新型有轨电车道岔控制系统方案研究

2016-04-14杨小会乔玉蓉

电子科技 2016年3期

关键词：有轨电车

杨小会,乔玉蓉

(兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,甘肃兰州　730070)

新型有轨电车道岔控制系统方案研究

杨小会,乔玉蓉

(兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,甘肃兰州730070)

摘要从新型有轨电车实际特点和需求出发,针对有轨电车运行安全和运营效率,结合一种典型的基于感应环线进行通信的正线道岔信号设备的布置,对有轨电车信号系统中唯一涉及安全的正线道岔控制子系统的组成和结构、道岔控制方式、联锁逻辑控制软件等方面进行了设计和分析对比,并提出一种兼顾安全和效率的道岔控制方式和正线道岔控制系统方案。该控制系统可完成基本的逻辑控制功能,包括进路的排列和解锁,以此来保证列车在正线岔区的安全高效运行。

关键词有轨电车;道岔控制;联锁逻辑

Switch Control System Scheme for New Trams

YANG Xiaohui,QIAO Yurong

(Key Laboratory Opto-Electronic Technology and Intelligent Control,Ministry of Education,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)

AbstractA main switch control mode and switch control system scheme kind of both safe and efficient is proposed for the new trams by combining the positive line switch arrangement of signal equipment.the composition,structure,switch control mode and interlock logic control software of the switch control subsystem involving the security of the trams signal system are designed and analyzed.The proposed system is capable of basic logic control functions of route arrangement and unlock,guaranteeing safe and efficient tram operation at the main track switches.

Keywordstram;switch control;interlock logic

有轨电车作为城市轨道交通的一种,近30年来,在世界各国得到了发展。在国外,新型有轨电车起源于法国,在日本、墨尔本、澳大利亚等地区建设运营了大量的有轨电车线路。而国内在大连、天津、鞍山、广州、成都等40多个城市正在规划、建设和运营有轨电车[1]。未来二三十年,新型有轨电车在我国将进入快速发展时期。

1新型有轨电车概述

新型有轨电车由传统有轨电车全面升级而来。与道路公交相比,车辆寿命是道路公交的3倍左右,运输效率高于快速公交,且有利于环保。与地铁和轻轨相比,其造价低、正线站间距小、路权相对开放、车站结构简单、可以两辆近距离排列运行、一般通过人工驾驶。

正因这些区别,新型有轨电车的正线信号系统的功能需求有别于其他轨道交通,新型有轨电车无需超速防护、安全间隔驾驶、自动驾驶和精确停车的需求。在正线道岔区域,有轨电车需要使用与地铁、轻轨类似的联锁控制[2]。有轨电车信号系统需通过对轨旁信号设备状态的采集来实现进路选排、道岔转换、锁闭和解锁及信号机的开放,司机驾驶电车根据信号灯的指示行车。由此可知,在有轨电车正线信号系统中,保证行车安全的任务由道岔控制系统完成。本文对道岔控制系进行讨论分析,有轨电车信号系统的结构如图1所示。

图1　有轨电车信号系统结构示意图

2正线道岔控制系统

在有轨电车正线信号系统中,正线道岔控制系统与道岔转辙机、信号表示器、轨道环线等轨旁信号设备直接连接,通过车载设备、运营调度中心进行通信数据交互,对正线道岔区段内道岔、信号机、轨道区段进行联锁逻辑关系运算从而实现对进路办理、进路开放、防护、锁闭和解锁等[2]。有轨电车正线道岔控制系统组成如图2所示。

图2　有轨电车正线道岔控制系统组成

本正线道岔控制系统由联锁逻辑控制单元及分别经通信总线与联锁逻辑控制器数据连接的道岔控制单元、信号控制单元,环线通信单元、用来转换道岔控制模式的模式转换按钮等组成。

联锁逻辑控制单元作为核心控制单元,在硬件上采用二取二制式。主要功能是:(1)接收车载、调度中心和现地设备的控制命令;(2)采集道岔区段内的道岔、信号机和轨道区段实时状态信息,周期发送轨旁设备的状态信息给控制中心,用于线路信息显示和控制;(3)对采集的设备状态信息进行联锁逻辑运算,实现对进路的进路排列和进路解锁功能;(4)发送控制命令给道岔控制单元和信号控制单元,使道岔动作到相应位置,信号机显示相应的状态[1]。

