李曉靜，張家銘

（1.卡斯柯信號(hào)有限公司，北京 100070；2.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)（fully automatic operation system，F(xiàn)AO）是一種城市軌道交通系統(tǒng)，其運(yùn)用計(jì)算機(jī)、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行全過程自動(dòng)化，涉及車輛、信號(hào)、綜合監(jiān)控、通信、站臺(tái)門、車庫門和洗車機(jī)等多個(gè)子系統(tǒng)。全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中信號(hào)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車喚醒/休眠、庫內(nèi)發(fā)車、進(jìn)出段、站臺(tái)停站/發(fā)車、對(duì)位調(diào)整、站臺(tái)清客、開/關(guān)門、自動(dòng)折返、回庫和自動(dòng)洗車的清掃等正常作業(yè)，以及乘客緊急呼叫、人員防護(hù)、車輛/站臺(tái)火災(zāi)、障礙物檢測(cè)、車門/站臺(tái)門對(duì)位隔離、雨雪模式和蠕動(dòng)模式等異常事件處理，實(shí)現(xiàn)列車全自動(dòng)運(yùn)行，不僅達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，也能避免人為操作失誤導(dǎo)致的運(yùn)營故障。信號(hào)系統(tǒng)由在傳統(tǒng)CBTC 信號(hào)系統(tǒng)升級(jí)為FAO 后，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備也相應(yīng)新增了如人員防護(hù)開關(guān)（Staff Protection Key Switch，SPKS）防護(hù)、反向跳躍管理、站臺(tái)清客確認(rèn)、再關(guān)門控制、間隙探測(cè)、列車全自動(dòng)洗車和自動(dòng)控制車庫門等適應(yīng)FAO 的功能及接口。本文將對(duì)上述新增功能聯(lián)鎖邏輯控制及接口信息交互進(jìn)行分析和說明。

1 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)聯(lián)鎖設(shè)備新增功能

1.1 SPKS 防護(hù)

1.1.1 SPKS 使用場(chǎng)景

全自動(dòng)無人駕駛地鐵線路，列車上無司機(jī)值守，當(dāng)運(yùn)營人員或者維護(hù)人員需要進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行區(qū)域搶修、排查故障或者日常巡檢等作業(yè)時(shí)，需要激活人員防護(hù)開關(guān)，建立一個(gè)封鎖區(qū)域來保護(hù)作業(yè)人員的人身安全。

1.1.2 SPKS 聯(lián)鎖功能

在正線各車站車控室綜合后備盤及車輛段控制室設(shè)置人員防護(hù)開關(guān)及相應(yīng)指示燈時(shí)，聯(lián)鎖設(shè)備實(shí)現(xiàn)以下控制邏輯。

1）聯(lián)鎖設(shè)備和SPKS 開關(guān)通過硬線接口，獲取SPKS 開關(guān)狀態(tài)。

2）SPKS 激活時(shí)，聯(lián)鎖設(shè)備禁止排列通向SPKS 防護(hù)區(qū)域的進(jìn)路；若通向SPKS 防護(hù)區(qū)域的進(jìn)路始端信號(hào)已經(jīng)開放，檢查到SPKS 激活條件應(yīng)立即關(guān)閉。

3）信號(hào)機(jī)因SPKS 開關(guān)激活而關(guān)閉后，當(dāng)SPKS 開關(guān)未處于激活狀態(tài)或旁路狀態(tài)，卻滿足聯(lián)鎖條件時(shí)，信號(hào)機(jī)應(yīng)能人工重開信號(hào)。

4）SPKS 激活時(shí)，SPKS 防護(hù)區(qū)域內(nèi)的道岔不可被聯(lián)鎖設(shè)備邏輯操動(dòng)，如進(jìn)路操作、保護(hù)進(jìn)路觸發(fā)操作等，但可通過人工單操操動(dòng)。

1.1.3 和其他系統(tǒng)信息交互

1）聯(lián)鎖設(shè)備采集到SPKS 處于激活狀態(tài)時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)SPKS 繼電器和門禁系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)與SPKS 防護(hù)區(qū)門禁設(shè)備聯(lián)動(dòng)。

2）聯(lián)鎖設(shè)備將SPKS 開關(guān)激活信息發(fā)送給列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）用于人機(jī)界面顯示，告知行調(diào)人員SPKS 已處于激活狀態(tài)。

3）聯(lián)鎖設(shè)備將SPKS 開關(guān)激活信息發(fā)送給軌旁列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP），使列車不能越過防護(hù)區(qū)，以阻止無人駕駛的列車進(jìn)入作業(yè)區(qū)域。

