城市轨道交通屏蔽门控制系统监测的研发及应用

秦金龙

（北京地铁运营有限公司 通信信号分公司，北京 100041）

0 引 言

随着全国各个城市建设的不断发展，依托《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，“十四五”期间我国将新增3 000 km城市轨道交通运营里程，由此可推算，2025年末我国城市轨道交通运营里程数将有望突破1万km（2020年我国城市轨道交通运营里程数为7 679.7 km）。同时，结合“十二五”时期及“十三五”时期城市轨道交通累计完成投资额、累计客运量等相关数据以及考虑2020年疫情的影响测算出，“十四五”时期我国城市轨道交通累计完成投资额有望达到18 188亿元，累计客运量有望达到1 292亿人次。针对此情况，本文将讨论在城市轨道交通现有的信号系统屏蔽门控制电路中增加屏蔽门控制系统的监测设备，24 h不间断监测屏蔽门控制系统运转状态，当发生故障时及时判断定位，缩小故障范围。现场维修人员通过指引对故障点进行快速处理，最短时间恢复屏蔽门控制系统的正常运行，提高设备的运行可靠性。

1 屏蔽门控制系统加装监测设备的必要性

当前，城市轨道交通的运营客流量大，车辆运行的班次密集，每天运行时间长，其安全性非常重要。运营的过程中无安全小事，信号系统、车辆本体、轨道、接触网、火灾报警系统（Fire Alarm System，FAS）、隧道或地面设施以及其他设施等的状态都对轨道交通运营与乘客的乘车安全具有重要意义。为保障轨道交通安全运营，传统的做法是利用运营的空窗期对相关部分进行安全检查，每天运营前派出首列空载车对线路动态安全检测。由于城市轨道交通的快速发展，线路长、运营空窗小等对安全检查的要求越来越高，辅助安全检查设备的需求极大。根据实际运营需求，结合技术发展创新，安装各个子系统的智能监测设备正逐步服务于城市轨道交通，提升了安全检查的效率，进一步保证运营安全[1-10]。

随着城市轨道交通屏蔽门系统在路网中越来越广泛的应用，涉及屏蔽门控制电路的故障也在逐年增多，随着地铁列车的运行速度逐步提高，运行密度也越来越大，各城市轨道交通车站站台的安全事故不断发生。在这种情况下，城市轨道交通屏蔽门系统的重要性愈发重要。当前，北京城市轨道交通路网所有车站均已安装并使用屏蔽门系统，随着屏蔽门系统应用的越来越广泛，随之而来的就是因城市轨道交通屏蔽门控制系统故障，导致的列车晚点事故也逐渐增多。由于屏蔽门控制系统与信号系统接口部分的故障点较多，现有技术手段无法快速对故障点及故障范围进行定位，只能通过现场维修人员逐条电路、逐点去排查相关故障点，极易耽误故障处理时间，对城市轨道交通的运营效率产生了很大影响。如何提高对屏蔽门设备控制系统的可维修性，缩短平均故障修复时间（Mean Time To Repair，MTTR），是信号设备维修工作新增的发展课题。下面将列举我国某市轨道交通自启用屏蔽门控制系统以来影响较大的一次故障，证明屏蔽门控制系统加装监测设备的必要性，具体故障如下。

故障现象为某站上行全列屏蔽门关好后列车无移动授权，互锁解除无效。故障原因为信号系统与屏蔽门系统的接口配线（第一根）虚接，导致SMGJ（上行门关好）继电器和SQCJ（上行互锁解除）继电器无法正常工作，列车进出本站时无法获得移动授权，互锁解除无效。

通过这次屏蔽门控制系统故障可以看出，信号系统与屏蔽门系统接口有很多，如电源、分线柜的配线、屏蔽门的SMGJ（上行门关好）继电器、屏蔽门的SQCJ（上行互锁解除）继电器、信号的SMGJ（上行门关好）继电器、信号的SQCJ（上行互锁解除）继电器。由于故障点较多，信号维修人员和屏蔽门维修人员需要逐点去测量故障点，导致处理本次故障共用时234 min，X号线和相邻运营线早高峰时段运营秩序混乱，大量乘客滞留车站，严重危及运营安全。

