麦加轻轨车站屏蔽门与信号系统联锁与应用

靳福巨

【摘 要】麦加轻轨已经运营五年了，圆满完成了五年的朝觐运营任务；本文介绍了地铁屏蔽门系统的构成，以麦加轻轨项目为实例，对各系统结构和功能进行了较为具体的分析。麦加轻轨（MMM线）是我国为沙特阿拉伯建设的第一条按全自动无人驾驶设计的线路。在该线路中地铁屏蔽门系统是车站设备系统之一。屏蔽门与信号系统接口设计中，需要充分考虑全自动驾驶的下可靠安全运营的需求，使得线路在全自动运营的情况下能更加安全可靠的为乘客提供服务。

【关键词】地铁；屏蔽门；控制系统；信号系统；安全回路；互锁解除

1 地铁屏蔽门控制系统介绍

1.1 发展概况

屏蔽门系统是现代化轨道交通工程的必备设施，它沿轨道交通站台边缘设置，将轨道区与站台候车区隔离，与列车门相对应。具有节能、环保、安全、人性化服务等功能。沙特麦加轻轨（以下简称MMM线）安装屏蔽门系统的主要目的是：

（1）可以防止乘客跌落轨道而发生危险，确保乘客安全，减少人为引起的停车延误，提高列车准点率，为以后地铁车辆的无人驾驶创造条件。

（2）减少列车运行噪音及活塞风对车站站台候车乘客的影响，为乘客提供一个更加舒适、安全的候车环境。

（3）可以减少人群控制的负担，作为人群控制的边界控制线，为朝觐期拥挤的人群提供便捷与安全保障。

目前一般的地铁线路都是根据司机驾驶进行设计的，屏蔽门与信号系统接口一般由4个硬线命令组成（开门命令、关门命令、所有门关闭且锁紧信号、互锁解除信号）。

由于MMM线采用了无人驾驶全自动运营的设计理念。因此，在设计上要充分考虑其安全性可靠性。

1.2 系统构成

屏蔽门控制系统主要由中央接口盘、就地控制盘、门控单元、通讯介质及通讯接口及外围设备等组成。中央接口盘又由主监视系统、两个单元控制器、接线端子、接口设备及控制配电回路组成。典型站配置一个中央接口盘、两个就地控制盘、每扇滑动门一个门控单元。

1.3 门控系统

每个滑动门上都有一个门控制器DCU。主要是用来控制地铁屏蔽门的开关以及对门状态的检测，存储门状态信息，同时具有网络通讯功能，便于组成网络，与上一层进行不间断的通讯。

滑动门的开关是由一台DCU控制的直流电机带动和电机相连接的螺母直线运动来实现的。每个DCU接受屏蔽门控制室PSC来的开门和关门信号，执行开门关门命令。DCU可以根据设定的开/关门时间控制电机的速度。当门完全打开或者完全关闭时电机停止运行。

就地控制盒LCB主要是防止单个滑动门出现故障时，把该门机系统和其他门机系统隔离开，它可以在现场对DCU发出开门关门命令，而不影响其他门机系统运行，方便维修维护。

门状态的检测信号都是DI信号，例如门是打开还是关闭，控制信号主要是开门、关门信号以及状态指示灯信号，在开门过程或者门处于异常情况下，DCU应该发出脉冲信号，让指示灯闪烁。

滑动门有一个手动解锁装置，在断电和紧急情况下，可以通过操作手动解锁装置，使滑动门打开。

PSL是位于上行线站台和下行线站台出站端的控制盘，可以向控制室发出命令，通过控制室PSC向同侧的DCU发出开/关门信号。

PSC是一个中央控制盘，接受屏蔽门状态信号和向屏蔽门发出远程控制信号都是由它完成的。

中央接口盘（PSC）是一个位于控制室的设备，它内部有两个由继电器组成的PEDC， 分别叫PEDC1，PEDC2，它们接受信号系统或者PSL的信号，组成各种逻辑关系，向对应侧的屏蔽门发出开门关门信号，同时接受门状态信号，反馈到盘面指示灯上。

在PSC内还有一个主监视系统，这是一个带有I/O功能和数据存储功能的通讯模块，其作用是和两侧屏蔽门的DCU通讯，读取DCU内部的数据，还通过I/O口接受PSC的信号，把这些信号存储在存储器内，通过RS485总线，采用Modbus通讯协议供其他上位监控系统调用。在这个通讯模块上共有三个通讯口，除了上面所说的和DCU通讯外的接口外，它还有两个通讯口，一个供现场监视通讯用，另一个提供给整个车站的主控系统，主控系统通过这个接口了解屏蔽门的运行状态。