1.2 反向跳躍

1.2.1 反向跳躍使用場(chǎng)景

反向跳躍是全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)控制列車低速小距離運(yùn)行的模式，應(yīng)用于列車停車對(duì)標(biāo)不準(zhǔn)后在一定誤差范圍內(nèi)允許列車二次對(duì)位停車的功能。

1.2.2 反向跳躍邏輯控制

列車停車對(duì)標(biāo)不準(zhǔn)時(shí)，車載設(shè)備向區(qū)域控制器（Zone Controller，ZC）發(fā)起反向跳躍請(qǐng)求，反向跳躍功能開始啟動(dòng)。聯(lián)鎖收到來自ZC 的跳躍請(qǐng)求，判斷滿足跳躍條件（退行路徑上的道岔在規(guī)定位置沒有被反向操縱過，且退行路徑上的區(qū)段未被封鎖等）則回復(fù)ZC能夠反向跳躍；若條件不滿足，聯(lián)鎖設(shè)備回復(fù)ZC 無法反向跳躍。聯(lián)鎖設(shè)備實(shí)現(xiàn)以下控制邏輯。

1）某區(qū)域因執(zhí)行反向跳躍作業(yè)而鎖閉，聯(lián)鎖設(shè)備禁止排列通過反向跳躍區(qū)域的進(jìn)路。

2）聯(lián)鎖設(shè)備在執(zhí)行跳躍業(yè)務(wù)鎖閉反向跳躍區(qū)域時(shí)需要滿足如下條件：反向跳躍區(qū)域內(nèi)無對(duì)向進(jìn)路和保護(hù)進(jìn)路鎖閉、反向跳躍區(qū)域空閑、反向跳躍區(qū)域關(guān)聯(lián)的SPKS 未處于激活狀態(tài)、反向跳躍區(qū)域內(nèi)無區(qū)段超限、聯(lián)鎖和ZC 通信狀態(tài)完好。

3）聯(lián)鎖設(shè)備觸發(fā)保護(hù)區(qū)段鎖閉時(shí)，檢查與保護(hù)區(qū)段方向相反且與保護(hù)區(qū)段有重合的反向跳躍區(qū)域未處于跳躍鎖閉狀態(tài)。

4）因跳躍條件不滿足而關(guān)閉的信號(hào)機(jī)，在跳躍條件滿足后可人工重開信號(hào)。

5）有道岔的跳躍區(qū)段，聯(lián)鎖設(shè)備根據(jù)ZC 的跳躍請(qǐng)求和解除信息對(duì)跳躍區(qū)段內(nèi)道岔的鎖閉/解鎖進(jìn)行控制。

1.2.3 和其他系統(tǒng)信息交互

1）聯(lián)鎖設(shè)備接收ZC 的跳躍請(qǐng)求，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯處理后，向ZC 發(fā)送跳躍狀態(tài)信息。

2）聯(lián)鎖設(shè)備向ATS 系統(tǒng)發(fā)送跳躍狀態(tài)信息，在人機(jī)界面顯示。

1.3 站臺(tái)清客確認(rèn)

1.3.1 站臺(tái)清客確認(rèn)使用場(chǎng)景

進(jìn)行站臺(tái)清客確認(rèn)時(shí)，當(dāng)列車運(yùn)行至折返站或終點(diǎn)站停穩(wěn)且停準(zhǔn)后，打開車門及站臺(tái)門，ATS 下發(fā)清客指令，在清客期間車載設(shè)備保持車門打開不關(guān)閉。由站臺(tái)值班人員完成清客確認(rèn)后，按壓站臺(tái)就地控制盤上的清客確認(rèn)按鈕。聯(lián)鎖設(shè)備采集到站臺(tái)清客確認(rèn)按鈕按下信息后，將信息發(fā)送給車載設(shè)備。車載設(shè)備收到站臺(tái)清客確認(rèn)按鈕按下信息后，發(fā)送車門關(guān)閉及站臺(tái)門關(guān)閉命令關(guān)閉車門和站臺(tái)門，控制列車自動(dòng)從當(dāng)前站臺(tái)發(fā)車。

1.3.2 清客確認(rèn)邏輯控制

聯(lián)鎖設(shè)備無邏輯控制，僅通過硬線接口采集清客確認(rèn)按鈕狀態(tài)。

1.3.3 和其他系統(tǒng)信息交互

1）聯(lián)鎖設(shè)備獲取到清客確認(rèn)按鈕按下狀態(tài)后，發(fā)送給車載設(shè)備，輔助車載設(shè)備管理車門及站臺(tái)門，控制列車自動(dòng)從當(dāng)前站臺(tái)發(fā)車。

