城軌信號系統(tǒng)與防淹門接口配置分析與優(yōu)化

引言

城市軌道交通日益成為城市居民出行的重要途徑,是涉及土建和機(jī)電眾專業(yè)的復(fù)雜系統(tǒng)性工程。其中,作為車輛操作控制系統(tǒng)的信號設(shè)備是列車安全運行的重要設(shè)備和核心保障。信號系統(tǒng)通過與各機(jī)電系統(tǒng)設(shè)置接口進(jìn)行信息交互來實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動和對于行車條件的判斷。

在城市軌道交通地下工程隧道建設(shè)中需要穿越河流或湖泊時,為防護(hù)和減輕隧道漏水或隧道壁破裂時河水灌入地下車站所產(chǎn)生的危害而使用防淹門設(shè)備。其通常在河道下方的隧道和車站土建端部設(shè)置2處共4座電動防淹隔斷門。防淹門系統(tǒng)采用多級控制,能在車站綜控室和就地通過人工操作實現(xiàn)防淹門系統(tǒng)的控制、運行監(jiān)視和水位檢測等功能。

處于軌行區(qū)的防淹門開關(guān)門行為與地鐵的正常運營和行車安全直接相關(guān)。目前多數(shù)城市,信號與防淹門系統(tǒng)通過設(shè)置接口來保證行車安全。然而,涉及行車安全的列車自動防護(hù)(ATP,AutomaticTrainProtection)子系統(tǒng)和聯(lián)鎖子系統(tǒng)安全完整性等級均為S1L4級,而防淹門未明確安全完整性檢測要求,故在系統(tǒng)接點設(shè)備及控制中存在安全性不對等問題。根據(jù)現(xiàn)場實際,因防淹門長期處于單一狀態(tài)而導(dǎo)致的接點故障和信息丟失,都會使正常運營的地鐵列車緊急制動,嚴(yán)重干擾列車運營安全。故本文深入分析了當(dāng)前列車信號系統(tǒng)與防淹門接口邏輯和交互數(shù)據(jù),針對現(xiàn)場故障現(xiàn)象,建議采用既有接口設(shè)置的優(yōu)化,以提高系統(tǒng)的可用性。

1系統(tǒng)接口控制原理

為確保運營的安全性,將防淹門的狀態(tài)和控制過程納入聯(lián)鎖控制中。常見的做法是將防淹門的門狀態(tài)信息作為聯(lián)鎖檢查的條件,防淹門關(guān)門控制也需向信號系統(tǒng)發(fā)出關(guān)門請求并取得允許關(guān)門信息。

防淹門系統(tǒng)在地下區(qū)間過江段隧道的較低點分別設(shè)置多個傳感器來檢測實時水位信息,若隧道開始積水,傳感器即向系統(tǒng)發(fā)出報警信息。根據(jù)水位狀態(tài),區(qū)間水位達(dá)到威脅行車安全時,經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)關(guān)閉后,由車控室或就地通過按壓請求關(guān)門按鈕將"關(guān)門請求"通過接口發(fā)送至信號系統(tǒng)。與此同時,對于基于通信的列控信號系統(tǒng)由區(qū)域控制器(ZC)通過車地?zé)o線通信與控制區(qū)域內(nèi)列車通信并通過聯(lián)鎖子系統(tǒng)根據(jù)列車實際位置、門狀態(tài)、進(jìn)路情況計算后給出移動授權(quán),車輛在車載ATP的防護(hù)下運行。通過信號系統(tǒng)確認(rèn)防護(hù)區(qū)間范圍內(nèi)無車占用且無向防護(hù)區(qū)段內(nèi)的進(jìn)路授權(quán)后,向防淹門反饋"允許關(guān)門"信號。防淹門收到信號發(fā)出的"允許關(guān)門"信號后,由車控室或現(xiàn)地人工根據(jù)系統(tǒng)反饋再次確認(rèn),鎖定裝置才能收縮鎖定梁關(guān)閉閘門。信號系統(tǒng)通過在防淹門控制室的控制柜端子排上設(shè)安全型繼電器作狀態(tài)采集和驅(qū)動接點,實時監(jiān)測防淹門"開啟且鎖閉"狀態(tài),若此狀態(tài)丟失,則運行車輛執(zhí)行緊急制動。接口控制原理如圖1所示。

