多种车型智能同步联动的站台门控制系统

马建军

（中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081）

为了缩短列车进站及乘客候车时间，满足大客流的出行需求，高速/城际铁路采用站台候车已成为当前旅客服务研究的热点问题之一[1]。站台门安装在站台边缘，将站台区与轨行区隔离，可提高站台候车的安全性和减少站务人员的工作强度。基于京沈客运专线（北京—沈阳）高速综合试验，中国国家铁路集团有限公司在北京—张家口高速铁路（简称：京张高铁）的清河站、八达岭站和太子城站安装了站台门控制系统并进行了示范应用，为实现高铁公交化运输、方便旅客乘降组织、提升车站工作效率、确保旅客安全等创造了条件。

我国铁路车型众多，车站站台存在多种车型混合运营的情况。在多种车型混合运营条件下保证高密度行车与大客流的无缝对接，是保证京张高铁在北京2022 年冬奥会和冬残奥会期间客运组织效率和服务质量的关键。同一站台停靠的车型不一致，不同车型的车门位置、车门数量等都不相同，会导致滑动门与列车门无法实现一一对应，且影响旅客在站台的乘降，是多种车型运营条件下站台门工程应用的难题。

本文基于热备冗余控制原理及多种车型自适应控制原理，针对同一线路不同车型的高密度行车及自动驾驶情况下站台门控制系统高频开关的可靠性控制和安全性问题，对一整侧站台门的滑动门进行系统性研究，构建多种车型智能同步联动的站台门控制系统。

1 基本原理

1.1 热备冗余控制原理

站台门热备冗余控制系统在中央控制中心内设置两组可编程逻辑器件，正常情况下，两组可编程逻辑器件相互监测，交替工作，能够在其中一组故障时，自动切换到另一组。所设可编程逻辑器件为两组站台门控制器（PEDC，Platform Emergency Door Controller），每组PEDC 均包括时钟模块、输入信号处理模块、译码模块、逻辑控制模块、通信模块及输出信号处理模块[2]，如图1 所示。时钟模块产生控制信号时钟及相关串行通信时钟；输入信号处理模块对输入信号进行滤波处理；译码模块将来自信号系统的信号译码成站台门控制组件所需要的开/关门信号；通信模块完成两组PEDC 之间的相互通信及与监控组件的串行通信功能；逻辑控制模块根据通信模块提供的信号，监测另一组可编程逻辑器件是否正常工作，并通过运算控制两组PEDC 轮流工作或单独工作；输出信号处理模块对输出控制信号进行处理，使控制组件可以可靠地对后级安全继电器组进行控制。

图1 热备冗余控制技术基本原理

由于列车风的影响，首、末端站台门开/关门的阻力不同，且列车高速过站产生的气动效应，会对站台门产生冲击和吸附，引起站台门发生抖动，从而影响站台门精确开关。基于比例积分（PI，Proportion Integral）调节算法，采用三闭环（电流环、速度环、位置环）控制技术[3]，实现每1 ms 完成1 次运动状态反馈，进而保证站台门的精准控制。通过系统自学习功能确定最佳的开/关力、开/关速度曲线，实现对所有滑动门同时开/关的控制及开/关门力的控制，并达到开/关门同步时间误差≤0.2 s，控制原理如图2所示。

图2 三闭环控制原理

1.2 多种车型自适应控制原理

我国铁路车型众多，仅考虑长短编组、速度目标值的差异，车型就达30 多种。动车组有CRH1、CHR2、CHR3、CRH5、CRH6、CRH380 和CR400等多个系列，且分为短编、长编、重联，以及正向、反向等运行方式；各线路运用的车型不同，各铁路局集团公司配属车辆的占比也不同，因此，需设计列车自动驾驶（ATO，Automatic Train Operation）模式下对多种车型开门、不同数量的车门与站台门的联动控制方法，其控制原理，如图3 所示。

图3 多种车型的车门/站台门联动控制原理

ATO 系统通过地面列车控制中心（TCC，Train Control Center）转发站台门控制系统的控制指令，控制站台门的打开和关闭、车门与站台门的联动。开门由ATO 或司机触发，关门由司机触发，TCC 接收到临时限速服务器（TSRS，Temporary Speed Restriction Server）发送的站台门控制指令后，驱动对应继电器，控制相应站台门开/关动作，TCC 采集站台门控制系统提供的门状态继电器信息，并向TSRS、CTC 车站设备发送，且TCC 对站台门状态继电器实施连续、实时监测[3-4]。

