應(yīng)實(shí)施縮短移動(dòng)授權(quán)范圍、觸發(fā)制動(dòng)等。車(chē)輛接收到車(chē)載設(shè)備有效信息時(shí),使用ATO向車(chē)輛輸出的制動(dòng)指令,觸發(fā)制動(dòng)操作。
車(chē)輛觸發(fā)緊急制動(dòng)停車(chē)后,移動(dòng)閉塞制式下的CBTC列車(chē)無(wú)法在站臺(tái)區(qū)域內(nèi)移動(dòng),進(jìn)入或離開(kāi)站臺(tái)區(qū)域;非移動(dòng)閉塞制式下所有開(kāi)向站臺(tái)緊急關(guān)閉狀態(tài)區(qū)域(股道)的信號(hào)機(jī)均顯示紅燈。
2.3.2 緊急關(guān)閉狀態(tài)解除
緊急情況處理完畢后,通過(guò)人工確認(rèn)是否安全,在IBP盤(pán)面上按壓JYA,重新勵(lì)磁緊急關(guān)閉繼電器,緊急情況命令撤回,報(bào)警指示燈熄滅,電鈴報(bào)警重新響起,拉出QDA后停止報(bào)警。此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。
車(chē)站緊急關(guān)閉系統(tǒng)通過(guò)與信號(hào)系統(tǒng)的接口控制列車(chē)運(yùn)行。信號(hào)設(shè)備配置方式不同,相應(yīng)車(chē)站緊急關(guān)閉控制的實(shí)現(xiàn)方式與信息流向也存在差異。綜合市域鐵路運(yùn)輸規(guī)模、信號(hào)系統(tǒng)制式及常見(jiàn)站型,按照信號(hào)設(shè)備配置將市域鐵路車(chē)站劃分為聯(lián)鎖設(shè)備集中站、非設(shè)備集中站和無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站(僅CTCS制式)3類(lèi),見(jiàn)表2。

表2 按照信號(hào)設(shè)備配置對(duì)市域鐵路車(chē)站分類(lèi)
以上3種車(chē)站類(lèi)型中,軌道交通的有岔站或集中站[6]通常屬于聯(lián)鎖設(shè)備集中站;不設(shè)信號(hào)設(shè)備的無(wú)岔站屬于非設(shè)備集中站;在CTCS制式下的區(qū)間信號(hào)中繼站作為一種特殊的無(wú)岔站,屬于無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站的類(lèi)型。
車(chē)站緊急關(guān)閉控制主要通過(guò)緊急關(guān)閉按鈕繼電器(JTAJ)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。正常情況下,JTAJ吸起;緊急狀態(tài)下按壓JTA后,對(duì)應(yīng)站內(nèi)股道的JTAJ相應(yīng)落下。信號(hào)系統(tǒng)采集JTAJ狀態(tài)信息,并根據(jù)對(duì)應(yīng)緊急關(guān)閉按鈕狀態(tài)進(jìn)行處理,控制列車(chē)運(yùn)行。
3.2.1 系統(tǒng)接口方式
按照市域鐵路常用的信號(hào)系統(tǒng)制式,CTCS制式下由TCC、ATC制式下由CBI對(duì)JTAJ進(jìn)行前后接點(diǎn)采集或雙接點(diǎn)采集。
在CTCS制式下,CBI可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求,通過(guò)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)接口或繼電接口獲取緊急關(guān)閉按鈕狀態(tài),納入相關(guān)進(jìn)路控制。
(1)當(dāng)采用安全數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸方式實(shí)現(xiàn)時(shí),計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)相關(guān)采集電路原理通過(guò)列控、聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)。由無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站列控中心TCC采集之后,通過(guò)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)送給相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI。
(2)當(dāng)采用繼電接口傳輸方式實(shí)現(xiàn)時(shí),由無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站通過(guò)站聯(lián)電纜將緊急關(guān)閉按鈕及站臺(tái)門(mén)狀態(tài)送至相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站,再由信號(hào)系統(tǒng)采集繼電器接點(diǎn)狀態(tài)。聯(lián)鎖設(shè)備集中站作為主控站,需設(shè)置被控車(chē)站相關(guān)狀態(tài)繼電器及CBI采集電路。