2現(xiàn)場故障現(xiàn)象

目前以上接口控制過程在國內(nèi)多有應(yīng)用,也有部分城市的信號系統(tǒng)暫未將防淹門狀態(tài)信息納入聯(lián)鎖,而通過采用制定明確的規(guī)章制度來保證出現(xiàn)災(zāi)害時防淹門的開關(guān)過程。根據(jù)運營使用的反饋,防淹門故障常見現(xiàn)象如下:

(1)"防淹門開啟且鎖閉"狀態(tài)信息丟失。因防淹門沒有配置UPS,當(dāng)防淹門斷電時,此狀態(tài)丟失導(dǎo)致正線車輛緊急制動,所有列車都無法正常通過該區(qū)域,影響正線運行。該現(xiàn)象已在無錫既有線中發(fā)生。

(2)因水位傳感器異常出現(xiàn)高水位報警和因接口電氣特性異常出現(xiàn)的信息丟失,都會使信號系統(tǒng)向列車發(fā)送緊急停車,同時無法向該區(qū)段排列進(jìn)路,影響正常運營。

(3)因防淹門很少使用,一直保持開啟狀態(tài),防淹門"開啟并鎖閉"安全型繼電器一直保持通電吸起狀態(tài)而導(dǎo)致繼電器觸點粘連,在真正需要落下時不能可靠落下,出現(xiàn)錯誤信息,存在危害行車安全的隱患:國內(nèi)部分地鐵已發(fā)現(xiàn)存在該問題。

總之,防淹門狀態(tài)故障時,確實嚴(yán)重影響正常行車,通過防淹門區(qū)段的所有列車均需在人工組織下運行。信號與防淹門接口可以實時監(jiān)控防淹門狀態(tài),保證行車安全。

3接口電路邏輯及狀態(tài)

3.1工程接口界面

城市軌道交通工程實施時,信號系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)的接口分界位置位于防淹門控制室的防淹門配線端子排上,采用硬線電纜進(jìn)行輸入/輸出,接口界面如圖2所示。

3.2接口電路設(shè)置

接口電路的設(shè)計原則滿足"故障一安全"。接口觸點選用安全型繼電器。根據(jù)功能需求常規(guī)設(shè)置"打開且鎖閉繼電器""關(guān)門請求繼電器""允許關(guān)門繼電器"及相應(yīng)的復(fù)示繼電器,防淹門向信號系統(tǒng)發(fā)送"完全開啟并鎖閉"狀態(tài)表示及"防淹門關(guān)閉請求"信息,信號系統(tǒng)在收到防淹門"防淹門關(guān)閉請求"信息后,向防淹門發(fā)送"允許防淹門關(guān)閉"信息。一種典型的電路連接如圖3所示。

3.3電路狀態(tài)定義

為使防淹門狀態(tài)互不干擾,需上下行每個防淹門提供一個安全的"打開且鎖閉"信號到ZC,正常條件下該輸入為"吸起":上下行每個防淹門提供一個安全的"關(guān)門請求"信號到ZC,該輸入為"吸起"(表1)。

3.4邏輯判斷原則

信號系統(tǒng)對防淹門狀態(tài)進(jìn)行安全監(jiān)督、提供允許關(guān)門命令:防淹門系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供防淹門的門狀態(tài)信息,發(fā)送關(guān)門請求,接收信號系統(tǒng)提供的允許關(guān)門信號。

當(dāng)信號系統(tǒng)失去"防淹門打開且鎖閉"的狀態(tài)信息時,兩端車站均不能再向相應(yīng)線路防淹門防護(hù)區(qū)段內(nèi)設(shè)置進(jìn)路,如已設(shè)置進(jìn)路,后備模式下聯(lián)鎖系統(tǒng)立即將防護(hù)防淹門區(qū)域的信號機(jī)開設(shè)紅燈:CBTC下,信號機(jī)保持滅燈,ATP將列車移動授權(quán)回撤至防淹門防護(hù)區(qū)域入口,正在接近相應(yīng)線路防淹門防護(hù)區(qū)段的列車則實施緊急制動。

