城市轨道交通CBTC移动闭塞系统屏蔽门控制分析

曹启滨

（北京市地铁运营有限公司通信信号公司，北京 100088）

基于通信的列车控制系统（CBTC）正在被越来越多的城市应用。CBTC列控系统打破了传统依靠轨道电路进行列车闭塞分割的概念，提出了基于无线通信的移动闭塞概念。同时CBTC系统也将站台屏蔽门的联动控制、屏蔽门与列车安全运行的控制策略融为一体，成为城市轨道交通移动闭塞列控系统的重要组成部分。

1 CBTC基本原理

1.1 传统轨道信号制式

依靠轨道电路或计轴设备实现列车运营区段的物理隔离，以确保同一个闭塞分区内最多容纳一列车。物理区段的隔离实现列车之间不会产生冲突，以确保行车安全。这种闭塞方式原理简单，使用方便，但是面对城市轨道交通高密度、小间隔运营的实际需求，这种固定闭塞模式仅能保障基本的安全运营，难以提高运营效率。

1.2 基于无线通信的移动闭塞控制系统CBTC

CBTC不再要求轨道设置闭塞区段，而是完全依靠前后列车的无线通信以及高精度的列车定位技术实现列车在线路上的受控运营，旨在实现安全与效率的双赢。

CBTC移动闭塞列车采集地面信标的定位信息，并将采集到的信标点信息与列车行驶方向、速度值、加速度值信息进行计算，得出高精度的列车定位，通过无线车地通信设备，如波导天线发送给地面控制单元——区域控制器（ZC），ZC汇总本控制区域内所有移动闭塞列车发来的位置信息，并结合线路当前情况为每一组在线CBTC列车分配移动授权。

CBTC列车的移动授权不仅与其前方列车距离、速度、驾驶模式有关，而且与前方线路土建结构的限速、进路条件、道岔开通位置、车站距离、车站屏蔽门（PSD）和站台紧急关闭按钮触发状态密切相关，上述各项成为移动授权中的冲突点。CBTC系统总是为列车检测最近的一个冲突点，并将最近冲突点的限制条件直接作用于在线列车，产生降速、停车的安全防护曲线。列车运行前方所有冲突条件均开放时，通常可以将移动授权发放至前方第15个冲突点范围内。列车移动授权伴随车载计算机（ATC）与ZC进行周期性的扫描变化，数据不断刷新，通常为400 ms的周期，如图1所示。

2 屏蔽门系统与CBTC控制关系

2.1 CBTC列车在站内实现车门、屏蔽门联动

CBTC列车正常运营时可以采用自动驾驶模式（CBTC+ATO驾驶），也可以采用人工驾驶模式（CBTC+CM驾驶），进入车站减速停车。列车装备的车载定位信标天线会采集站台端部停准位置，一旦停准，司机显示屏上将显示停准信息。此时，列车无线天线与地面无线装置如波导管通信，将列车停准停稳信息告知地面信号设备，并实现列车与屏蔽门之间的控制联动，如图2所示。

乘务员确认车已停车到位、列车牵引切除、保持制动施加，具备乘降条件后，按压开门按钮（或通过ATO自动开门指令），实现车厢门、屏蔽门的联动开门。待乘降结束，接近发车时刻，乘务员按压列车关门按钮（或通过ATO自动关门指令），实现车厢门、屏蔽门的联动关闭。当站台所有屏蔽门均正常关闭且锁闭后，将屏蔽门锁闭信号发送给地面信号联锁设备，并通过地面车地无线装置发送给车载计算机。屏蔽门锁闭为列车从车站出发的必要条件之一。屏蔽门状态属于安全型状态信息，只有全侧24扇屏蔽门全都锁闭正常后，门锁闭信号才能发送给联锁，为发车授权提供条件。当任意一组屏蔽门未关或锁闭状态未采集，都不能使门锁闭信号送入联锁，不能触发发车授权，起到安全防护的作用，以免因屏蔽门打开状态下列车移动而出现危险事故。

车载计算机同时还要采集列车车门关闭、锁闭信息，车载计算机的这一信息通常直接源于车辆的门锁闭继电器。这一信号与屏蔽门状态信息类似，都属于安全型状态信息。车载计算机收到由地面无线装置发送的屏蔽门锁闭信号和车辆送来的车门锁闭信息后，待前方进路排通，可以实现CBTC发车，如图3所示。

