蔡哲揚(yáng)

跨座式單軌交通為列車跨坐在預(yù)應(yīng)力梁上運(yùn)行的交通方式。傳統(tǒng)的基于鋼輪鋼軌的軌道交通線路，信號(hào)系統(tǒng)通過控制轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換道岔位置，改變線路開通方向，并且利用轉(zhuǎn)轍機(jī)反映道岔開通的定、反位。而跨座式單軌交通，道岔系統(tǒng)是通過直、曲梁的替換改變直、側(cè)向軌道連接，實(shí)現(xiàn)單開及渡線功能（換梁式道岔）；或是通過單根直線梁偏轉(zhuǎn)，以折線方式實(shí)現(xiàn)軌道梁的不同開向（樞軸式道岔）［1］。跨座式單軌道岔轉(zhuǎn)換見圖1。

圖1 跨座式單軌道岔轉(zhuǎn)換

下面以蕪湖軌道交通1、2 號(hào)線跨座式單軌項(xiàng)目為例，介紹跨座式單軌交通的信號(hào)系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)間特殊的接口設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)對(duì)單軌道岔梁的轉(zhuǎn)換控制及信息采集。

1 跨座式單軌道岔系統(tǒng)

蕪湖軌道交通跨座式單軌1、2 號(hào)線于2016 年底開工建設(shè)，線路全長(zhǎng)46.8 km，采用Innovia Monorail 300 型單軌列車和CITYFLO 650 全自動(dòng)運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)［2］。道岔采用了換梁式和樞軸式2種單軌道岔，每個(gè)道岔由1 臺(tái)道岔控制柜控制。控制方式分為遠(yuǎn)程和本地2 種模式，其中在遠(yuǎn)程控制模式下，由信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)道岔開通方向的轉(zhuǎn)換控制。

2 基于全電子的信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)

全電子信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，替換了傳統(tǒng)的室內(nèi)繼電組合電路，通過目標(biāo)控制器（OCS）實(shí)現(xiàn)對(duì)軌旁設(shè)備狀態(tài)的直接采集和控制。OCS 與聯(lián)鎖主機(jī)通信，接收聯(lián)鎖主機(jī)的控制命令，通過全電子執(zhí)行電路，動(dòng)作軌旁設(shè)備（如信號(hào)機(jī)、道岔、站臺(tái)門等），同時(shí)監(jiān)測(cè)軌旁設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)發(fā)送給聯(lián)鎖主機(jī)。

蕪湖跨座式單軌項(xiàng)目采用EBI Lock 950 型基于全電子的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用二乘二取二的安全冗余結(jié)構(gòu)，安全完整性等級(jí)為SIL4 級(jí)。相比傳統(tǒng)的繼電聯(lián)鎖，具有高可靠性、高可用性、快速響應(yīng)的特點(diǎn)，同時(shí)其緊湊的物理空間、模塊化設(shè)計(jì)理念，帶來(lái)更容易安裝和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

3 信號(hào)聯(lián)鎖與單軌道岔的接口設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

1）接口電路的功能設(shè)計(jì)符合故障-安全原則。

2）道岔系統(tǒng)應(yīng)保證提供給信號(hào)系統(tǒng)的輸入狀態(tài)準(zhǔn)確無(wú)誤，且始終與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一致。

3）信號(hào)系統(tǒng)和道岔接口界面在道岔控制柜控制端子排外側(cè)，接口線纜由信號(hào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)施。

3.2 接口原理

信號(hào)ATS系統(tǒng)發(fā)送進(jìn)路命令或道岔轉(zhuǎn)動(dòng)命令給聯(lián)鎖，由聯(lián)鎖通過目標(biāo)控制器，利用電纜與道岔控制柜接口控制道岔動(dòng)作，并通過道岔控制柜采集道岔位置、轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)以及驅(qū)動(dòng)使能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔的控制和信息采集。信號(hào)系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)接口原理見圖2。

