全自动驾驶模式下地铁车辆段洗车机技术接口分析

2018-05-28夏季

现代城市轨道交通 2018年5期

夏季

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

0 引言

洗车机是地铁车辆段关键设备之一，主要功能为替代人力自动完成地铁车辆的外皮清洗工作。考虑到全自动驾驶的地铁车辆段内洗车库划定为无人区，洗车机需实现对车辆的自动清洗。与传统人工控制的洗车机相比，由于全自动驾驶的洗车机增加了 ATS 通信系统（Automatic Train Supervision）和 DCC 控制系统（Depot Control Center），通过 ATS 控制列车行驶，通过 DCC 操作和控制列车清洗机，因此洗车机现场不需要再设置操作人员。洗车机在土建及各系统设计过程中的接口也相应增加，涉及多个土建、机电及给排水专业。洗车机与其所涉及专业之间的设计共享边界称为技术接口界面，相关专业在资料互提过程中需明确设计范围与分界，以确保洗车机的顺利安装、安全运行，实现设备预期使用功能。

本文从全自动驾驶模式下地铁车辆段洗车库设计的角度，分析洗车机与其所涉及专业之间的技术接口界面与内容，并提出了洗车机招标时建设单位对招标范围合理划定的建议。

1 洗车机系统构成

洗车机主要由 ATS 通信系统、DCC 控制系统、电控及监控系统、洗刷系统、供水系统、水循环处理系统、供气系统、吹扫干燥系统等组成，如图 1 所示。洗车机布置示意如图 2 所示。

图1 洗车机系统组成图

（1）ATS 通信系统。ATS 通信系统实现与列车的通信，将洗车请求和列车运行状态传递给洗车机，洗车机根据 ATS 的请求信号执行相应的清洗指令。

（2）DCC 控制系统。DCC 操作台设置于车辆段有人区内，具有选择清洗模式、监控洗车机过程和报警功能，并通过视频监控实时检测洗车状态。

图2 洗车机布置示意图

（3）电控及监控系统。洗车机现场操作台安装数据采集与监视控制系统、视频监视系统、指示灯和控制旋钮。数据采集与监视控制系统通过电脑与可编程逻辑控制器通信，监控洗车机系统设备的运行情况。视频监视系统一般采用 360°高清视频球形摄像头对洗车库情况进行实时监视。指示灯用于显示系统的工作情况及功能状态。控制旋钮根据功能的不同，可以发送相应的控制命令。

（4）洗刷系统。洗刷系统由侧洗系统和端洗系统两部分组成。其中，侧洗系统为侧刷刷轴与电机减速机直联，固定在弓形刷架上采用气缸推动，吃毛量通过气缸压力控制，在刷子的最大工作位置和收回位置设有安全可靠机械缓冲器，以限制刷轴转动范围。端洗系统通过刷子旋转电机电流的大小来控制刷组的吃毛量，对车辆端面进行仿形洗刷。

（5）供水系统。供水泵采用高压离心泵，高压离心泵上装有失水保护装置，能够有效防止因底阀漏水而导致的水泵失水。

（6）水循环处理系统。洗车废水经沉砂池后，由提升泵泵入 pH 调节池，根据对污水 pH 值的检测，向污水中加入酸或碱，调节污水的 pH 以满足要求（6.5～9）。之后自流到快慢混凝反应池，通过投加混凝剂进行絮凝反应，絮凝的污物在重力和斜管的作用下沉入斜管并沉淀池底，从水中得以分离。处理后的水进入光催化氧化缓冲水池，然后通过水泵泵入保安过滤器，过滤后进入一体化光催化氧化设备，进行光催化氧化可有效去除表面活性剂及油污等有机物杂质，并杀灭各种病菌。最后，将符合标准的水输送至回用水池，用于再次洗车。

（7）供气系统。供气系统由螺杆式空气压缩机、冷干机、储气罐、管路、电磁阀等组成。其中，冷干机用于去除压缩空气中的水分，提高压缩空气干燥度，降低压缩空气阀故障率。

（8）吹扫干燥系统。洗车机吹扫干燥系统，用定压风对车体外表面的残余附着水迹进行吹扫，以保证车体外表不产生水渍。

2 洗车机技术接口分析

洗车机与相关专业之间的接口示意如图 3 所示。

图3 洗车机与相关专业间技术接口示意图

2.1 与车辆专业的接口

洗车机清洗的对象是车辆外皮，因此，需车辆供应商提供列车编组示意图及主要结构尺寸图（包括列车长度、宽度、轴距、定距、清洗高度范围、司机室面罩尺寸等）、受电系统布置图（含受电弓布置、在列车中的相对位置关系、允许工作高度范围等）、车载设备的 IP保护等级、洗涤水温及水质要求、洗涤剂酸碱度要求、清洗频率等。