當(dāng)信號系統(tǒng)收到"防淹門關(guān)閉請求"信息時,后備模式下已開放的相應(yīng)信號機(jī)立即變?yōu)榧t燈。CBTC模式下,信號機(jī)保持滅燈。根據(jù)條件作如下處理:

(1)若列車未進(jìn)入防淹門的接近區(qū)段,并且相應(yīng)進(jìn)路內(nèi)無車,則向防淹門系統(tǒng)發(fā)"允許關(guān)門"信息:

(2)若列車已進(jìn)入接近區(qū)段,經(jīng)ts延時后,列車無冒進(jìn)信號,經(jīng)檢查辦理的進(jìn)路內(nèi)無車占用,則向防淹門系統(tǒng)發(fā)"允許關(guān)門"信息:

(3)若列車已越過防淹門防護(hù)信號機(jī),則不可發(fā)出"允許關(guān)門"信息:

(4)若防淹門防護(hù)區(qū)段內(nèi)有保護(hù)區(qū)段,且保護(hù)區(qū)段已設(shè)置,那么需要等保護(hù)區(qū)段解鎖后,信號系統(tǒng)向防淹門系統(tǒng)發(fā)"允許關(guān)門"信息。

信號聯(lián)鎖系統(tǒng)不能取消防淹門"關(guān)門請求",在信號聯(lián)鎖子系統(tǒng)接收到"防淹門關(guān)閉請求"以及發(fā)送"允許防淹門關(guān)閉"信息期間,"防淹門關(guān)閉請求"條件必須被信號聯(lián)鎖系統(tǒng)連續(xù)檢查,該請求按鈕狀態(tài)一經(jīng)檢查到,防淹門系統(tǒng)保證該請求一直有效直至防淹門完全關(guān)閉。

當(dāng)信號系統(tǒng)故障不能向防淹門系統(tǒng)提供"允許防淹門關(guān)閉"信號時,防淹門系統(tǒng)具備就地控制和人工控制手段,經(jīng)車站工作人員確認(rèn)后,可就地或手動關(guān)閉防淹門。

防淹門區(qū)域若上行隧道與下行隧道間存在聯(lián)絡(luò)通道,則信號系統(tǒng)收到4扇門中任意一扇門發(fā)來的"關(guān)門請求"信號時,按照4扇防淹門都請求關(guān)閉進(jìn)行防護(hù)處理。若兩側(cè)完全獨立隔離,則分上下行獨立控制。

4接口配置優(yōu)化

本文結(jié)合目前的接口電路方案,針對接口故障影響正常運營問題,在了解防淹門控制過程的基礎(chǔ)上,結(jié)合接口設(shè)置及需求,提出了以下優(yōu)化方案建議,并給出與之對應(yīng)的運營維護(hù)策略。

4.1防淹門控制過程

防淹門關(guān)閉本身就是一項重大操作,須環(huán)調(diào)、行調(diào)、電調(diào)、站務(wù)人員均知曉并采取相應(yīng)措施后,才能關(guān)閉。在關(guān)門命令發(fā)出后,行調(diào)應(yīng)已按照應(yīng)急預(yù)案將線上列車扣停在車站并進(jìn)行清客。目前,各城市地鐵行車管理規(guī)定各有不同,以廣州地鐵為例,防淹門的開啟/關(guān)閉操作必須聽從環(huán)調(diào)命令,并得到行調(diào)同意后進(jìn)行,未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)的人員不得操作。防淹門系統(tǒng)具備車控室、現(xiàn)地和人工操作功能,一般情況下,優(yōu)先采用車控或現(xiàn)地操作實現(xiàn)防淹門關(guān)閉。

4.2接口配置優(yōu)化及安全防護(hù)分析

以無錫某線規(guī)劃為例,地下隧道有3處分別下穿大運河、梁溪河、五里湖,與此對應(yīng)區(qū)間上下行共需設(shè)置12扇防淹門設(shè)備,多處信號與防淹門接口會增大影響正線正常行車的隱患。對于現(xiàn)場出現(xiàn)的故障現(xiàn)象,針對防淹門狀態(tài)丟失或中斷及故障引起的問題,建議優(yōu)化接口,將防淹門狀態(tài)僅納入監(jiān)視和報警信息,將開關(guān)門控制命令的判斷納入聯(lián)鎖,如此,在接口"打開且鎖閉"信息丟失或中斷時,行車及相關(guān)人員均可收到報警信息,但不會立即造成緊急制動和全線后續(xù)列車均無法通行。如此可緩解因防淹門誤報影響正常運營的情況,也可避免人為失誤而辦理通向災(zāi)害防護(hù)區(qū)段的列車進(jìn)路。而相比于其他城市直接取消防淹門接口的做法,該方法可以降低一定的人因風(fēng)險和設(shè)備故障影響。

