屏蔽门系统和地铁信号系统接口设计

【摘要】针对城市轨道交通地铁中信号系统与屏蔽门系统通信的特点，探讨了信号系统与屏蔽门系统在通信过程中存在的若干问题。根据接口的功能需求，采用继电接口电路的方法实现了信号系统与屏蔽门系统的通信（包括屏蔽门的开、关控制，屏蔽门开、关门状态的监督和采集。另外基于故障-安全的原则，进行了安全性和可靠性分析）。结果表明：该继电接口电路满足信号系统与屏蔽门系统通信的要求。

【关键词】信号系统;屏蔽门;接口

1.屏蔽门工作原理

1.1 系统组成

图1所示为屏蔽门的系统组成：[1-4]（1）车载设备：机车位置识别轨道旁接收装置（PTI MUX）、接收天线（LZB-antenna）、发送天线（PTI-antenna）、列车位置识别车载发送装置（IMU100）、监督和控制通道选择继电器接点（J）、列车自动驾驶（ATO）、列车自动防护装置（ATP）;（2）轨旁设备：FTGS（检测轨道空闲情况）、轨旁ATP（ATP-STG）（监督屏蔽门开关通道）、屏蔽门控制指令接收装置（PTI-loop）、继电器控制指令组合输出电路盒（Relay box）。

图1 屏蔽门（PSD）系统组成

1.2 屏蔽门系统控制与监督

（1）开门控制

当列车停车，并且停在ATP停车窗规定的停车点后，屏蔽门释放命令由车载ATP通过报文的形式给出，并同时使继电器建立相应传输通道。释放命令由ATO或司机的操作产生，然后经过PTI天线、IMU100，车载ATO将开门信息传至地面轨旁设备。此信息到达地面PTI环线后，地面PTI环线将其发送至PTI MUX，PTI MUX收到后分析解释此信息，而后再通过Relay box输出开门命令。最终屏蔽门控制器接收到此开门信号，而后执行此命令打开屏蔽门。即ATP轨旁计算机单元触发一个用于开门的安全输出到屏蔽门。图2所示为开门信号传送流程图[5]。

图2 开门信号传送流程图

（2）关门控制

若列车要离开站台，ATO车载计算机单元将由ATO自动产生或由列车司机的操作产生和发送一个屏蔽门关命令。此关门信息通过IMU100、PTI天线送至轨旁设备。ATP轨旁计算机单元利用此信息触发一个关闭屏蔽门的输出到屏蔽门系统。收到关门信息后，地面设备PT1环线则将其送到PTI MUX，PTI MUX收到后分析解释该报文，而后通过Relay box，输出关门命令，最后屏蔽门控制器接收到此关门信号，而后执行此信号命令关闭屏蔽门。图3所示为关门信号传送流程图[5]。

图3 关门信号传送流程图

（3）屏蔽门状态的实时监督

一方面，信号系统控制屏蔽门的开关;另一方面，信号系统采集监督屏蔽门的相关状态。其信号传送途径如下：门状态信息由屏蔽门控制器发送到轨旁ATP-STG，经由FTGS轨道电路被发送到车载LZB天线，LZB天线收到后又发送给车载ATP，车载ATP继而进行处理。

2.接口功能需求

列车的正常运行和停止，需要屏蔽门满足以下功能需求[4]：

（1）信号系统与屏蔽门系统接口采用安全的继电电路物理接口。

（2）列车只有在屏蔽门关闭且锁闭的条件下，才可驶入站台区域。

（3）列车如果还没有到达站台区域时，屏蔽门状态改变，ATP轨旁单元会立刻关闭且封锁站台，并在其关闭区域边线处进行安全防护点设置。

（4）列车如果已经到达站台区域，屏蔽门的状态改变，ATP轨旁单元将会为安全考虑，立即实施紧急制动措施。

（5）只有当列车停在ATP停车窗规定的停车点时才打开屏蔽门。

（6）如果列车停在ATP停车窗规定的位置時，车载ATP将传递一个报文信息到轨旁信号单元，使其得到一个安全的屏蔽门解锁信息。

（7）在屏蔽门没有关闭，或即使屏蔽门处于关闭且锁紧状态但联锁系统未检测到，不能开放相应信号，以保证安全。为提高效率防止屏蔽门控制系统出现故障而不能正确给出状态指示，设置了一个互锁解除开关。当屏蔽门控制系统异常情况下，需要人工将此互锁解除开关闭合，从而给出了屏蔽门的状态指示，列车可以正常运行。这个方法用来屏蔽“门关闭且锁闭”信号（即“门未关闭且锁闭”的人工互锁解除信号）。