在正常情况下，系统处于自动状态，PSC接受信号系统发出的信号，对PSD进行控制，同时反馈门状态信号给信号系统，例如门关闭信号等。

如果在手动状态下，PSC接受就地控制盘PSL发出的信号，对PSD进行控制，同时反馈门状态信号给PSL。

当单个滑动门出现故障时，由它们各自顶箱内的LCB控制门的开关。

在紧急情况下，屏蔽门还要接受主控系统综合备份盘发出的信号（IBP-PSC），在逻辑关系里，需要把IBP的信号设定位高优先级。一旦IBP发出信号，PSC优先执行IBP信号。

在完全失电的情况下，滑动门可以通过每个门上的解锁装置，手动打开屏蔽门。

在列车没有正确停靠时，乘客可以通过应急门（EED）上的推杆打开应急门，进入站台。

1.4 控制系统设备

1.4.1 PSL控制盘

PSL是一个安装在站台前端墙的控制盘。当系统处于手动状态时，列车停靠正确，司乘人员下车，可以通过盘上的开门按钮和关门按钮控制屏蔽门，还可通过指示灯观察门是否打开还是关闭，是否锁定等。

为了防止误操作，盘上有一个操作允许钥匙开关，只有钥匙开关处于操作允许时，开门关门按钮才有控制作用。

根据要求，所有屏蔽门没有关闭且锁定，列车是不能离站的。如果某个屏蔽门出现故障，在PSL上通过钥匙开关，人为发出互锁解除信号，取代屏蔽门的关闭且锁定信号，让列车能够离站。

测试按钮，主要是用来检查盘面上的指示灯是否有故障，当按下测试按钮时，指示灯会点亮。

1.4.2 LCB盒

LCB盒是在每个滑动门的顶箱里，靠近DCU的就地控制盒，它由一个三位钥匙开关，一个开门按钮，一个关门按钮组成，当钥匙开关处于自动位置时，DCU接受PSC盘来的控制信号，LCB上的开关按钮不起作用，当钥匙开关处于隔离位置时，这个门的DCU不接受任何控制命令，当处于手动位置时，DCU不接受PSC来的命令，只接受LCB上的开门关门按钮的命令，在逻辑关系上，开门关门是互锁的，也就是不可能同时发出两个命令。

1.4.3 IBP盘

IBP盘是安装在车控室的操作盘，它主要是在消防报警得到确认后，控制中心人员利用它根据情况对屏蔽门进行控制操作。IBP盘主要由一个操作允许钥匙开关，一个开门按钮和一个屏蔽门状态指示灯组成。在远程控制中，它具有最高优先级。为了防止误操作，只有IBP盘上的钥匙开关处于操作允许状态时，开门命令才能被执行。操作允许信号是一个双切信号。所谓双切信号就是该信号由两个相同的信号组成，串联在屏蔽门对应继电器线圈的两侧。

1.5 屏蔽门安全性

1.5.1 设备的可靠性要求高

控制系统在设计上要满足各种情况下门能够正常被操作，前部分已经从控制室PSC盘控制、站台PSL控制，就地LCB控制，车控室IBP盘控制，手动解锁开门，应急门等方面说明了正常和非正常情况的安全保证。

1.5.2 在电路上设立安全回路

所谓安全回路就是把每扇门的关闭且锁定信号串联起来，形成两个电气回路，只有在两个回路闭合，门被确认真正关闭后列车才能离站。

1.5.3 结构设计和地面绝缘

屏蔽门在进行结构设计时就已经设计成和地面绝缘，各个屏蔽门导电部分用导线连成等电位，然后和列车钢轨连接。

如果列车供电线路因为某种意外情况和屏蔽门连在一起，乘客如果接触到屏蔽门，因为屏蔽门和站台是绝缘的，和钢轨是等电位，不会在人身体内形成电位差，所以就不会发生触电事故。

1.5.4 关门动能可控

屏蔽门在关门过程中，动能是受到控制的，最大不会超过10J，在门快要关闭时动能不会超过1J。

如果遇到阻力，DCU可以根据电机反馈的电流大小判断是否让电机停止运行、卸力。并在设定的时间后重新尝试关门。三次尝试后，如果门还是遇阻，则不再试图关门，必须人工干预后才能恢复正常工作。