2.2 与限界专业的接口

洗车机洗刷系统一般点式布置于轨道两侧，需限界专业提供车辆限界、设备限界要求。洗车机洗刷系统在非工作状态下距离设备限界不应小于 50 mm，以确保列车正常通行。洗刷作业时，洗刷系统可侵入限界完成洗车作业。

2.3 与站场专业的接口

洗车机设置在地铁车辆段的洗车库内，根据洗车机的作业能力，以 B 型车 6 辆编组为例，其洗车作业时间约 15 min。为避免洗车作业对段内线路正常使用的影响，洗车库两端均应满足“1 列车长 +10 m”的线路有效长度要求。总图设计过程中应基于该要求完成总图布置。洗车库的布置型式主要有贯通式和往复式 2 种，贯通式洗车作业更为便捷（本文推荐采用贯通式布置）。

2.4 与轨道专业的接口

轨道专业需在洗车机刷组布置区域内设置整体道床，并在端面洗刷区域的股道两侧设置 50 kg/m 的端刷走行轨。

2.5 与建筑专业的接口

根据洗车机配置的不同，地铁车辆段对洗车库的轴线尺寸要求一般为（45～66） m×13.5 m（长×宽，含辅助房屋）。洗车机与建筑专业的接口为：洗车库地面标高，洗车库侧墙做法，循环水池做法，控制室地面做法，观察窗开设位置，辅助房屋的开门尺寸，洗车库内沟、槽、管、洞设置，洗车库内地面及墙面的耐酸碱性能要求等。

由于洗车库与普通土建项目不同，轨行区长期受洗涤水冲刷，且洗车过程中旋转的刷组易将水渍甩至墙面，土建设施维护保养难度较大，建议在设计过程中重点考虑洗车库轨行区地面及墙面的做法，尽可能降低维护保养难度。

2.6 与结构专业的接口

洗车库内铺设整体道床，整体道床的地基处理应满足整体荷载（A 型车轴重≤16 t，B 型车轴重≤14 t，速度5 km/h）条件下，在设计使用年限内不开裂、不下沉；考虑洗车库内各刷柱基础及循环水池的结构设计；为便于洗车机刷组的安装及维护和更换，在洗车库轨行区设置 2 台 1 t 的手拉葫芦，结构专业需考虑相关荷载及基础预留。

2.7 与通风空调专业的接口

洗车机控制室内需考虑通风或采暖设施，一般采用空调。

2.8 与给排水专业的接口

洗车机清洗耗水量约 400 L/列，给排水专业需按照洗车机布置要求，在指定位置预留给水和排水接口。

2.9 与电力专业的接口

洗车机控制室内需提供三相五线制电压 380 V、总功率 90～120 kW 的电源；洗车机作业区及各辅助房屋内均需考虑照明设施；控制室内需设置空调插座；所有设备基础必须通过扁钢与接地井相连，接地电阻不大于 4 Ω。

2.10 与通信专业的接口

为实现车辆段内设备及数据管理，便于远程诊断，在洗车库控制室内需设置网络接口。

2.11 与信号专业的接口

为实现全自动驾驶模式下的列车自动清洗，信号专业需为洗车机提供可与列车进行通信的接口，接口功能要求如下。

（1）洗车机选择洗车模式（端洗或非端洗模式）并发送给信号系统，准备就绪后向信号系统发送“洗车准备就绪”状态信息（洗车机值班员按压洗车准备就绪按钮），信号系统接收此信息后，根据洗车计划自动排列进路，车辆段值班员确认（或自动）后，列车自动运行至洗车库。

（2）列车运行至洗车库前停车，信号系统向洗车机发送“洗车请求”信息。

（3）洗车机收到“洗车请求”信息后，“允许洗车”灯闪烁，条件满足后，洗车机值班员按压“允许洗车”按钮，“允许洗车”灯亮且稳定灯光。

（4）信号系统收到“允许洗车”信息后，自动控制列车进入洗车库开始洗车作业。

（5）在非端洗模式下，列车在洗车库内不停车。

（6）在端洗模式下，列车车头到达端洗位自动停车并向洗车机发送“前端洗请求”信息，洗车机开始前端洗作业。作业结束后自动向信号系统发送“前端洗结束”信息，信号系统收到该信息后自动启动列车继续向前运行。列车车尾到达端洗位自动停车并向洗车机发送“后端洗请求”信息，洗车机开始后端洗作业，作业结束后自动向信号系统发送“后端洗结束”信息，信号系统收到该信息后自动启动列车继续向前运行。

（7）列车出库后，洗车机完成洗车作业并向信号系统发送“洗车完毕”信息（洗车机值班员按压“洗车完毕”按钮）。

（8）信号系统接收到“洗车完毕”信息后，自动控制列车按计划运行。

（9）洗车过程中，信号系统控制列车恒速运行（车速 3～5 km/h）。

（10）洗车过程中，洗车机在故障或人工按下紧急停车按钮时，向信号系统发送“紧急停机”信息，信号系统控制列车实施紧急制动。