2.2 屏蔽门故障状态对CBTC影响

屏蔽门关闭且锁闭是实现列车获得移动授权的必要条件，一旦屏蔽门锁闭状态丢失，将直接影响移动授权。

1）区间列车

在区间运行的CBTC列车将前方车站屏蔽门条件作为移动授权冲突点之一进行检测。一旦屏蔽门打开或锁闭状态丢失，将列车移动授权终点限制在进站前，禁止列车进入站线区域。对于已经接近站台的列车，如果突然丢失了屏蔽门锁闭信号，会立即触发列车紧急制动。

2）出站列车

列车车门及屏蔽门锁闭正常后，获得正常移动授权，在发车过程中，若屏蔽门锁闭状态丢失，将迫使列车触发紧急制动停车，待屏蔽门条件恢复后，继续获得连续的移动授权。但列车全部出清站台区域后，再发生的屏蔽门状态丢失，已发列车将不再检测后方站台的屏蔽门状态。

3 车载信号与屏蔽门系统相关问题的分析

城市轨道交通系统涉及专业众多，特别是智能化、自动化程度提高以后，不同专业设备间具备了通信、传输、控制的功能。特别是专业间接口的故障点分析也显得尤为重要。

车载信号与屏蔽门之间的控制，涉及到车辆、车载信号ATC、地面信号（联锁、车地无线）、中心行车监控（ATS）、屏蔽门等专业。其中车门与屏蔽门不联动问题最为突出，需要上述各专业进行联合排查。车门与屏蔽门联动需要列车在站台停车区域停稳、施加保持制动，确保不会溜车滑行，确保停车位置恰好是车门与屏蔽门对口的位置。ATC得到停稳停准指令后，会给出开门使能信号，表明当前门控有效，具备乘降条件。司机触发开门按钮（或ATO自动开门），开门指令一路通过车辆硬线送给车门控制机构，执行车门动作；另一路信号通过车地无线装置送给轨旁无线单元，轨旁无线单元将指令送给联锁机，并由联锁系统通过与机电屏蔽门的接口送出开门指令，并通过此通路回传屏蔽门状态信息，如图2所示。

通过上述简要分析，可以对发生屏蔽门不联动问题进行概括。

1）双门不动（车厢门、屏蔽门）都不能开：主要原因在于列车没有停准位置，或制动施加没有被采集到，与门控回路无直接关系，应建议回放行车日志查看是否停车对位，车辆牵引切除与制动施加作用是否到位、信息是否送给车载计算机。

2）车门不动、屏蔽门动：屏蔽门能够正常联动，说明门使能信号有效，车—地—联锁—机电控制回路通，信号控制回路正常，需要车辆专业排查开门按钮与车门动作机构的配线情况。

3）车门动作、屏蔽门不动：说明车辆开门按钮正常，门使能送出，屏蔽门不动可能是开门指令与车载计算机之间连接不通，如硬线不通，或车地通信故障，导致屏蔽门指令没有送给地面，或联锁与机电接口存在通信中断，导致门动作指令未传达执行机构。此类故障涉猎面多，需要通过车载ATC日志、地面信号联锁记录、机电记录等结合当时故障发生的地点、时间，进行详细的时序分析比对，判断故障点的归属。

4）进站、发车过程的紧急制动：列车在进站减速或发车加速过程中，车载显示单元或车载行车日志报告屏蔽门锁闭状态丢失。此类原因有可能是屏蔽门关好继电器状态与联锁之间的采集状态通信异常、列车车地通信丢失，或是现场屏蔽门出现锁闭松动。实际运营中，经常因为列车进站中隧道内产生了较强的活塞风伴随站台区段震动，使屏蔽门锁闭开关瞬间松动，造成锁闭信号整体丢失，从而影响列车发车、进站。

5）单一点故障分析：通过上述分析，结合实际故障维修经验，可以总结这样的结论：如果车站屏蔽门中有个别门不联动、部分门可以正常工作，原因主要在于屏蔽门系统，建议检查个别异常屏蔽门的动作机构；若各次列车在同一站均发生屏蔽门不联动事件，建议对故障车站地面联锁、无线信号覆盖、机电接口进行检查，此故障应与车辆关系甚微；若某一列车在各站普遍出现屏蔽门联动问题，则重点怀疑该车的无线天线状态、开门按钮与ATC接线是否正常，需要对故障频发车做细致检查。

4 结论

城市轨道交通屏蔽门系统与车载信号、地面信号存在控制、通信的接口，实际的运营中经常出现与屏蔽门状态有关的车载信号故障，细致掌握控制动作机理，及时准确判断出故障点，对开展维修、维系正常运营秩序非常重要。本文从信号系统对屏蔽门的控制策略、涉及屏蔽门的信号故障原因等方面进行简要阐述和分析，并结合故障实例进行了说明。