道岔控制单元和信号控制单元作为驱动控制设备要遵循基本的“故障—安全”原则[3]。信号机控制单元在故障状态下自动点亮红灯,道岔控制单元转动道岔时无论任何条件变化均要将道岔驱动到位;环线控制单元通过铺设于轨道上的感应环线(或无线AP)与车载进行通信交互,将车载发送的报文信息进行滤波解调经总线发送给逻辑运算单元,车载主机通过车载天线与感应环线数据交互;轨道电路模块进行状态占用监测;开关量采集单元采集现地操作盘的控制信息在地面完成对进路的选择和控制,主要可完成进路的左转、右转、直行等功能;监测单元用来监测道岔的当前状态是占用还是空闲以及道岔当前指向。本控制系统中,核心联锁逻辑单元通过通信总线方式或CPCI总线方式与其他驱动单元和检测单元之间进行通信

3道岔控制方式

以图3的有轨电车正线道岔区域设计为例,介绍本系统的有轨电车的道岔控制模式,在不同的线路情况下,司机可经过运营调度中心的同意在车载控制台上进行控制模式间的切换。

图3　正线道岔区域设备布置示意图

3.1自动进路控制

当列车运行至道岔接近区段#1位置时,道岔控制器通过轨旁环线与车载设备建立通信,道岔控制器向车载设备发送已接近道岔区段的提示,车载设备接收到提示后,将预设的道岔选择请求通过感应环线发送给道岔控制器,道岔控制器根据轨道电路和信号表示器的状态判断当前道岔状态是空闲还是占用。若空闲,道岔控制器结合运营调度管理中心下发的运行计划与列车发送的道岔选择请求进行逻辑运算后自动排列进路,确保安全后将道岔转换至相应的位置并锁闭,同时开放信号机[4]。若道岔状态为占用时,车载主机向列车发送停车指令,司机根据信号机指示将列车停在信号机前方。

在这种控制方式下,计算好#1路口到A区段之间L1的长度,若列车到达#1位置时速度为v,道岔控制器从建立通信到办理完进路并开放信号所需要的时间为t,列车的制动距离为Δs。从而计算出L1=v×t+Δs。当列车通过#1位置接收进路请求,列车保持一定速度继续行驶,道岔控制器处理进路信息,若进路选排失败,则司机根据信号机指示可在信号机安全距离Δs外制动。这样可以在保证安全的前提下,提高运营效率[3]。

3.2车载遥控

车载遥控控制模式,与自动控制方式最主要区别是依赖电车司机来进行人工办理进路。当电车通过道岔接近区段#1位置时,道岔控制器未接收到车载的道岔控制命令时,道岔控制器发送提示信息给车载,车载语音提示司机人工办理进路,司机减速行车,按压车载上相应按钮进行人工办理进路,感应环线将进路信息发送给道岔控制系统,道岔控制系统接收到进路命令后,进行联锁关系运算,确保安全后将道岔转换至相应的位置并锁闭,同时开放信号机。当轨道电路检测到列车通过道岔区段后,进路自动解锁,车载系统自动解除人工控制道岔的功能[5]。

3.3现地控制

当通过自动进路控制方式或车载遥控方式都无法办理进路时,工作人员操作现地操作盘办理进路,道岔控制系统中的联锁逻辑控制器通过开关量采集单元接收进路信息,完成进路的办理。

3.4故障情况下的控制模式

在故障模式下,需要人工确认道岔区段空闲,通过人工操作道岔按钮或人工搬动道岔。在这种方式下,车载设备和道岔控制器均不作任何逻辑运算。

3.5控制方式对比和选择

在上述4种控制模式中,自动进路控制方式自动化程度高、安全可靠并能保证行车效率,车载遥控方式对司机的依赖比较大,司机的劳动强度大,且不利于行车安全和行车效率的提高[6]。因此正常情况下,系统的控制模式为自动进路控制,司机可根据具体情况通过车载控制台完成控制模式的切换,也可在通过地面模式转换按钮完成。