3.接口描述

3.1 信号系统与屏蔽门接口电路

3.1.1 门关闭且锁闭接口电路

如图4所示[1，4，6，7]，当屏蔽门PSD系统的继电器接点K11、K12闭合时，表示所有门已经关闭处于锁闭状态，并且产生了有效的“门关闭且锁闭”信号。K11、K12闭合后就接通信号继电器K7、K8电路，K7、K8就励磁吸起，产生两路“关门且锁闭”信号（输入1 A、输入1 B），这两路信号信息将以非等效的方式传送到信号轨旁设备，接收到该信息后，信号轨旁设备就会将该信息发送到ATS和ATP，当ATS和ATP接收到“所有门关门且锁闭”的信息后，就允许列车驶入和驶出车站站台区域。

如果屏蔽门PSD系统发生故障，或者“所有门关闭且锁闭”继电器出现异常情况时，为了防止列车驶入、驶出车站站台区域，屏蔽门PSD系统的继电器接点位置将位于断开的一侧，表明此时屏蔽门处于开门状态。

图4 “所有门关闭且锁闭”状态信号接口

3.1.2 互锁解除继电器接口电路

为提高行车效率，当屏蔽门控制系统出现异常，或者屏蔽门本身出现故障的情况下，可以使用安全型互锁解除开关将信号联锁系统与屏蔽门系统断开，这必须由有该工作权限的车站相关工作人员来完成。如图4所示，关闭互锁解除开关A、B，接通继电器K9、K10，K9、K10励磁后将该互锁解除信号信息（输入2 A、输入2 B）传到信号轨旁设备里，信号轨旁设备接收都该信息后又将其发送给ATS和ATP，ATS和ATP接收到该互锁解除信息后，将允许列车驶入和驶出车站站台区域。如果此强制开关（互锁解除开关）失效时，开关接点位置应接通断开的一侧，即要符合故障-安全的原则。

3.2 开、关门继电器接口电路

3.2.1 开门继电器接口电路

如图5所示，当列车发出一个开门命令后，开门继电器open1、open2励磁，其开关闭合而后使得K1、K2继电器励磁，而后K1、K2闭合其输出接点，从而使得K6继电器电路励磁，K6也将闭合其输出节点，最终，输出一个开门命令，屏蔽门收到该开门命令的信号后执行开门命令。相反，如果列车发出的是关门命令，那么以上所述的继电器都会落下，其输出接点位置将处于断开的一侧。

图5 开、关门命令接口电路

3.2.2 关门继电器接口电路

如图5所示[1，4，6，7]，当列车发出一个关门命令后，关门继电器close1、close2励磁，其开关闭合而后使得K3、K4继电器励磁，而后K3、K4闭合其输出接点，从而使得K5继电器电路励磁，K5也将闭合其输出节点，最终，输出一个关门命令，屏蔽门收到该关门命令的信号后执行关门命令。相反，如果列车发出的是开门命令，那么以上所述的继电器都会落下，其输出接点位置将处于断开的一侧。

4.安全可靠性分析

为防止屏蔽门故障，采取了如下相应措施：

（1）用不同的报文驱动用于开门的open1和open2这两个继电器。关门命令close 1和close 2同理。

（2）可避免同时产生开、关门命令。如图5所示，继电器开关K1、K2、K3、K4安装在屏蔽门与信号系统的接口电路中，它们之间是互锁的，能够有效防止PTI多路接收器输出无效的开关门命令。

（3）整个开关门传输通道[1]：从发出命令的车载ATO单元，到车载设备列车位置识别发送装置IMU100，再到轨旁信号设备列车位置识别轨道旁接收装置PTI-MUX，都是受CRC保护的，并且是安全冗余的。PTI的释放与否由车载ATP设备进行把控，车载ATP设备还监控PTI释放继电器的状态。车载ATP要想释放PTI继电器，并且允许接通ATO系统到PTI-MUX系统间的传输通道，列车就必须正确的停靠在停车窗内。

（4）最大容错时间设为1s，即如果由于误码产生了一个不正确的继电输出，那么只有在1s内，第二个特定的误码也出现才会对最终的输出产生不良的影响。

5.总结

信号系统与屏蔽门系统采用继电接口电路进行信息的交互，信号车载设备和轨旁设备间使用无线通信方式交互信息，并在屏蔽门控制系统失效或屏蔽门故障的条件下禁止列车进出站台区域，符合故障-安全的设计要求。

参考文献

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作者简介：吴艾玲（1987—），女，贵州毕节人，碩士研究生，主要研究方向：交通信息工程及控制。