2）聯(lián)鎖設(shè)備獲取到清客確認(rèn)按鈕按下狀態(tài)后，發(fā)送給ATS 系統(tǒng)，在人機(jī)界面顯示。

1.4 間隙探測(cè)

1.4.1 間隙探測(cè)使用場(chǎng)景

在有人駕駛線路中，多由司機(jī)在關(guān)門過程中確認(rèn)車門和站臺(tái)門之間是否存在乘客或者異物，確認(rèn)后司機(jī)執(zhí)行關(guān)門操作。由司機(jī)確認(rèn)車門和站臺(tái)門間隙是否有乘客或者異物可能存在視覺盲區(qū)，一旦出現(xiàn)，就可能存在列車車門和站臺(tái)門夾人夾物未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)而造成乘客傷亡事故及惡劣的社會(huì)影響。采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)后，不再需要人工參與車門和站臺(tái)門間隙內(nèi)是否有乘客或者異物銜夾的探測(cè)工作，而由間隙探測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行探測(cè)，信號(hào)系統(tǒng)獲取相關(guān)信息進(jìn)行運(yùn)算后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)列車開關(guān)門及離站。間隙探測(cè)系統(tǒng)對(duì)車門和站臺(tái)門間隙進(jìn)行探測(cè)，是確保乘客安全和列車行車安全、實(shí)現(xiàn)站車一體化的關(guān)鍵技術(shù)措施。

1.4.2 間隙探測(cè)邏輯控制

1）聯(lián)鎖設(shè)備和間隙探測(cè)系統(tǒng)通過硬線接口，聯(lián)鎖設(shè)備采集相關(guān)狀態(tài)并驅(qū)動(dòng)相關(guān)命令發(fā)送給間隙探測(cè)系統(tǒng)。

2）聯(lián)鎖設(shè)備接收車載設(shè)備的間隙探測(cè)啟動(dòng)命令，當(dāng)列車在站臺(tái)停穩(wěn)，站臺(tái)門已關(guān)閉且鎖緊時(shí)，聯(lián)鎖設(shè)備驅(qū)動(dòng)間隙探測(cè)啟動(dòng)命令給間隙探測(cè)系統(tǒng)。

3）聯(lián)鎖設(shè)備采集間隙探測(cè)工作狀態(tài)及障礙物狀態(tài)，若間隙探測(cè)工作正常時(shí)，檢測(cè)到存在障礙物，聯(lián)鎖設(shè)備禁止出站信號(hào)開放。

4）聯(lián)鎖設(shè)備接收車載設(shè)備的間隙探測(cè)停止命令后或者列車已完全駛離站臺(tái)，聯(lián)鎖設(shè)備驅(qū)動(dòng)間隙探測(cè)停止命令給間隙探測(cè)系統(tǒng)。

1.4.3 和其他系統(tǒng)信息交互

1）聯(lián)鎖設(shè)備接收車載設(shè)備的間隙探測(cè)啟動(dòng)命令和間隙探測(cè)停止命令，聯(lián)鎖設(shè)備給車載設(shè)備發(fā)送間隙探測(cè)工作狀態(tài)及障礙物狀態(tài)。

2）聯(lián)鎖設(shè)備給ATS 系統(tǒng)發(fā)送間隙探測(cè)工作狀態(tài)及障礙物狀態(tài)，用于人機(jī)界面顯示。

1.5 自動(dòng)洗車

1.5.1 自動(dòng)洗車場(chǎng)景

為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛的相關(guān)要求，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)下的車輛段/停車場(chǎng)新增全自動(dòng)洗車作業(yè)。信號(hào)系統(tǒng)需增加與洗車設(shè)備的接口及控制邏輯，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗車功能。

1.5.2 自動(dòng)洗車控制邏輯

1）聯(lián)鎖設(shè)備和洗車機(jī)通過硬線接口，獲取洗車機(jī)就緒狀態(tài)、移動(dòng)授權(quán)通過狀態(tài)等，給洗車機(jī)發(fā)送前后端洗車請(qǐng)求命令。