2 屏蔽门控制电路的原理介绍

在讨论屏蔽门控制电路监测前，首先简要介绍一下屏蔽门控制电路的原理。

2.1 城市轨道交通信号系统设备介绍

城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全、实现行车指挥和列车运行现代化、提高运输效率的关键系统设备，通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC）组成。ATC包括列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）、列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，ATP）以及列车自动运行系统（Automatic Train Operation，ATO）3个子系统，这3个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

其中，信号系统中涉及屏蔽门控制的部分包括信号的MGJ（门关好）继电器、信号的QCJ（互锁解除）继电器、信号的KMJ（开门）继电器的一组接点、GMJ（关门）继电器的一组接点、DCU（信号提供直流24 V）电源。

2.2 城市轨道交通屏蔽门系统设备介绍

城市轨道交通屏蔽门系统是城市轨道交通机电设备的重要组成部分。最早的屏蔽门出现在20世纪60年代初期圣彼得堡一种利用区间隧道停车的车站，目的是保证无车一侧站台车站的安全和观瞻，70年代法国里尔全自动城市轨道交通为了自动行车的安全，装配了屏蔽门。1981年，日本东京城市轨道交通南北线上安装了半封闭式的站台安全门，这是一道结构简单、高度较低的玻璃隔墙和活动门，主要是起隔离的作用，提高了站台候车乘客的安全，同时也能起到一定的降噪作用。由此可见，屏蔽门的安装既可保障站台内乘客的安全候车，同时也可杜绝跳轨自杀或恶意加害事件的发生，从而有力保障了城市轨道交通列车的正常运营。而对于一些采用无人驾驶列车或自动折返的城市轨道交通运营线路，屏蔽门系统更将是必不可少的车站安全设备。

其中，屏蔽门系统中涉及屏蔽门控制的部分包括SKMJ（上行开门）继电器、屏蔽门的SGMJ（上行关门）继电器、屏蔽门的SMGJ（上行门关好）继电器的一组接点、屏蔽门的SQCJ（上行互锁解除）继电器的一组接点、LZ、LF（屏蔽门提供的直流24 V）电源。

2.3 信号系统和屏蔽门系统接口原理介绍

当列车进站停稳后，此时需要打开屏蔽门，信号系统将命令发至屏蔽门系统，由屏蔽门系统执行打开屏蔽门的操作。首先，信号的KMJ（开门）继电器吸起，接通打开屏蔽门电路，屏蔽门的SKMJ（上行开门）继电器正常吸起后，最终执行打开屏蔽门，并在信号控制台上给出对应屏蔽门开启的状态显示。

当列车站停结束需要发车时，此时需要关闭屏蔽门，信号系统再次将命令发至屏蔽门系统，由屏蔽门系统执行关闭屏蔽门的操作。首先，信号的SGMJ（上行关门）继电器吸起，接通关闭屏蔽门电路，屏蔽门的SGMJ（上行关门）继电器正常吸起后，最终执行关闭屏蔽门。

屏蔽门都完全关闭后，屏蔽门的SMGJ（上行门关好）继电器吸起，接通后检查门关好电路。信号的SMGJ（上行门关好）继电器吸起后，在控制台上给出对应屏蔽门关闭的显示，列车正常运行出站。

当屏蔽门发生故障时，站台工作人员操作互锁解除（切除屏蔽门控制系统）。接通切除屏蔽门电路后，信号的SQCJ（上行互锁解除）吸起，切除屏蔽门信号控制，在控制台上给出对应屏蔽门切除的显示，列车人工驾驶模式运行出站。

3 屏蔽门控制系统监测设备介绍

针对以上情况，极有必要为屏蔽门控制系统研制加装一种简单易读、安全可靠的监测设备。当屏蔽门控制系统发生故障时，监测设备能够针对监测所得的电信号结合电路逻辑及时并准确地反馈出故障范围，使维修人员快速准确的对故障点进行处置，保证屏蔽门控制系统的正常运行。下面将以一款已经投入运用的屏蔽门控制系统监测设备为例，讲解屏蔽门控制系统监测设备的运行原理。