圖2 信號(hào)系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)接口原理

信號(hào)系統(tǒng)控制道岔梁的移動(dòng)并持續(xù)監(jiān)控其狀態(tài)。信號(hào)系統(tǒng)只有在采集到道岔鎖閉在正確位置時(shí)，方能開通經(jīng)過該道岔的進(jìn)路，以確保行車安全。

3.3 接口信息

1）道岔控制命令（信號(hào)→道岔）。在ATS 辦理進(jìn)路或?qū)Φ啦韱为?dú)操控時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)將道岔轉(zhuǎn)換命令發(fā)送至目標(biāo)OCS，OCS 通過驅(qū)動(dòng)板，將轉(zhuǎn)換命令發(fā)送至道岔控制柜，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將道岔轉(zhuǎn)動(dòng)至相應(yīng)位置。

2）使能狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)及回采（信號(hào)←→道岔）。聯(lián)鎖系統(tǒng)在發(fā)送道岔控制命令的同時(shí)，給出道岔使能命令，道岔系統(tǒng)利用該命令控制道岔轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力輸出。OCS 通過采集板回采道岔控制柜的電機(jī)使能狀態(tài)，并上傳到聯(lián)鎖，由聯(lián)鎖判斷道岔控制柜是否接收到正確的道岔驅(qū)動(dòng)使能命令。

3）道岔位置表示（信號(hào)←道岔）。聯(lián)鎖系統(tǒng)通過OCS 采集板獲取道岔位置表示信息，監(jiān)視道岔實(shí)際位置及轉(zhuǎn)換結(jié)果。

4）轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)采集（信號(hào)←道岔）。道岔控制柜通過OCS 采集板，向聯(lián)鎖提供轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)（遠(yuǎn)程/本地），由聯(lián)鎖以此判斷道岔是處于遠(yuǎn)程還是本地控制模式。

OCS 通過上述采集自道岔的信息，能夠檢測(cè)道岔設(shè)備接口故障，主要有：①聯(lián)鎖未發(fā)送控制命令時(shí)，OCS 采集到道岔使能信息；②聯(lián)鎖發(fā)送控制命令時(shí)，OCS 未采集到道岔使能信息；③道岔位置表示故障，道岔失表、互斥位置狀態(tài)被同時(shí)激活、轉(zhuǎn)動(dòng)后道岔實(shí)際位置與控制命令不符等；④轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)故障，無(wú)狀態(tài)采集、互斥狀態(tài)被同時(shí)激活；⑤在未發(fā)出控制命令時(shí)，監(jiān)測(cè)到道岔位置改變。

3.4 換梁式道岔控制和狀態(tài)采集

換梁式道岔由“直梁＋曲梁或曲梁＋曲梁”組成，通過直梁與曲梁的替換，分別連接直向和側(cè)向軌道，實(shí)現(xiàn)單開及渡線功能；通過曲梁與曲梁的替換，連接2 個(gè)側(cè)向軌道實(shí)現(xiàn)對(duì)開功能。相比于樞軸式道岔，換梁式道岔允許通過速度較高，常被用于正線及場(chǎng)段部分區(qū)域，可開通定、反位2 個(gè)方向。換梁式單軌道岔位置定義見圖3。

如圖3（a）所示為單開或渡線道岔，定義直股為定位，彎股為反位；如圖3（b）所示為對(duì)開道岔，定義直股沿線路分歧點(diǎn)，順時(shí)針經(jīng)過的第一方向?yàn)槎ㄎ?，其余是反位?/p>

圖3 換梁式單軌道岔位置定義

3.4.1 道岔控制命令

對(duì)于換梁式道岔，信號(hào)系統(tǒng)向道岔系統(tǒng)的輸出命令有定操、反操和使能驅(qū)動(dòng)3 種。道岔梁定位和反位指令是關(guān)鍵的互斥指令，只有當(dāng)滿足以下條件時(shí)，道岔梁向定位位置移動(dòng)：①信號(hào)系統(tǒng)采集道岔位置鎖閉在定位；②信號(hào)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)使能狀態(tài)；③信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送定位操作命令。

