广州市旅客自动输送系统的屏蔽门系统控制模式设计

卢昌仪

(广州地铁设计研究院有限公司,510010,广州∥工程师)

旅客自动输送(Automated People Mover,简为APM)系统主要应用于短距离输送、短距离穿梭且追踪间隔小的全封闭线路,如机场内航站楼之间的旅客输送,或输送距离较短、客流较小的区域交通。在国内,北京首都机场首先设置了APM系统;广州为解决珠江新城中央商务区内的交通及与周边轨道交通线路的联络,也设置了APM系统。

APM系统一般采用智能化的无人驾驶运营模式,包括车辆入库、排列、洗车等工序。为满足无人驾驶的需求,在站台边缘设置了屏蔽门。由于运营功能需求的差异,应用于APM的屏蔽门系统与地铁工程屏蔽门系统在控制模式上有所差异。本文以珠江新城APM系统为工程实例,分析探讨应用于APM的屏蔽门系统的工作原理和控制模式设计。

1 项目概况

1.1 线路概况

为满足广州珠江新城中央商务区和天河商贸区内部的交通需求,特设置APM系统。其线路呈南北走向,穿越林和西—珠江新城—赤岗塔,总长度为3.94 km,全部为地下线路;系统共设置9座车站和1座车场,控制中心设于最南端的赤岗塔站内。

1.2 车辆选型

根据站间距短、客流量小等特点,选用庞巴迪公司的胶轮-导向CX100型车辆。车辆采用胶轮、混凝土运行道、导向轨导向的运行方式。其供电方式为交流600 V接触轨。初期为2节编组,远期为3节编组,车厢之间互不相通。每节车厢乘客门数量为2道/侧。图1为车辆的外形结构示意图。

图1 车辆结构图

1.3 运营管理模式

车站不设或只设很少的工作人员。整个系统运营完全中央集中化,由控制中心(OCC)负责信息管理、下达指令、任务决策等,还包括维修方面。控制中心实现全部的调度和监控来强化集中式管理。

1.4 信号系统

信号系统采用全双工通信制、展布频谱无线通信技术的移动闭塞系统。与固定闭塞系统相比,该系统在车-地之间采用无线通信,可大大减少轨旁设备。该系统主要由列车自动保护(ATP)、列车自动驾驶(ATO)和列车自动监控(ATS)等三个子系统构成。在全自动无人驾驶模式下,信号系统同时联动控制屏蔽门和列车乘客门。

2 屏蔽门系统构成

屏蔽门系统主要由门体、驱动系统、控制系统、电源设备等组成。

2.1 门体

门体结构主要由滑动门、固定门、应急门、端门、顶箱等机械部件组成。根据列车编组,每侧站台屏蔽门设置6道滑动门,与列车乘客门一一对应。为适应车厢之间不互通的条件,每侧站台屏蔽门设置了14扇应急门,向站台侧开启,满足了应急疏散的要求。屏蔽门在车站的典型平面布置模式如图2所示。

图2 屏蔽门平面布置图

2.2 驱动系统

驱动系统采用皮带驱动方式,主要由驱动装置(电机、减速器等)和传动装置、锁定装置及解锁装置、位置检测开关等组成,如图3所示。

图3 驱动系统示意图

2.3 控制系统

屏蔽门控制系统主要由中央控制盘(PSC)、门控单元(DCU)、就地控制盘(PSL)、接口模块(包括与信号系统、综合监控系统(ISCS)的接口)、通信介质等组成,如图4所示。

APM系统采用高度自动化、集中化的运营管理模式,屏蔽门控制系统与ATC系统的联动控制,保证屏蔽门与列车门实现一对一的联动关系。另外,控制中心通过综合监控系统与屏蔽门系统的通信接口,实现对屏蔽门系统的远程监视和控制功能:在控制中心显示终端能查询屏蔽门系统的工作状态,在紧急状态下控制中心能对屏蔽门进行开门和关门控制。

2.3.1 中央控制盘

中央控制盘(PSC)主要由工控主机、单元控制器(PEDC)及接口模块等组成,是屏蔽门系统的“大脑”。PSC负责所有门单元的状态监视,并通过接口模块向综合监控系统反馈信息,同时接受控制中心的指令并广播式下发至DCU。

图4 屏蔽门控制系统结构图

2.3.2 门控单元

门控单元(DCU)是现场执行部件,根据外部输入条件对驱动电机的控制,完成滑动门的闭合动作,以及对滑动门状态的监视及反馈。另外,DCU通过安装在门头上的可编程逻辑控制器(PLC)把信息上传至信号系统。信号系统将根据每道门单元的状态进行逻辑判断。

2.3.3 就地控制盘

就地控制盘(PSL)安装在站台公共区,作为系统控制的后备模式。在系统级控制无法完成时,工作人员可在站台层完成屏蔽门系统的手动操作,完成开门、关门、互锁解除等功能。