3.1 屏蔽门控制系统监测设备面板介绍

为了能够准确监测屏蔽门控制电路的相关信息，为维修人员提供方便快捷的操作界面，经过数次的技术研讨与试验验证，此款触摸式屏蔽门控制系统监测设备操作界面的左上角显示当前站名。右上角显示日期和时间、存储卡记录，通过接入电脑考取日志，中间部分是上、下行信号的状态，左边上行，右边下行。监测的屏蔽门控制信息包括列车停稳信息、屏蔽门电源（L电源）、信号电源（DCU电源）、开门指令、关门指令、门关闭且锁紧信息、互锁解除指令7个信息，其中绿色表示监测信息输出有电，红色表示监测信息无电。

3.2 屏蔽门控制系统监测设备工作原理介绍

屏蔽门控制系统监测设备是根据电压信号的高低状态和逻辑时序关系来判断屏蔽门控制系统运行状态是否正常，并记录相关日志和电压波形。当屏蔽门出现故障时，监测设备所监测的信息与内部存储的控制电路时序逻辑控制指令集进行实时比对，当出现指令顺序错误、指令缺失、指令混乱时监测设备在下方给出报警信息，同时可快速回看故障时的日志及波形，准确判断故障。

4 城市轨道交通屏蔽门控制系统加装监测设备的方案研究

4.1 屏蔽门控制系统监测设备供电安装方案

监测设备本身需要交流220 V供电，优选方案是从设备电源室电源屏交流220 V备用端子取电，备选方案为从信号机房分线柜上的备用220 V接线端子取电，端子距离监测设备较近部位按正规走线方式进行取电。两种方案均可实施，但电源屏交流220 V容量是否满足需要现场确认，如不满足可使用备选方案。

4.2 屏蔽门控制系统监测设备配线安装方案

利用信号系统和屏蔽门系统接口设备在分线柜内的备用端口，每个监测端口引出一根连接线到监测设备，最终完成对整条屏蔽门控制电路关键部位的电压监测。

轨道交通信号系统中，屏蔽门控制系统的监测设备成功安装后，通过组织对设备维修人员的现场使用进行培训教学以及半年的试运行，期间设备整体稳定可靠，未出现误报、错报情况，成功辅助解决问题2件。目前，设备已投入正式运行阶段，全天24 h对车站屏蔽门控制系统进行监测，确保设备运营稳定可靠，下一阶段将开展全线推广安装。

5 屏蔽门控制系统监测设备的实际应用

屏蔽门控制系统监测设备安装成功后，为了验证其准确性，将与前面举例的屏蔽门控制系统故障进行对比，本次也模拟故障点为信号系统与屏蔽门系统的接口配线（第一根）虚接，最终通过屏蔽门监测设备来快速判断故障，提高设备的可维修性。

通过屏蔽门控制系统监测设备日志和电压曲线显示，信号电源和门关好信号均未监测到电压，电压曲线记录信号电源和门关好信号均为0 V。结合屏蔽门控制系统监测设备日志和电压曲线分析，很容易排除了屏蔽门的SMGJ（上行门关好）继电器、信号的SMGJ（上行门关好）继电器及相关配线链路的故障，因为监测分线柜的4个监测点均无电压，故障点直接指向信号DCU电源及相关配线链路。最后基本锁定在分线柜前后的4根配线和信号DCU电源中。下面只需要检查4根配线以及信号DCU电源就能很快找到故障点，处理故障。

通过此次模拟故障与之前举例故障进行对比可以看出，在屏蔽门控制电路的帮助下，维修人员能够快速、准确地找到故障点并进行处理。

6 结 论

“十四五”期间，中国城市轨道交通协会提出了国内城市轨道交通四大发展要点，推进智慧城轨发展。同时，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》也提出，“十四五”期间我国城市轨道交通运营里程数将新增3 000 km，预计“十四五”累计客运量将突破千亿人次，累计完成投资额有望达到18 188亿元。随着轨道交通向着网络化以及高品质服务目标的发展，车站屏蔽门系统已经成为轨道交通重要的运营服务设备组成，引发的故障必定会对路网中列车的正常运行造成巨大影响，因此屏蔽门控制系统监测设备的研发应用会在屏蔽门发生故障后发挥重要的作用，通过快速、准确的定位判断故障范围，提高了设备的可维修性，缩短了故障修复时间，为城市轨道交通网络化运营安全与给乘客带来高品质出行服务提供了强有力的保障。