3.4.2 道岔狀態(tài)采集

對(duì)于換梁式道岔，信號(hào)系統(tǒng)從道岔采集涉及道岔模式（遠(yuǎn)程/本地狀態(tài)）、道岔表示（定位/反位）及使能反饋5 種信息。道岔遠(yuǎn)程/本地模式狀態(tài)、道岔定位/反位表示狀態(tài)為2 對(duì)互斥命令，即當(dāng)且僅當(dāng)二者高低電平不一致時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)才采納其為正確的狀態(tài)輸入。

3.5 樞軸式道岔控制和狀態(tài)采集

樞軸式道岔由單根直線梁構(gòu)成，通過單根直線梁偏轉(zhuǎn)，以折線方式實(shí)現(xiàn)軌道梁的不同開向。該類道岔一般常用于場(chǎng)段，類型有單開、對(duì)開、三開、四開及渡線，其位置定義見圖4。

圖4 樞軸式單軌道岔位置定義

樞軸式道岔定義直股沿線分歧點(diǎn)，順時(shí)針經(jīng)過的第1 方向?yàn)槲恢?，第2 個(gè)通過方向?yàn)槲恢?，依此類推，定義各道岔位置。

對(duì)于樞軸式道岔，由于其開通方向較多，信號(hào)系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)需要交換道岔各開通位置的驅(qū)動(dòng)命令及相對(duì)應(yīng)的位置表示信息。與換梁式道岔類似，樞軸式道岔遠(yuǎn)程/本地模式狀態(tài)、道岔位置表示狀態(tài)為互斥命令。道岔各位置表示狀態(tài)僅允許其中一個(gè)為高電平，其余為低電平，否則均視為無(wú)效輸入，判斷為道岔失表。

4 道岔控制模式切換處理

跨座式單軌各類型道岔的控制柜均具有遠(yuǎn)程和本地2 種工作模式。當(dāng)?shù)啦硖幱谶h(yuǎn)程模式時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)向道岔系統(tǒng)的信息傳遞；當(dāng)?shù)啦硖幱诒镜啬Ｊ綍r(shí)，信號(hào)系統(tǒng)需要通過道岔控制柜的現(xiàn)地控制開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)道岔。下面重點(diǎn)分析道岔由遠(yuǎn)程模式轉(zhuǎn)換至本地模式的運(yùn)營(yíng)操作流程，及模式轉(zhuǎn)換后的信號(hào)設(shè)備處理流程。

4.1 運(yùn)營(yíng)操作流程

如圖5 所示，當(dāng)?shù)啦硇枰獜倪h(yuǎn)程模式轉(zhuǎn)換為本地模式時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作員需要在道岔控制柜處聯(lián)系道岔所在聯(lián)鎖區(qū)車站調(diào)度員，提出道岔模式轉(zhuǎn)換申請(qǐng)；車站調(diào)度員獲悉該模式轉(zhuǎn)換申請(qǐng)后，查看本站ATS 界面，確認(rèn)在線列車位置，同時(shí)向中央調(diào)度員發(fā)出道岔轉(zhuǎn)換申請(qǐng)請(qǐng)求；中央調(diào)度員確認(rèn)該道岔區(qū)域及附近無(wú)列車或列車均已停車后，向車站調(diào)度員反饋確認(rèn)請(qǐng)求；車站操作員按壓設(shè)置于車控室綜合后備盤的道岔授權(quán)按鈕，向室外發(fā)送轉(zhuǎn)換許可；道岔控制柜收到轉(zhuǎn)換許可后，點(diǎn)亮允許轉(zhuǎn)換指示燈，并啟動(dòng)50 s 的延時(shí)（該延時(shí)時(shí)間根據(jù)各相關(guān)道岔長(zhǎng)度、列車車長(zhǎng)、道岔側(cè)向通過速度等，選擇最不利情況計(jì)算得出，并留有一定余量）；50 s 的延時(shí)后，現(xiàn)場(chǎng)操作員可利用現(xiàn)地控制開關(guān)，將道岔從遠(yuǎn)程模式切換為本地模式。道岔控制柜的本地指示器亮，允許現(xiàn)場(chǎng)操作員利用本地模式轉(zhuǎn)動(dòng)道岔。若現(xiàn)地控制開關(guān)退出本地模式，指示器熄滅。

