现代有轨电车正线道岔控制系统研究与设计

2021-07-12王艳林

建材与装饰 2021年20期

王艳林

（德阳城市轨道交通职业学院，四川德阳 618400）

现代有轨电车在城市轨道交通制式中，作为一种中低规模运量的系统，由于具有安全、可靠、节能、环保、舒适、成本低等优点，最近几年在中国发展十分迅速。

作为一种轨道交通制式，当要改变有轨电车运行方向时，需经过道岔这种轨道交通领域应用的特殊装置。有轨电车正线上布置的道岔的控制方式与传统铁路车站内的道岔控制有所不同，如何保障有轨电车安全、准确、快速的通过道岔，是轨道交通信号专业技术人员研究的一个重要课题。

1 现代有轨电车信号系统概述

现代有轨电车信号系统一般由中心调度指挥系统、车辆段联锁系统、正线道岔控制系统、平交路口控制系统和车载系统组成。

中心调度指挥系统实现对全线列车运行的管理和监视功能；平交路口控制系统实现与道路交通信号控制系统接口，管理有轨电车与其他社会车辆混行路口区域；车载系统处理司机操作指令，完成车辆定位、车地信息传输等功能；正线道岔控制系统实现道岔区域控制，完成岔区信号设备之间的联锁关系，保障岔区列车运行安全；车辆段联锁系统实现车辆段信号设备控制，保障列车在车辆段运行的进路安全。

2 正线道岔控制系统功能需求

正线道岔控制系统能够实现道岔区域进路上道岔、进路表示器和轨道区段的正确联锁，确保进路正确和列车运行安全。正线道岔控制系统的主控制器负责联锁关系运算，应具有SIL4等级的安全认证，采取安全可靠性冗余结构，确保列车在正线岔区的运行安全。此外，根据有轨电车独特复杂的运营环境，正线道岔需要多种控制模式。

（1）自动控制：正线道岔控制系统基于调度指挥系统发布到本地的运营计划，当检测到有轨电车的位置并通过车地无线通信获取车次号信息，能根据运营计划自动排列进路。

（2）车载手动控制模式：司机在驾驶室信号显示屏上操作，通过车地无线通信，把控制指令传递至道岔控制柜，控制道岔转换至司机要求的位置。

（3）现地控制模式：车载子系统与地面无法建立通信时，系统降级到现地控制模式。现地控制模式时，司机下车通过轨旁的操作盘手动操作道岔转换到需要的位置。

（4）手扳道岔：轨旁设备故障或现场停电时，现地控制模式无法操控道岔时，司机可通过专用工具撬动道岔转换到所需位置。手板道岔模式司机需人工确认道岔无车占用。

3 正线道岔控制系统方案比选

为保障道岔区域的行车安全，需设置联锁设备以保证信号、道岔、进路之间的联锁关系。根据联锁设备的布设方式，可采用联锁集中控制和分散控制方案。

3.1 联锁集中控制

传统铁路信号控制需在有岔车站独立设置一套联锁设备以保障该站内的进路安全，但有轨电车正线车站道岔数量少，可参照地铁集中区划分方式，把几个道岔区设置成联锁集中控制区。在联锁集中控制方式下，一个联锁集中区设置一套联锁主机来保障道岔区域进路安全，每个岔区之间相互独立，之间无联锁关系。在轨旁设置计轴或轨道电路检测列车位置，设置转辙机转换道岔，设置信号机向司机传递行车指令。

该方案下，进路建立可参照地铁模式，可由中心自动控制和车站人工控制。中心自动控制是根据制定好的列车运行计划自动排列各次列车需要的进路，当中心设备故障或通信故障以及调度需要时，可把控制权转换至联锁集中站进行人工办理进路，一般司机不能控制进路的建立。

该方案的岔区进路安全由集中站设置的联锁设备来保障，减少了轨旁联锁设备数量。但需要在集中站配置设备用房安装联锁设备，需要设置车站行车工作人员以便在特定情况下进行车站人工建立进路。进路自动控制根据中心列车运行计划来执行，但由于有轨电车受路面其他交通形式影响大，往往不能严格按照列车运行计划行车，依赖人工进行调度，到时车站及中心工作人员工作强度大，线路上列车运行组织灵活性差。

3.2 分散控制

分散控制方案在每个岔区独立设置联锁控制器，保障该区域内列车进路安全。设置轨道电路或计轴来检测岔区占用情况，设置转辙机转换道岔，设置信号机向司机传递行车信息，设置联锁主机用以保障岔区进路安全。设置车地通信设备传递列车车次号、司机控制指令等信息，本地联锁控制器通过光缆与控制中心调度设备连接，把列车运行计划下载至本地。

分散控制方案进路的建立可由车地信息交互实现，联锁控制器通过车地通信获得列车车次号等信息，查询下载到本地的列车运行计划获得该次列车所需的进路信息，当该进路的联锁关系无冲突时自动建立进路，并保证控制权唯一。当与控制中心通信故障，也可由司机下达道岔控制指令，通过车地通信设备把控制指令传递给道岔控制器来建立进路。根据车地通信建立方式的不同，车地通信又可分为开放式通信和近距通信。

3.2.1 开放式无线通信

在道岔接近区段安装信标，列车检测到信标从而确定自身位置，然后用开放无线的方式实现车地通信，将列车接近信息发送至轨旁，从而获得道岔控制权，同时可通过无线通信遥控道岔。无线通信技术可采用WLAN或其他专有无线通信技术，多采用ISM开放频段，较容易受到干扰。同时因为有轨电车在开放空间，无线通信易受到沿线建筑物和车辆的影响，需设置信标等设备校核列车位置，相应列车应具有电子地图数据和信标天线。

3.2.2 近距通信

近距通信设备作用范围通常只有几米至十几米，既可以实现车地双向通信，又可以确认列车接近，可作为授予列车道岔控制权的基础。基于通信协议的不同，近距通信有感应环线、ZigBee、DSRC短程通信等方式。

根据对以上不同的近距车-地通信方式及信息传输介质原理和特点的分析，ZigBee和DSRC仍然采用开放频段，不能避免干扰问题。因此如能保证独立路权，感应环线在安装技术、工艺水平方面提升，降低对其运营及维护等的顾虑，感应环线响应速度快、抗干扰能力强等因素，推荐采用感应环线。

3.3 方案比选

有轨电车正线道岔控制简单，与其他专业接口少，集中联锁设备对有轨电车正线道岔控制来说过于浪费；集中控制需专门设备用房、敷设大量光电缆、需设置专门工作岗位、控制灵活性差、故障影响面积大。在有轨电车的开放运行环境下，以开放式进行无线通信的方式容易受到外界无线信号干扰。因此，项目采用分散控制方案，车地无线通信采用感应环线作为传输媒介，对道岔系统进行控制和相关信息的传输。

4 有轨电车正线道岔控制系统设计

如图1所示，在正线道岔岔前相应位置设置进路表示器用以指示列车进路方向；根据列车运营速度和道岔动作等时间参数设置车地通信环线，实现车次号等行车信息、司机控制命令的传递；设置轨道电路或计轴用以检测道岔区段占用或空闲，为联锁逻辑提供条件；设置转辙机，根据控制指令把道岔转换至规定的位置并锁闭；在信号机机柱上设置手操盘，用以道岔现地控制；转辙机、进路表示器、感应环线、轨道电路或计轴器等地面设备均由轨旁控制箱内相应模块进行驱动采集及逻辑处理。轨旁主机核心控制单元需安全可靠性高，通过SIL4认证，并符合故障-安全原则。