盧昌儀

(廣州地鐵設計研究院有限公司,510010,廣州∥工程師)

旅客自動輸送(Automated People Mover,簡為APM)系統(tǒng)主要應用于短距離輸送、短距離穿梭且追蹤間隔小的全封閉線路,如機場內(nèi)航站樓之間的旅客輸送,或輸送距離較短、客流較小的區(qū)域交通。在國內(nèi),北京首都機場首先設置了APM系統(tǒng);廣州為解決珠江新城中央商務區(qū)內(nèi)的交通及與周邊軌道交通線路的聯(lián)絡,也設置了APM系統(tǒng)。

APM系統(tǒng)一般采用智能化的無人駕駛運營模式,包括車輛入庫、排列、洗車等工序。為滿足無人駕駛的需求,在站臺邊緣設置了屏蔽門。由于運營功能需求的差異,應用于APM的屏蔽門系統(tǒng)與地鐵工程屏蔽門系統(tǒng)在控制模式上有所差異。本文以珠江新城APM系統(tǒng)為工程實例,分析探討應用于APM的屏蔽門系統(tǒng)的工作原理和控制模式設計。

1 項目概況

1.1 線路概況

為滿足廣州珠江新城中央商務區(qū)和天河商貿(mào)區(qū)內(nèi)部的交通需求,特設置APM系統(tǒng)。其線路呈南北走向,穿越林和西—珠江新城—赤崗塔,總長度為3.94 km,全部為地下線路;系統(tǒng)共設置9座車站和1座車場,控制中心設于最南端的赤崗塔站內(nèi)。

1.2 車輛選型

根據(jù)站間距短、客流量小等特點,選用龐巴迪公司的膠輪-導向CX100型車輛。車輛采用膠輪、混凝土運行道、導向軌導向的運行方式。其供電方式為交流600 V接觸軌。初期為2節(jié)編組,遠期為3節(jié)編組,車廂之間互不相通。每節(jié)車廂乘客門數(shù)量為2道/側。圖1為車輛的外形結構示意圖。

圖1 車輛結構圖

1.3 運營管理模式

車站不設或只設很少的工作人員。整個系統(tǒng)運營完全中央集中化,由控制中心(OCC)負責信息管理、下達指令、任務決策等,還包括維修方面?？刂浦行膶崿F(xiàn)全部的調(diào)度和監(jiān)控來強化集中式管理。

1.4 信號系統(tǒng)

信號系統(tǒng)采用全雙工通信制、展布頻譜無線通信技術的移動閉塞系統(tǒng)。與固定閉塞系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)在車-地之間采用無線通信,可大大減少軌旁設備。該系統(tǒng)主要由列車自動保護(ATP)、列車自動駕駛(ATO)和列車自動監(jiān)控(ATS)等三個子系統(tǒng)構成。在全自動無人駕駛模式下,信號系統(tǒng)同時聯(lián)動控制屏蔽門和列車乘客門。

2 屏蔽門系統(tǒng)構成

屏蔽門系統(tǒng)主要由門體、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源設備等組成。

2.1 門體

門體結構主要由滑動門、固定門、應急門、端門、頂箱等機械部件組成。根據(jù)列車編組,每側站臺屏蔽門設置6道滑動門,與列車乘客門一一對應。為適應車廂之間不互通的條件,每側站臺屏蔽門設置了14扇應急門,向站臺側開啟,滿足了應急疏散的要求。屏蔽門在車站的典型平面布置模式如圖2所示。

圖2 屏蔽門平面布置圖

2.2 驅動系統(tǒng)

驅動系統(tǒng)采用皮帶驅動方式,主要由驅動裝置(電機、減速器等)和傳動裝置、鎖定裝置及解鎖裝置、位置檢測開關等組成,如圖3所示。

圖3 驅動系統(tǒng)示意圖

2.3 控制系統(tǒng)

屏蔽門控制系統(tǒng)主要由中央控制盤(PSC)、門控單元(DCU)、就地控制盤(PSL)、接口模塊(包括與信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)的接口)、通信介質等組成,如圖4所示。