表1　不同控制方式对比

4联锁控制逻辑软件方案

道岔控制系统最主要的功能是进行道岔联锁控制逻辑的处理,实现道岔、信号和区段之间的联锁制约[7]。联锁控制功能主要包括进路的排列、进路的解锁等功能。以图4道岔路口进路元素布置设计为例说明进路排列和进路解锁的过程。

图4　进路元素布置图

4.1进路排列

进路排列模块是联锁逻辑模块的核心之一,包括普通进路处理模块软件设计和折返进路处理模块软件设计,本文主要介绍普通进路排列。在如图4所示的道岔区域,普通进路可排列直行进路和右行进路。直行进路是排列从#1~#2的进路,当列车占用#1位置时,道岔控制系统在检查没有既有进路且满足联锁条件时,主机根据下发的直行命令和行车方向,判断道岔的位置是否在定位,若道岔位置在反位则下发道岔操作命令动作到定位,若道岔在定位则下发不动作的命令,将道岔实时位置状态信息上传至控制中心[8]。等到道岔转动到规定位置,然后通过信号控制模块下发开放信号的命令,X1信号机开放绿灯。右行进路的排列过程与直行进路一致,主要是道岔位置不同,右行进路X1信号机开放黄灯。

4.2进路解锁

(1)正常进路解锁。进路排列完成之后,列车占用出清道岔区段。在直行进路情况下,列车运行方向是#1路口到#2路口,当列车占用A点,进路亮红灯显示占用,然后出清A点占用B点,再出清B点解锁进路。解锁之后,联锁主机会自动开放原进路信号机即X1信号机自动点绿灯,道岔保持锁闭,无需再去排列直行进路;

(2)非正常进路解锁。进路排列完成后,进路的占用不是按照进路方向依次占用,在直行进路情况下,若只占用A或B就不能正常解锁,或者先占用B再占用A也是不能正常解锁,这时需要强制解锁,下发复位命令来解锁进路[9];

(3)取消进路。上述进路中,在检查进路空闲或信号机未曾开放后,控制中心、车载设备或现地操作设备下发取消进路的命令,联锁主机可根据取消进路的命令来取消这条进路,使进路空闲,信号机点红灯。

5结束语

通过对新型有轨电车特点、有轨电车信号系统及有轨电车正线道岔控制系统的性能需求分析和讨论,提出了一种正线道岔控制系统方案:利用感应环线能进行双向通信和测速定位的功能,车地采用轨道感应环线进行通信,轨旁联锁控制主机和各个模块通过总线连接;正常情况下,正线道岔控制系统的控制方式为自动进路控制,司机也可根据具体线路和故障情况通过车载控制切换控制模式;此正线道岔控制系统能完成基本的逻辑控制功能,包括进路的排列和进路解锁,以此来保证列车在正线岔区的安全高效运行。

参考文献

[1]马作泽.现代有轨电车信号系统研究[J].铁道通信信号,2014,50(2):15-17.

[2]何跃齐,宋毅,徐文,等.现代有轨电车运营控制系统整合构想[J].都市快轨交通,2013,26(6):123-127.

[3]孙吉良.现代有轨电车信号系统及技术关键的研究[J].铁路通信信号工程技术,2013(4):55-59.

[4]刘海军,赵正平.现代有轨电车与交通信号系统接口方案分析[J].都市快轨交通,2014(2):119-121.

[5]王力.新型有轨电车的信号系统[J].铁道通信信号,2009,45(1):33-34.

[6]肖宝弟.对我国城市轨道交通信号系统发展战略的思考[J].现代城市轨道交通,2004(2):44-47.

[7]王灏,田振清,周楠森,等.现代有轨电车系统研究与实践[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[8]万林全.电子计算机联锁系统道岔单元的设计[D].成都:西南交通大学,2005.

[9]毛振华.CBTC系统中区域控制器和外部联锁功能接口的设计[D].北京:北京交通大学,2012.

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