3.2.2 信號(hào)系統(tǒng)采集原理
市域鐵路信號(hào)系統(tǒng)對(duì)車(chē)站緊急關(guān)閉信息的采集方式與表2中確定的車(chē)站信號(hào)設(shè)備配置類(lèi)型相關(guān)。聯(lián)鎖設(shè)備集中站、無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站和非設(shè)備集中站3種站型的采集方式和數(shù)據(jù)傳輸存在差異。
(1)聯(lián)鎖設(shè)備集中站。聯(lián)鎖設(shè)備集中站的JTA、JTAJ、IBP盤(pán)均設(shè)置在本站。其中車(chē)站信號(hào)機(jī)械室設(shè)有本站JTAJ,綜控室內(nèi)設(shè)置本站IBP盤(pán)及JTA,站臺(tái)上設(shè)JTA。緊急關(guān)閉采集電路均設(shè)置在信號(hào)機(jī)械室內(nèi)。信號(hào)系統(tǒng)側(cè)的狀態(tài)繼電器JTAJ采集緊急停車(chē)按鈕的狀態(tài)接點(diǎn)獲取報(bào)警信息,CBI設(shè)備獲取后進(jìn)行邏輯判斷,并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。JTA(室外)至信號(hào)系統(tǒng)(室內(nèi))通過(guò)信號(hào)電纜傳輸。
(2)無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站。無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站存在于CTCS制式中。車(chē)站不設(shè)CBI設(shè)備,設(shè)有TCC設(shè)備以實(shí)現(xiàn)軌道電路編碼,車(chē)站進(jìn)路控制納入主控站(相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站)CBI管理,信號(hào)機(jī)械室內(nèi)設(shè)有本站JTAJ,室內(nèi)外分別設(shè)置本站IBP盤(pán)及JTA。緊急關(guān)閉采集電路均設(shè)置在車(chē)站信號(hào)機(jī)械室內(nèi)。相關(guān)狀態(tài)需納入CBI進(jìn)路控制,且要求通過(guò)繼電接口實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集時(shí),還應(yīng)將采集狀態(tài)通過(guò)站聯(lián)電纜傳送至相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站,并在該站設(shè)置相關(guān)狀態(tài)復(fù)示繼電器、配套設(shè)置CBI采集電路。站聯(lián)電纜采用信號(hào)電纜,并應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定的敷設(shè)、防火和阻燃等要求。
(3)非設(shè)備集中站。非聯(lián)鎖集中站不設(shè)信號(hào)設(shè)備,由相鄰站信號(hào)系統(tǒng)完成軌道電路占用檢查、軌道電路編碼及進(jìn)路控制等。按照鄰站類(lèi)型及信號(hào)系統(tǒng)被控關(guān)系,存在以下2種情況。
①全部由聯(lián)鎖集中站控制。CTCS制式下,非設(shè)備集中站軌道電路編碼納入相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站(主控站)TCC設(shè)備控制,進(jìn)路控制納入主控站CBI管理;ATC制式下本站軌道電路檢查及進(jìn)路控制均納入相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站CBI系統(tǒng)控制。在非設(shè)備集中站本地僅設(shè)置本站IBP盤(pán)及緊急關(guān)閉按鈕。②由相鄰無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站、聯(lián)鎖設(shè)備集中站共同控制(僅CTCS制式)。在CTCS制式下,無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站及其管轄的非設(shè)備集中站緊急關(guān)閉狀態(tài)信息需通過(guò)繼電接口傳輸至相鄰聯(lián)鎖設(shè)備集中站,由聯(lián)鎖設(shè)備集中站CBI系統(tǒng)采集。