考慮到關(guān)閉防淹門一般發(fā)生在隧道滲漏、積水情況下,信號系統(tǒng)可能已經(jīng)不能正常工作,并可能永遠(yuǎn)不能給出"允許關(guān)門條件"。因此,信號系統(tǒng)給出的允許關(guān)門信號并不能作為相關(guān)人員關(guān)閉防淹門的必要條件。

在安全性方面,防淹門是重要的安全設(shè)備,平時開啟時通過鎖閉機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖閉,只要不是人為非法操作,防淹門不會自動關(guān)閉。需要關(guān)閉時必須按照規(guī)章制度上報調(diào)度中心,終止線路上的列車運行,清空防淹門區(qū)間的列車后才能派人到防淹門設(shè)備室內(nèi)人工辦理關(guān)閉操作。在車控室1BP盤上設(shè)有防淹門狀態(tài)顯示和操作按鈕,可以實時實現(xiàn)對防淹門狀態(tài)的監(jiān)控,信號系統(tǒng)也可根據(jù)既有接口電路監(jiān)控防淹門狀態(tài)報警信息,并提供給列車司機(jī)作為參考。

在可用性和行車效率方面,取消將防淹門狀態(tài)納入聯(lián)鎖后,只要防淹門未經(jīng)實際人工請求,環(huán)調(diào)、行調(diào)、車站人員及行車司機(jī)均可收到門狀態(tài)及報警信息,并根據(jù)行車管理規(guī)范按要求注意前方環(huán)境行車,不會因為防淹門狀態(tài)故障而影響行車組織,提高了線路運營的可用性。

4.3防淹門故障處理

防淹門狀態(tài)信息丟失或傳感/接口故障給信號系統(tǒng)發(fā)送錯誤信息時:行調(diào)經(jīng)司機(jī)確認(rèn)區(qū)間有無水淹的現(xiàn)象且機(jī)電人員確定設(shè)備情況,若確是誤報,信號恢復(fù)行車限速,開展故障維護(hù),同時安排人員現(xiàn)場值班,做好應(yīng)急準(zhǔn)備[6]。

數(shù)據(jù)傳輸故障引起"關(guān)門請求"后并未按時收到"允許關(guān)門"信息時:首先,車站人員向行調(diào)匯報,并確認(rèn)隧道內(nèi)的行車狀況。若滿足關(guān)門條件,經(jīng)行調(diào)度確認(rèn)后,信號系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)路封鎖,同時安排人員手動關(guān)閉防淹門。行調(diào)組織行車,機(jī)電和信號人員確保設(shè)備工作狀態(tài)。

5結(jié)語

防淹門的設(shè)備狀態(tài)與地鐵行車安全直接相關(guān),設(shè)置在防淹門與信號系統(tǒng)的接口電路,需考慮接口觸點在不同故障情況下對各系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。若采用信號參與防淹門的控制過程,可將防淹門狀態(tài)納入監(jiān)視和報警信息,而將開關(guān)門控制命令的判斷納入聯(lián)鎖,如此不僅可以緩解因防淹門誤報影響正常運營,也能在一定程度上避免有列車誤闖入災(zāi)害防護(hù)區(qū)段及人為考慮不足而辦理列車進(jìn)路。若采用不設(shè)防淹門接口的方式,應(yīng)考慮人因因素的風(fēng)險。伴隨技術(shù)進(jìn)步應(yīng)考慮全自動運行下對于防淹門設(shè)備控制安全完整性的要求。在運營維護(hù)中,應(yīng)明確關(guān)于設(shè)備運行狀態(tài)、各項參數(shù)、檢修標(biāo)準(zhǔn)等的要求,使接口更加安全可靠,制定相關(guān)管理辦法,提高故障處理效率,最大限度降低故障對運營組織所造成的影響,有效提高地鐵運營的服務(wù)水平。