2 MMM线屏蔽门与信号系统接口设计概述

MMM线信号系统与屏蔽门系统接口分为两部分：硬线接口及通信总线接口。

2.1 硬线接口设计说明

信号系统与屏蔽门的电气硬线接口主要分为3个功能块：SIG对屏蔽门的控制命令电路、屏蔽门对SIG的联锁状态反馈电路以及PSL开门操作允许电路。下面将按照这3个功能块分别对信号系统的硬线接口进行介绍。

2.1.1 SIG对屏蔽门的控制命令电路

列车停靠在制定的停车精度区域范围后，信号系统通过双切回路发送开门及关门命令到屏蔽门系统。其命令逻辑如表1所示。

2.1.2 屏蔽门对SIG的联锁状态反馈电路

屏蔽门系统将其站台门的关闭且锁紧状态通过双切回路反馈到信号系统。当出现故障情况时，站务人员在判断站台无安全隐患的情况下，通过操作PSL上的互锁解除开关将互锁解除命令发送至信号系统。信号系统接收到屏蔽门的关闭且锁紧或互锁解除命令后，才能允许列车进站或离站。

由于这是全自动运营设计的线路，因此要求信号系统在接收到屏蔽门的互锁解除命令后，保持该命令，直到列车完成该次进站/离站操作完成后释放。列车动作使能与屏蔽门的联锁逻辑如表2所示。

2.1.3 PSL开门操作允许电路

列车在进站停稳后，向信号系统发出PSL开门允许命令。当屏蔽门收到该开门允许后，才允许使用PSL进行开门操作。在特殊情况下，可由车控室通过IBP盘发出PSL开门允许信号，使得PSL可以执行开门操作。

2.1.4 列车进站/出站命令时序

站台输入/输出时序如图1所示。

如图1所示，正常列车进站/离站时序步骤如下。

（1）列车在收到屏蔽门关闭锁紧/互锁解除命令情况下，允许进入站台区域。

（2）当列车停靠站台并停在指定区域内时，信号系统允许对屏蔽门发出命令。

（3）信号系统发出开门指令打开屏蔽门。此时，由于屏蔽门的关闭且锁紧信号丢失，列车将不允许移动。

（4）待乘客上下车结束后，信号系统发出关门命令，屏蔽门关闭。

（5）屏蔽门关闭且锁紧后，信号系统接收到屏蔽门发出的关闭且锁紧信号。列车离站。

2.2 通信总线接口设计说明

信号系统通过无线协议与车辆通信，通过Modbus与屏蔽门系统监控主机进行数据通信，如图2所示。

通信总线接口主要实现2大块功能。

2.2.1 运营数据监控

信号系统通过Modbus向屏蔽门系统轮询运营及故障信息，并且将信息上传汇总到OCC中心。

2.2.2 对时功能

信号系统会将从母钟收到的时钟以1 Hz的发送频率发到屏蔽门系统。屏蔽门接受到母钟时间后更新内部的时钟以确保时间与母钟同步。

2.3 现状不足与展望

MMM线采用了无人驾驶全自动运营的设计理念。因此，在设计上充分考虑了其安全性可靠性。为了运量需求，MMM线采用12节长编组列车，车站站台长度达到300米，这给站台屏蔽门的安装和调试带来前所未有的困难。另外，由于麦加当地的气候条件以及所有站台都采用露天站台形式，给站台屏蔽门的维护也带来挑战。目前MMM线已经投入运营使用五年之久，其信号系统与屏蔽门接口功能已经基本实现所有功能。

当然MMM线克服了重重困难，还有很多不足的地方。通过个人工作经历和多方资料查阅，笔者认为全自动无人驾驶线路应该实现“门对门”禁止功能。当某车门或屏蔽门出现故障时，对应的该档屏蔽门或车门也不会打开，使得乘客可以避免因为拥挤或者疏忽造成被夹的安全隐患。

这就要求在屏蔽门与信号系统接口设计中，通信接口增加“门对门”禁止功能。信号系统将会在开门命令发出前对车辆及屏蔽门故障信息进行查询，并且将对屏蔽门及车辆发出禁止操作信息。对应的车门及屏蔽门收到禁止操作的信息将不会打开，其余门正常打开。

由于该设计成本增加不大，同时也可以减少运营人员的配置，因此今后更多的地铁应该会考虑采用该种设计，为乘客营造更安全的地铁环境。

3 结束语

综上所述，屏蔽门与信号系统的联锁是地铁正常运行的重要环节，也是确保运输旅客人身安全的一项关键因素；实现该联锁的接口的改进运营环境，为旅客提供强有力的安全保证，同时也可以减少运营人员的配置。有利于地铁改进的同时并增加更多的创新。

【参考文献】

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[责任编辑：薛俊歌]