當(dāng)非設(shè)備集中站等相鄰車(chē)站為無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站,相關(guān)狀態(tài)信息需納入CBI進(jìn)路控制,且要求通過(guò)繼電接口實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集時(shí),除上述①中的采集電路架構(gòu)外,還需將采集狀態(tài)通過(guò)站聯(lián)電纜傳送至與該無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站相鄰的聯(lián)鎖設(shè)備集中站,并在該站設(shè)置相關(guān)狀態(tài)繼電器、配套設(shè)計(jì)CBI采集電路。
3.2.3 信號(hào)系統(tǒng)采集電源
(1)聯(lián)鎖設(shè)備集中站和無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站:信號(hào)電源屏為每股道的緊急關(guān)閉控制電路分別提供1路獨(dú)立電源,為IBP盤(pán)報(bào)警電路提供1路獨(dú)立電源。
(2)非設(shè)備集中站:主控站(聯(lián)鎖設(shè)備集中站或無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站)信號(hào)電源屏為被控的非設(shè)備集中站每股道的緊急關(guān)閉控制電路分別提供1路獨(dú)立電源,為IBP盤(pán)報(bào)警電路提供1路獨(dú)立電源。
(3)站聯(lián)電源:在CTCS制式下,主控站(聯(lián)鎖設(shè)備集中站)的信號(hào)電源屏為所管轄的無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站及非設(shè)備集中站的緊急關(guān)閉按鈕繼電器采集電路分別提供1路DC24~80 V、2 A可調(diào)站間聯(lián)系電源。
(4)室內(nèi)線纜采用阻燃型。
根據(jù)主要技術(shù)要求對(duì)市域鐵路緊急關(guān)閉按鈕控制電路運(yùn)營(yíng)需求、繼電接口定義及信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)處理邏輯等總體技術(shù)方案進(jìn)行研究后,研究成果以通用型設(shè)計(jì)參考圖形式呈現(xiàn)。
基于綜合市域鐵路運(yùn)輸規(guī)模及常見(jiàn)站型,設(shè)計(jì)參考圖按照聯(lián)鎖設(shè)備集中站、非設(shè)備集中站和無(wú)聯(lián)鎖設(shè)備集中站(僅CTCS制式)3種車(chē)站類(lèi)型展開(kāi)車(chē)站緊急關(guān)閉設(shè)計(jì),其中聯(lián)鎖設(shè)備集中站的設(shè)備布置、室外電路徑路、控制電路和組合內(nèi)部結(jié)配線按標(biāo)準(zhǔn)4股道、島式站臺(tái)考慮,實(shí)際運(yùn)用中其他車(chē)站類(lèi)型可參考設(shè)計(jì);接口電路中繼電器采集方式需根據(jù)信號(hào)設(shè)備選型情況確定。CTCS制式下當(dāng)CBI系統(tǒng)通過(guò)繼電接口電路實(shí)現(xiàn)信息采集時(shí),相關(guān)繼電電路如圖2所示,圖中繼電器接點(diǎn)、組合側(cè)面端子編號(hào)和電源名稱(chēng)等僅用于原理示意。

圖2 JTAJ繼電接口電路
設(shè)計(jì)參考圖針對(duì)采用基于CTCS信號(hào)系統(tǒng)的情況暫考慮主要基于CTCS2+ATO級(jí)列控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),當(dāng)采用其他等級(jí)CTCS列控系統(tǒng)時(shí)亦可作為參考。
本文結(jié)合市域鐵路運(yùn)營(yíng)要求,對(duì)市域鐵路車(chē)站緊急關(guān)閉控制方案進(jìn)行研究,明確了市域鐵路信號(hào)系統(tǒng)列控、聯(lián)鎖系統(tǒng)軟件的接口邏輯處理,為界定專(zhuān)業(yè)分工,細(xì)化電纜規(guī)格、繼電器類(lèi)型等各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo),指導(dǎo)設(shè)備安裝及電纜敷設(shè)等工程實(shí)施環(huán)節(jié)提供了必要條件。設(shè)計(jì)一套通用的車(chē)站緊急關(guān)閉控制電路,有利于統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì),同時(shí)可用于指導(dǎo)工程施工、驗(yàn)收,構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)清晰的站臺(tái)緊急關(guān)閉按鈕控制系統(tǒng)及站臺(tái)門(mén)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)[7],對(duì)提高市域鐵路建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理水平具有積極意義。