2）聯(lián)鎖設(shè)備將獲取的洗車機(jī)就緒狀態(tài)和移動(dòng)授權(quán)通過狀態(tài)納入洗車庫進(jìn)路建立、信號(hào)開放的檢查邏輯中，當(dāng)洗車機(jī)條件不滿足時(shí)，禁止排列洗車機(jī)庫區(qū)域相關(guān)的進(jìn)路；與洗車庫區(qū)域相關(guān)的進(jìn)路信號(hào)如果已經(jīng)開放，洗車機(jī)條件不滿足時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉。

1.5.3 自動(dòng)洗車控制過程信息交互

1）聯(lián)鎖設(shè)備和ATP 系統(tǒng)接口，聯(lián)鎖設(shè)備將獲取的洗車機(jī)狀態(tài)、移動(dòng)授權(quán)通過狀態(tài)及緊停狀態(tài)發(fā)送給ATP 系統(tǒng)控制待洗列車運(yùn)行。

2）聯(lián)鎖設(shè)備接收ATS 的洗車請(qǐng)求命令并驅(qū)動(dòng)給洗車機(jī)完成洗車功能，聯(lián)鎖設(shè)備將獲取的洗車機(jī)狀態(tài)、移動(dòng)授權(quán)通過狀態(tài)等發(fā)送給ATS 系統(tǒng)用于人機(jī)界面顯示。

1.6 自動(dòng)控制車庫門

1.6.1 自動(dòng)控制車庫門使用場(chǎng)景

列車出庫前，信號(hào)系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃適時(shí)自動(dòng)觸發(fā)打開車庫門或場(chǎng)段人員根據(jù)ATS 計(jì)劃提前遠(yuǎn)程人工打開車庫門。當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)與車庫門處于聯(lián)動(dòng)控制模式時(shí)，信號(hào)設(shè)備對(duì)車庫門系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

1.6.2 自動(dòng)控制車庫門邏輯

1）當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)與車庫門處于聯(lián)動(dòng)控制模式時(shí)，聯(lián)鎖設(shè)備根據(jù)指令驅(qū)動(dòng)車庫門的打開和關(guān)閉信息給車庫門系統(tǒng)。聯(lián)鎖設(shè)備收到了ATS 發(fā)送的開門命令，驅(qū)動(dòng)車庫門打開信息；聯(lián)鎖設(shè)備收到ZC 發(fā)送的關(guān)門授權(quán)和ATS 的關(guān)門命令，檢查庫門區(qū)域相關(guān)區(qū)段空閑未鎖閉狀態(tài)后，驅(qū)動(dòng)關(guān)門信息給車庫門系統(tǒng)。

2）當(dāng)車庫門處于打開且鎖閉狀態(tài)時(shí)，才可以辦理進(jìn)庫、出庫進(jìn)路和開放進(jìn)庫、出庫進(jìn)路信號(hào)機(jī)；若檢測(cè)到車庫門未處于打開且鎖閉狀態(tài)或旁路狀態(tài)時(shí)，聯(lián)鎖設(shè)備立即關(guān)閉相應(yīng)的信號(hào)機(jī)。

1.6.3 車庫門控制過程的信息交互

1）聯(lián)鎖設(shè)備和車庫門系統(tǒng)通過硬線接口，采集車庫門開門和鎖閉、車庫門關(guān)好、車庫門旁路及車庫門控制模式信息，驅(qū)動(dòng)車庫門開門和關(guān)門命令給車庫門系統(tǒng)。

2）聯(lián)鎖設(shè)備接收ATS 子系統(tǒng)下發(fā)的車庫門開門命令和關(guān)門命令，聯(lián)鎖設(shè)備給ATS 子系統(tǒng)發(fā)送車庫門開門和鎖閉狀態(tài)信息、車庫門關(guān)好狀態(tài)信息、車庫門旁路狀態(tài)信息及車庫門控制模式信息。

3）聯(lián)鎖設(shè)備向ZC 發(fā)送庫門狀態(tài)及車庫門關(guān)門請(qǐng)求，接收ZC 發(fā)送的關(guān)門授權(quán)信息。

2 優(yōu)化改進(jìn)建議

目前，越來越多的城軌項(xiàng)目采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，作為信號(hào)系統(tǒng)關(guān)鍵組成設(shè)備的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備增加了與SPKS、反向跳躍、清客確認(rèn)及再開門、間隙探測(cè)、洗車機(jī)和車庫門等設(shè)備的接口后，雖有效保證了FAO 系統(tǒng)功能的正常實(shí)現(xiàn)，但是確實(shí)增加了相應(yīng)的成本、空間用房及維護(hù)成本。因此，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)全自動(dòng)線路車站無人、中心直接管理在線列車等特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、功能分配等做適應(yīng)性調(diào)整，盡量使整個(gè)大系統(tǒng)向中央集中化、設(shè)備可靠化、響應(yīng)快速化的方向優(yōu)化。