圖5 道岔切換至本地模式的運(yùn)營(yíng)操作流程

4.2 設(shè)備處理流程

道岔切換至本地模式的設(shè)備處理流程見圖6。道岔控制柜通過道岔-信號(hào)接口，通知OCS 道岔本地模式激活，同時(shí)，道岔控制柜不再接受來(lái)自信號(hào)系統(tǒng)的控制命令及使能輸出。OCS將道岔本地模式轉(zhuǎn)換信息上報(bào)給計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖。即使在道岔本地模式下，OCS 也需持續(xù)接收道岔位置及工作模式狀態(tài)。當(dāng)收到OCS發(fā)來(lái)的本地模式后，聯(lián)鎖系統(tǒng)立即判定道岔處于遠(yuǎn)程封鎖狀態(tài)，停止向道岔發(fā)送控制命令，關(guān)閉相關(guān)進(jìn)路的始端信號(hào)機(jī)，同時(shí)分別向ATS 和ZC 上報(bào)道岔遠(yuǎn)程封鎖命令。ATS 根據(jù)聯(lián)鎖系統(tǒng)的信息，停止辦理經(jīng)過本地模式狀態(tài)道岔的進(jìn)路，并將列車扣停在道岔所在區(qū)間的上游站臺(tái)。ZC收到道岔封鎖命令后，激活道岔沖突點(diǎn)，并將此狀態(tài)同時(shí)發(fā)送給ATS進(jìn)行顯示。通過車地?zé)o線通信，撤回道岔區(qū)域列車的移動(dòng)授權(quán)，避免列車進(jìn)入道岔區(qū)域。通信列車接收到來(lái)自ZC的移動(dòng)授權(quán)后，根據(jù)列車與道岔區(qū)域的距離遠(yuǎn)近，車載ATP/ATO系統(tǒng)觸發(fā)常用或者緊急制動(dòng)。而非通信列車以信號(hào)機(jī)狀態(tài)作為行車憑證。若列車避讓不及，侵入道岔區(qū)域，則可在50 s的延時(shí)內(nèi)，經(jīng)人工指揮駛離道岔區(qū)域。

圖6 道岔切換至本地模式的設(shè)備處理流程

同樣，在道岔從本地模式切換為遠(yuǎn)程模式后，經(jīng)辦理相關(guān)操作，信號(hào)系統(tǒng)再次獲得道岔控制命令及使能輸出，道岔控制柜的現(xiàn)地控制開關(guān)將無(wú)法控制道岔轉(zhuǎn)動(dòng)。特別的，在本地模式下的道岔封鎖狀態(tài)，并不會(huì)因?yàn)榈啦砜刂颇Ｊ睫D(zhuǎn)換而自動(dòng)恢復(fù)，需要ATS調(diào)度員解除道岔遠(yuǎn)程封鎖狀態(tài)。

5 結(jié)論

對(duì)于單軌換梁型、樞軸型道岔所需的單開、對(duì)開、多開的多種控制命令及采集信息，該接口設(shè)計(jì)能夠做到互斥檢查和使能狀態(tài)反饋檢查，運(yùn)用全電子聯(lián)鎖帶來(lái)的高可靠性、易維護(hù)性特點(diǎn)，保證信號(hào)系統(tǒng)與道岔系統(tǒng)接口的功能和安全要求。

針對(duì)道岔控制模式的轉(zhuǎn)換，本文從運(yùn)營(yíng)操作和系統(tǒng)防護(hù)2 個(gè)方面，分析了道岔現(xiàn)地操作切換流程。道岔控制柜模式切換的延時(shí)機(jī)制，以及現(xiàn)場(chǎng)操作人員各類操作流程限制，保證了道岔現(xiàn)地操作的安全性。同時(shí)信號(hào)ATP 系統(tǒng)通過回撤移動(dòng)授權(quán)、聯(lián)鎖系統(tǒng)通過道岔封鎖的方式，保證列車不侵入道岔區(qū)段，最終確保行車安全。