TCC 与站台门的中央控制中心通过继电器接口实现。其中，TCC 与中央控制中心中包含多种车型的继电器，不同车型对应的继电器不同，在TCC 下达开门指令的同时下达车型信息指令。TCC 侧设置开/关门控制继电器，以复兴号8 辆、16 辆和17 辆编组为例，TCC 侧设置开/关门控制继电器，包括开门继电器（KMJ）、关门继电器（GMJ）、8 编组正向车型继电器（CXZ8J）、8 编组反向车型继电器（CXF8J）、16 编组正向车型继电器（CXZ16J）、16 编组反向车型继电器（CXF16J）、17 编组车型继电器（CX17J），继电器的动作状态控制站台门的动作[4-8]。TCC 与站台门继电器采集驱动原理，如图4 所示，其中，靠前端接点采集的继电器信号KMJ、GMJ、CXZ8J、CXF8J、CXZ16J、CXF16J、CX17J 由TCC 侧采集。

图4 TCC 与站台门继电器采集驱动原理

行车综合自动化系统（TIAS，Traffic Integrated Automation System）实时地向站台门控制系统报告列车车门故障信息，站台门控制系统实时地向TIAS 发送站台门的故障信息。中央控制中心主机和从机与前置处理器-A（FEP-A）、前置处理器-B（FEP-B）的连接方式，如图5 所示。

图5 通信接口连接方式

当单个滑动门或列车门发生故障无法打开时，其对应的列车门或滑动门无法获知对方状态，依然会打开。这就造成滑动门或列车门只有一方打开，而另一方没有打开的问题，可能会引起乘客撞伤、挤伤、物品掉落到轨行区等危险事故发生。若因为单个列车门或滑动门无法动作而设定整侧站台门或列车门不动作，则会严重影响线路运行。为此，站台门控制系统采用“对位隔离”的方法，由站台门监控系统、中央控制中心和门控单元（DCU，Door Control Unit）共同完成。工作原理如下：

（1）站台门监控系统从PEDC 读取每个滑动门的故障隔离状态信息并发送给信号系统，同时，接收信号系统发送过来的每个列车门的故障隔离状态信息；

（2）站台门监控系统根据接收到的列车门状态信息，经逻辑分析后，向PEDC 写入站台门对位隔离控制字；

（3）PEDC 实时采集每个DCU 的运行状态，每次接收到监控系统发送的对位隔离控制字后，将DCU 运行状态字和对位隔离控制字进行比较，若两者不一致，则向对应DCU 发送“对位隔离”状态控制字。之后，再次读取DCU 对位隔离状态字，判断是否已经成功写入，最多支持3 次（可调）自动重写；

（4）每个DCU 在接收到ATO 开门指令后，根据内存中的“对位隔离”状态字，判断是否执行开门动作。

2 系统构建

多种车型智能同步联动的站台门控制系统按车站站台面数量设置多个独立系统，通过中央控制中心实现每个独立系统滑动门的开启和关闭，在每一道滑动门上设置控制滑动门开和关的DCU，且独立系统中任何一个DCU 发生故障时，不影响其它DCU 的正常运行。每个独立系统按照安全等级由低到高分为4 个等级，分别为由TCC 自动控制的系统级、站台人员操作的站台级、车站控制室人员操作的紧急控制级和单个站台门操作的就地控制级。站台级配制就地控制盘，紧急控制级配置紧急控制盘，单个站台门操作就地控制级配制单门控制盒，各控制等级的指令下达都是通过通信线路传输，系统的工作状态和故障信息通过总线传输。此外，中央控制中心上设有监控系统，实时显示设备工作状态和故障信息。系统组成如图6 所示。

图6 系统组成

3 试验验证

为证明站台门控制系统同步控制的正确性，结合既有线路进行试验。在紧邻正线的站台进口、中部、出口的站台门滑动门处安装测试装置，在现场实测380AL 16 编组动车组车型，测试以160 km/h 速度过站时一整侧滑动门的开门时间，结果如图7、图8 所示。

图8 站台门扰动曲线

由图7、图8 可知，站台门在160 km/h 的列车风压作用下，一整侧滑动门开门同步误差≤0.2 s，且开门速度曲线与设定的曲线趋势保持一致。此外，滑动门受到列车风压的作用时都会出现程度不同的抖动，但在控制系统的作用下很快恢复到原始设定状态。试验结果表明，该系统具有很强的自适应能力，该试验结果可为站台门控制系统在高速铁路的工程应用提供参考。

4 结束语

本文针对同一线路不同车型的高密度行车及自动驾驶情况下的站台门控制系统高频开/合、多控制单元联控的可靠性控制和安全性问题，基于热备冗余控制原理及多种车型自适应控制原理，构建多种车型智能同步联动的站台门控制系统。现场试验结果表明：

（1）系统在160 km/h 的列车风压作用下，一整侧滑动门开关门同步误差≤0.2 s，且开门速度曲线与设定的曲线趋势保持一致；

（2）系统对列车风扰动具有很强的自适应能力。