2.1 建議采用全電子聯(lián)鎖設(shè)備

目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的聯(lián)鎖設(shè)備為計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，其安全性、可靠性、可用性雖均能滿足運(yùn)營的要求，但執(zhí)行部分大多仍采用繼電器組合，存在大量的繼電器節(jié)點(diǎn)，配線復(fù)雜、設(shè)備用房多、能耗成本高且在故障時(shí)維護(hù)檢修難度大、時(shí)間較長。隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子電力和冗余等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)繼電式聯(lián)鎖已經(jīng)向全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)逐步發(fā)展，采用模塊化設(shè)計(jì)的電子執(zhí)行單元替代了接口柜、組合柜，單子執(zhí)行單元更加小型化和智能化，使整個(gè)系統(tǒng)控制更加靈活簡(jiǎn)潔，且采用冗余結(jié)構(gòu)的全電子聯(lián)鎖電子執(zhí)行單元具有信息采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、命令執(zhí)行和過流保護(hù)等功能，并能通過自檢、故障監(jiān)測(cè)和診斷等監(jiān)測(cè)報(bào)警功能等提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性，同時(shí)支持板卡熱插拔。

2.2 建議采用中心集中控制取消站控設(shè)備

既有線路中的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，結(jié)構(gòu)多采用分散式，將線路分成若干個(gè)集中控制區(qū)域，每個(gè)控制區(qū)域?qū)?yīng)設(shè)置1 套聯(lián)鎖設(shè)備，控制中心不設(shè)置聯(lián)鎖設(shè)備。目前深圳20 號(hào)線和深圳16 號(hào)線均采用中心集中布置聯(lián)鎖邏輯主機(jī)的方式。中心集中布置聯(lián)鎖邏輯主機(jī)，改變了傳統(tǒng)信號(hào)設(shè)備的分布式布置方式，大大減少了車站設(shè)備，便于信號(hào)設(shè)備集中管理，實(shí)現(xiàn)各種信息實(shí)時(shí)匯聚，為大數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)挖掘、智能運(yùn)維系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高了信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)減少了后期設(shè)備維護(hù)的工作量，降低了全生命周期內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)和管理成本，節(jié)省了車站機(jī)房面積，為城市軌道交通綠色低碳發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

2.3 建議采用車輛段和試車線設(shè)備合設(shè)

既有大多數(shù)線路，車輛段和試車線會(huì)當(dāng)作2 個(gè)獨(dú)立的控制車站，配置2 套獨(dú)立的聯(lián)鎖設(shè)備。全自動(dòng)運(yùn)行線路的車輛段一般采用自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)，會(huì)配備與全自動(dòng)正線車站一致的信號(hào)系統(tǒng)，設(shè)置ZC。因此，自動(dòng)化車輛段可作為一個(gè)聯(lián)鎖設(shè)備集中站，試車線作為該聯(lián)鎖區(qū)控制的非設(shè)備集中站，即車輛段與試車線可同時(shí)由車輛段信號(hào)系統(tǒng)統(tǒng)一控制，設(shè)置一套聯(lián)鎖設(shè)備，無須單獨(dú)設(shè)置聯(lián)鎖設(shè)備對(duì)試車線與車輛段進(jìn)行物理隔離，可通過軟件增加隔離措施或者人機(jī)工作站劃分控制權(quán)限等手段實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)省投資成本、節(jié)約設(shè)備空間、降低維護(hù)成本和減少施工量的目的。

3 結(jié)束語

隨著當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，全自動(dòng)運(yùn)行為軌道交通帶來了自動(dòng)化技術(shù)和運(yùn)營服務(wù)水平的提高，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)為配合FAO 功能的實(shí)現(xiàn)也在不斷更新控制邏輯和接口設(shè)備，但有一些技術(shù)方案和相應(yīng)規(guī)章制度仍需再進(jìn)一步研究完善，不能簡(jiǎn)單一味地堆積和疊加，而應(yīng)該以全自動(dòng)行車需求為主導(dǎo)，制定更加適合全自動(dòng)運(yùn)行的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化系統(tǒng)軟件控制邏輯，使系統(tǒng)架構(gòu)更加清晰簡(jiǎn)潔，功能更加完善，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)節(jié)約環(huán)保的理念，同時(shí)給人們帶來更加安全、舒適、便捷的出行體驗(yàn)。