APM系統(tǒng)采用高度自動化、集中化的運營管理模式,屏蔽門控制系統(tǒng)與ATC系統(tǒng)的聯(lián)動控制,保證屏蔽門與列車門實現(xiàn)一對一的聯(lián)動關系。另外,控制中心通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的通信接口,實現(xiàn)對屏蔽門系統(tǒng)的遠程監(jiān)視和控制功能:在控制中心顯示終端能查詢屏蔽門系統(tǒng)的工作狀態(tài),在緊急狀態(tài)下控制中心能對屏蔽門進行開門和關門控制。

2.3.1 中央控制盤

中央控制盤(PSC)主要由工控主機、單元控制器(PEDC)及接口模塊等組成,是屏蔽門系統(tǒng)的“大腦”。PSC負責所有門單元的狀態(tài)監(jiān)視,并通過接口模塊向綜合監(jiān)控系統(tǒng)反饋信息,同時接受控制中心的指令并廣播式下發(fā)至DCU。

圖4 屏蔽門控制系統(tǒng)結構圖

2.3.2 門控單元

門控單元(DCU)是現(xiàn)場執(zhí)行部件,根據(jù)外部輸入條件對驅動電機的控制,完成滑動門的閉合動作,以及對滑動門狀態(tài)的監(jiān)視及反饋。另外,DCU通過安裝在門頭上的可編程邏輯控制器(PLC)把信息上傳至信號系統(tǒng)。信號系統(tǒng)將根據(jù)每道門單元的狀態(tài)進行邏輯判斷。

2.3.3 就地控制盤

就地控制盤(PSL)安裝在站臺公共區(qū),作為系統(tǒng)控制的后備模式。在系統(tǒng)級控制無法完成時,工作人員可在站臺層完成屏蔽門系統(tǒng)的手動操作,完成開門、關門、互鎖解除等功能。

3 屏蔽門系統(tǒng)的控制模式

屏蔽門系統(tǒng)的控制模式主要有系統(tǒng)聯(lián)動控制模式和人工控制模式。系統(tǒng)聯(lián)動控制模式是指無人駕駛模式下屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的聯(lián)動控制模式,信號系統(tǒng)對屏蔽門系統(tǒng)進行實時的監(jiān)督和控制,屏蔽門系統(tǒng)又實時向信號系統(tǒng)反饋門體的狀態(tài),作為信號系統(tǒng)的邏輯判斷條件。人工控制模式是在人工駕駛模式或在緊急情況下,由人工對屏蔽門進行操作的控制模式。人工控制模式又分遠程控制模式和就地控制模式。

3.1 系統(tǒng)聯(lián)動控制模式

3.1.1 控制原理

信號系統(tǒng)的ATP子系統(tǒng)負責屏蔽門系統(tǒng)安全狀態(tài)監(jiān)控,通過ATP確保屏蔽門系統(tǒng)及列車處于安全情況下的開/關門指令發(fā)送;ATO子系統(tǒng)負責屏蔽門系統(tǒng)的動作及狀態(tài)監(jiān)視,通過ATO實現(xiàn)對屏蔽門系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的聯(lián)動監(jiān)控原理如圖5所示。

圖5 監(jiān)控原理圖

3.1.2 安全信息

屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)之間至關重要的信息稱為安全至關信息,主要包括主電源允許、關閉并鎖定、互鎖解除等3種信息(見圖5)。安全信號采用硬線連接方式,通過ATP“故障-安全”的安全繼電器回路與屏蔽門系統(tǒng)進行電氣連接。

在ATP確保安全的情況下,信號系統(tǒng)以列車車廂(2道滑動門)為單位向屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送“主電源允許”指令,隨后才允許ATO發(fā)送“開門命令”。屏蔽門系統(tǒng)在沒有得到“主電源允許”的情況下是不允許動作的。另外,屏蔽門系統(tǒng)以每側站臺為單位向ATP反饋“關閉并鎖定”信號,ATP只有收到“關閉并鎖定”信號時才允許列車進站或出站。“互鎖解除”信號作為“關閉并鎖定”信號的虛擬信號,只有在人工模式時才由人工向ATP發(fā)送,以解除屏蔽門系統(tǒng)與ATP的聯(lián)鎖。

