城轨车辆集中开关门控制分析及改进设计

李春明

(南车株洲电力机车有限公司，412001，株洲∥工程师)

城市轨道交通(简为“城轨”)车辆客室车门为乘客上、下列车提供通道，因其数量多、操作频繁且必须在规定时间预定位置实现开关门动作，而对乘客安全、列车运营产生重要影响，是车辆至关重要的系统。由于开关门信号传递问题造成一列车单扇、多扇、甚至整列车一侧不能实现正常开关门控制，从而导致列车运营晚点或清客下线的现象时有发生。如2010年1月16日广州城轨5号线开往文冲方向的列车到达杨箕站时，由于单侧车门不能在司机室内打开，造成列车晚点约6 min后清客处理。

1 目前开关门控制方案分析

1.1 方案一:列车线开关门控制

目前大多数城轨车辆仅通过硬连线来进行开关门控制，网络线不参与控制，只反馈车门状态(如图1)。开关门指令通过列车线传输给门控单元;门控单元依据列车线开关信号，再结合零速信号和使能信号向驱动电机发送指令来实现开关门动作(见表1);开关状态通过网络线反馈给列车控制系统，并在司机室显示屏(MMI)上显示。

图1 开关门控制框图

表1 开关门控制逻辑表

此方案由于只有列车线开关门控制，无冗余控制功能，故当列车线松脱、短路或继电器故障时，在司机室将无法进行开关门控制，由此造成列车晚点，严重的造成清客下线。

1.2 方案二:列车线与网络线冷备冗余，网络线优先

随着列车控制系统总线网络技术的发展，其准确性及抗干扰能力越来越强，网络越来越多地参与到各子系统的控制功能上来。上海轨道交通3号线就采用网络线优先的方案，目前运营状态良好。方案二的具体步骤如下:

(1)开关门指令由按钮发出后，同时通过列车线和网络线至各门控单元;

(2)当网络正常时，门控单元执行网络线传输过来的开关门指令，不执行列车线指令;

(3)司机室内设置“紧急牵引”旋钮，并通过列车线发送给所有门控单元;

(4)当网络出现故障，或列车出现紧急牵引的条件时，司机将旋钮旋到“紧急牵引”状态，所有的门控器均执行列车线开/关门指令。

该方案在网络线开关门控制故障时，只能操作“紧急牵引”旋钮实现列车线开关控制。但此时列车必须运营到终点站后回库维修，造成运力下降。

1.3 方案三:列车线与网络线热备冗余，列车线优先

目前广州轨道交通2、8号线延长线项目采用该方案。具体步骤如下:

(1)开关门指令由按钮发出后，同时通过列车线和网络线至各门控单元;

(2)列车线正常情况下，门控单元执行列车线传输的开关门指令;

(3)当门控单元判断列车线的信号故障时，将执行网络线传送的开关门指令;门控单元将记录该转换过程信息，以利于维修人员检修时判定开关门控制执行的信号类型。

门控单元对列车线信号的判断逻辑见表2。由于网络线比列车线信号滞后0.5～1.0 s，从表2可看出，门控单元对列车线的故障不能100%准确判定。因此，为可靠地实现以上功能，必须在门控单元上设定以下假定条件:

表2 门控单元列车线信号判断逻辑

(1)当门控单元接收到列车线指令后1.5～2.0 s内接收到的网络指令无效;

(2)接收到网络线指令前2 s内未接收到列车线指令，同时门控单元列车线故障时，执行网络指令;

(3)当门控单元判定列车线已失效时，只执行网络指令，不执行列车线指令，直到门控单元重启后再重新判定。

与方案一、方案二相比，方案三能在列车线故障时有一种冗余方法，使开关门控制正常，但也存在如下缺陷:

(1)若列车一侧门中部分门控单元判断开关门列车线故障，则部分车门会执行列车线指令，部分故障车门执行网络线指令，导致同侧车门开关门不同步现象。

(2)门控单元不能对列车线全故障进行判断。

2 改进设计

经对目前三种控制方案进行分析，本文提出一种改进设计方案:列车线与网络线冷备双冗余，通过旋钮选择决定列车线或网络线有效(见图2)。具体步骤如下:

图2 开关门控制流程图

(1)开关门指令由按钮发出后，同时通过列车线和网络线传至各门控单元;

(2)额外设置“开关门模式切换”旋钮来决定列车线或网络线有效(默认状态为列车线优先)，旋钮通过列车线与所有门控单元相连。其控制原理如图3所示;

(3)当旋钮选择列车线有效时，门控单元执行列车线指令;当旋钮选择网络有效时，门控单元执行网络指令，门控单元不进行任何判定。即当列车线有效时，即使接收到网络指令，门控单元也不执行网络线指令。

图3 列车线与网络线控制选择控制原理图

3 结语

通过对目前三种开关门的缺陷进行分析，本文提出一种列车线与网络线双冗余，由司机通过“开关门模式切换”旋钮决定硬连线或网络线有效的改进设计方案。当网络线或列车线开关门故障时，提供一种备选控制方案，可有效地降低造成列车运行晚点、甚至清客下线的风险。该改进设计有利于提升车辆制造公司及城轨运营公司的美誉度，并已在广州城轨3号线北延线项目得到应用，经测试效果良好;也可为新造或改造轻轨车辆、动车组开关门控制提供借鉴方案。

［1］周俊龙，王建兵.上海城轨车辆客室车门可靠性和安全性技术研究［J］.电力机车与城轨车辆，2006(4):7.

［2］彭有根.广州城轨二号线车辆车门系统及控制原理［J］.城市轨道交通研究，2005(6):22.

［3］侯文军.城轨车辆客室车门监控功能的优化设计［J］.城市轨道交通研究，2008(5):36.

［4］刘玉文，贾理锋，吴永深.城轨车辆客室侧门安全性设计［J］.城市轨道交通研究，2008(11):81.

［5］杨涛，朱小娟，王建兵.上海城轨AC03型电动列车客室车门故障分析及解决措施［J］.城市轨道交通研究，2006(5):33.