3 屏蔽门系统的控制模式

屏蔽门系统的控制模式主要有系统联动控制模式和人工控制模式。系统联动控制模式是指无人驾驶模式下屏蔽门系统与信号系统的联动控制模式,信号系统对屏蔽门系统进行实时的监督和控制,屏蔽门系统又实时向信号系统反馈门体的状态,作为信号系统的逻辑判断条件。人工控制模式是在人工驾驶模式或在紧急情况下,由人工对屏蔽门进行操作的控制模式。人工控制模式又分远程控制模式和就地控制模式。

3.1 系统联动控制模式

3.1.1 控制原理

信号系统的ATP子系统负责屏蔽门系统安全状态监控,通过ATP确保屏蔽门系统及列车处于安全情况下的开/关门指令发送;ATO子系统负责屏蔽门系统的动作及状态监视,通过ATO实现对屏蔽门系统的监视和控制。屏蔽门系统与信号系统的联动监控原理如图5所示。

图5 监控原理图

3.1.2 安全信息

屏蔽门系统与信号系统之间至关重要的信息称为安全至关信息,主要包括主电源允许、关闭并锁定、互锁解除等3种信息(见图5)。安全信号采用硬线连接方式,通过ATP“故障-安全”的安全继电器回路与屏蔽门系统进行电气连接。

在ATP确保安全的情况下,信号系统以列车车厢(2道滑动门)为单位向屏蔽门系统发送“主电源允许”指令,随后才允许ATO发送“开门命令”。屏蔽门系统在没有得到“主电源允许”的情况下是不允许动作的。另外,屏蔽门系统以每侧站台为单位向ATP反馈“关闭并锁定”信号,ATP只有收到“关闭并锁定”信号时才允许列车进站或出站。“互锁解除”信号作为“关闭并锁定”信号的虚拟信号,只有在人工模式时才由人工向ATP发送,以解除屏蔽门系统与ATP的联锁。

3.1.3 状态信息

信号系统以每道滑动门为单位,通过设置在门头的PLC实现与屏蔽门系统的信息互联。所涉及到的信息包括开门命令、人工开门、门隔离、门障碍物探测、门关闭并锁紧、门全开、门故障等7种状态和指令。

若ATO检测到某一门单元被隔离或有其它故障时,即使得到ATP的允许,ATO也不会发出“开门命令”,不会对相应的列车乘客门进行联动控制。相反,列车乘客门的故障也会影响信号系统对屏蔽门的联动。这样,ATO确保了屏蔽门与列车门一一对应的联动控制。

值得一提的是,信号系统只提供“开门命令”。“开门命令”是一种持续的高电平信号,只有从高电平转换至低电平时,屏蔽门系统才执行关门动作。“开门命令”的持续时间由信号系统设定。

3.2 人工控制模式

人工控制模式是系统联动控制模式的补充,分为站台级控制和远程控制。

3.2.1 站台级控制

站台级控制是由管理人员在站台操作PSL,对屏蔽门进行开/关门控制、互锁解除控制等,通过硬线实现。每侧站台屏蔽门均设置一套PSL,安装在站台公共区。

正常情况下,屏蔽门系统由信号系统发送指令,一旦信号系统指令失效、通信故障,或者列车进入人工驾驶模式时,将启动站台级控制。列车驾驶员或站务人员通过PSL对屏蔽门进行开门、关门、互锁解除等操作,实现屏蔽门的站台级控制操作。

3.2.2 远程控制

远程控制主要用于紧急情况,如站台火灾、列车乘客紧急疏散等,控制权设在控制中心。

屏蔽门系统通过以太网接口形式与综合监控系统进行互联。综合监控系统通过其在控制中心的综合操作平台,实现对屏蔽门系统的远程控制。图6为远程控制原理图。

图6 综合监控系统与屏蔽门系统的网络图

综合监控系统采用了深度集成的设计方案,在车站级综合监控系统中集成,接口协议采用基于TCP/IP的Modbus协议,与屏蔽门系统实现无缝连接。另外,综合监控系统在OCC的远程终端建立了面向用户的应用软件平台,实现了全线屏蔽门系统信息共享及监控功能。

4 结语

在以往的APM项目中,屏蔽门系统兼作信号系统的附属子系统,仅仅提供滑动门开、关的控制功能,而没有设置中央级的管理模式。广州市旅客自动输送系统的最大特点就是全部线路均为地下线路,设计时不仅要考虑乘客运输要求,还应满足应急疏散的消防要求。因此,屏蔽门作为站台区与行车区的隔离屏障,其系统功能不仅要满足无人驾驶的系统联动控制模式,还应考虑有人驾驶时的人工操作模式,更应适应地下工程的消防疏散要求。

[1]广州地铁设计研究院有限公司.广州市政交通旅客自动输送系统初步设计[G].广州,2006.

[2]赵斌.地铁车站自动扶梯与屏蔽门联动设计研究[J].都市快轨交通,2006(3):74.

[3]赵成光.广州地铁屏蔽门系统与现场总线技术[J].工业控制计算机,2001(4):8.