3.1.3 狀態(tài)信息

信號系統(tǒng)以每道滑動門為單位,通過設置在門頭的PLC實現(xiàn)與屏蔽門系統(tǒng)的信息互聯(lián)。所涉及到的信息包括開門命令、人工開門、門隔離、門障礙物探測、門關閉并鎖緊、門全開、門故障等7種狀態(tài)和指令。

若ATO檢測到某一門單元被隔離或有其它故障時,即使得到ATP的允許,ATO也不會發(fā)出“開門命令”,不會對相應的列車乘客門進行聯(lián)動控制。相反,列車乘客門的故障也會影響信號系統(tǒng)對屏蔽門的聯(lián)動。這樣,ATO確保了屏蔽門與列車門一一對應的聯(lián)動控制。

值得一提的是,信號系統(tǒng)只提供“開門命令”?！伴_門命令”是一種持續(xù)的高電平信號,只有從高電平轉換至低電平時,屏蔽門系統(tǒng)才執(zhí)行關門動作?！伴_門命令”的持續(xù)時間由信號系統(tǒng)設定。

3.2 人工控制模式

人工控制模式是系統(tǒng)聯(lián)動控制模式的補充,分為站臺級控制和遠程控制。

3.2.1 站臺級控制

站臺級控制是由管理人員在站臺操作PSL,對屏蔽門進行開/關門控制、互鎖解除控制等,通過硬線實現(xiàn)。每側站臺屏蔽門均設置一套PSL,安裝在站臺公共區(qū)。

正常情況下,屏蔽門系統(tǒng)由信號系統(tǒng)發(fā)送指令,一旦信號系統(tǒng)指令失效、通信故障,或者列車進入人工駕駛模式時,將啟動站臺級控制。列車駕駛員或站務人員通過PSL對屏蔽門進行開門、關門、互鎖解除等操作,實現(xiàn)屏蔽門的站臺級控制操作。

3.2.2 遠程控制

遠程控制主要用于緊急情況,如站臺火災、列車乘客緊急疏散等,控制權設在控制中心。

屏蔽門系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口形式與綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行互聯(lián)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過其在控制中心的綜合操作平臺,實現(xiàn)對屏蔽門系統(tǒng)的遠程控制。圖6為遠程控制原理圖。

圖6 綜合監(jiān)控系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的網(wǎng)絡圖

綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用了深度集成的設計方案,在車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)中集成,接口協(xié)議采用基于TCP/IP的Modbus協(xié)議,與屏蔽門系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接。另外,綜合監(jiān)控系統(tǒng)在OCC的遠程終端建立了面向用戶的應用軟件平臺,實現(xiàn)了全線屏蔽門系統(tǒng)信息共享及監(jiān)控功能。

4 結語

在以往的APM項目中,屏蔽門系統(tǒng)兼作信號系統(tǒng)的附屬子系統(tǒng),僅僅提供滑動門開、關的控制功能,而沒有設置中央級的管理模式。廣州市旅客自動輸送系統(tǒng)的最大特點就是全部線路均為地下線路,設計時不僅要考慮乘客運輸要求,還應滿足應急疏散的消防要求。因此,屏蔽門作為站臺區(qū)與行車區(qū)的隔離屏障,其系統(tǒng)功能不僅要滿足無人駕駛的系統(tǒng)聯(lián)動控制模式,還應考慮有人駕駛時的人工操作模式,更應適應地下工程的消防疏散要求。

[1]廣州地鐵設計研究院有限公司.廣州市政交通旅客自動輸送系統(tǒng)初步設計[G].廣州,2006.

[2]趙斌.地鐵車站自動扶梯與屏蔽門聯(lián)動設計研究[J].都市快軌交通,2006(3):74.

[3]趙成光.廣州地鐵屏蔽門系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術[J].工業(yè)控制計算機,2001(4):8.