一种用于城轨车辆的环线控制电路设计

张路亚，于悦青

（洛阳市轨道交通集团有限责任公司，河南 洛阳 471000）

如今地铁已经成为人们出行的重要工具，在一些繁忙的线路上，晚点5分钟就会造成乘客的大量拥堵，因此，对于地铁公司来说，保障列车的安全可靠运行是至关重要的。基于以上实际运营的需求，设计硬线控制模式，当列车网络出现故障时，司机可以直接将列车切换到硬线控制模式，利用可靠性更高的硬线来取代网络控制，实现列车正常运行最基本的功能，保证列车能够正常运营到终点然后再入库检查。现阶段地铁车辆大都引入了网络控制，但是由于硬线电路具有极高的可靠性和可维护性，因此在车辆电气设计中仍然大量采用硬线电路来实现其功能。

在原有技术中，列车环线控制电路如图1所示，列车环线控制电路由列车的两端司机室占有继电器KM11进行控制，当TC1占有时，TC1车KM11得电，控制开关触点3-4闭合且开关触点1-2断开，当全部操作两端的按钮S11时，信号通过该硬线传递先后至TC2车与TC1车的继电器KM12，使列车TC2与TC1的继电器KM12得电触发其功能，从而实现列车硬线信号的传递功能和两个司机室占有继电器互锁功能。当TC2司机室占有时，与上文同理。

图1 列车环线控制电路背景技术

该电路被普遍应用于地铁车辆的设计，其优势在于列车两端电路的对称性，大幅度降低了其他关联功能电路设计的复杂性，如车尾闭路电路。但它也有其待改进的空间，其一，大量占用司机室继电器的触点；其二，双边供电，造成了资源的浪费。本文的硬线信号电路设计正是针对这两点进行优化。

1 列车环线控制电路设计

1.1 优化设计

传统电路利用继电器控制实现硬线信号传输，且使用双边供电，但是存在继电器故障率高，可靠性低，成本较高的问题。基于以上考虑，本文采用了车端连接器实现硬线信号传递，并使用了单边供电的供电方式，提高了可靠性且降低了成本。

1.2 具体方案

下面将对本设计的列车环线控制电路的具体方案进行介绍。

图2为列车环线控制电路。该电路使用了车端连接器的1、2、3触点，TCI车的车端连接器的1、2触点相连，TC2车的车端连接器的2、3的触点相连，操作两端S11按钮，实现列车硬线信号的传递。

图2 列车环线控制电路

列车环线控制电路具体的控制逻辑如下：列车由TC1车蓄电池单边供电，蓄电池提供的高电平信号通过TC1车车端连接器1点传递到2点再传递到按钮S11，当TC1车与TC2车S11都闭合时，高电平信号传递至TC2车车端连接器的2点再传递到3点，从而使TC1与TC2的继电器KM11得电。同理，若任意司机室按钮S11没有被操作，或者硬线传输过程任何导致信号中断的条件发生，则列车TC1与TC2的继电器KM11均不应得电，无法实现列车硬线信号的传递。

2 车尾闭路电路设计

由于在使用本文的列车环线控制电路设计时，因电路设计为单边供电，电路中供电端（TC1车）与非供电端（TC2车）的电路设计不对称，在车尾闭路（即仅列车一半的编组投入运行）工况需要进行重新设计。

2.1 优化设计

本文在使用车端连接器的列车线环线控制电路的基础上，重新设计了车尾闭路电路，电路可以完成以下功能：（1）包含单边供电供电端的编组单编组运行。（2）包含单边供电非供电端的编组单编组运行。基于以上功能的考虑，我们首先需要设计一个电路去判断是供电端还是非供电端的列车编组投入运行，判断完毕以后，使用车尾闭路控制电路去控制车尾闭路电路，最后利用车尾闭路电路实现车尾闭路功能。因此，车尾闭路电路设计包含3个子电路，即列车编组判断电路、车尾闭路控制电路、车尾闭路电路。

2.2 具体方案

在使用本文的列车环线控制电路设计场景下的车尾闭路电路包括3个子电路，分别是列车编组判断电路、车尾闭路控制电路、车尾闭路电路，以下电路说明均以TC1车为单边供电的供电端为例说明。

下面将对3个电路分别进行介绍，并阐述3个电路之间的逻辑关系。

2.2.1 列车编组判断电路

图3为列车编组判断电路。该电路的功能是为实现对车尾闭路控制电路的控制。当采用本设计的列车线环线控制电路时，因TC1车与TC2车的车端连接器连线有所不同，列车部分功能的实现需要进行列车的编组判断。

图3 列车编组判断电路

列车编组判断电路具体的控制逻辑如下：列车编组判断电路采用双边供电，TC1车5点与6点连接，所以TC1车继电器KM1得电；TC2车5点与6点未相连，所以TC2车继电器KM1不得电。列车编组判断功能的实现依赖于两车的继电器KM1的得电状态不同，若发现继电器KM1处于得电状态，则判断结果为供电端（TC1车）的编组投入运行；若发现继电器KM1处于不得电状态，则判断结果为非供电端（TC2车）的编组投入运行。

2.2.2 车尾闭路控制电路

图4为车尾闭路控制电路，S01为车尾闭路按钮。该电路位于列车供电端所在编组的M车与非供电端所在编组的M车，其功能是为了实现对车尾闭路电路的控制。参考2.2.1 章节本文的列车编组判断电路设计可知，当供电端（TC1车）车尾闭路时，由于TCI车端的车端连接器5、6触点相连，继电器KM1可得电；非供电端（TC2车）车尾闭路时，由于TC2车端的车端连接器5、6触点未相连，继电器KM1无法得电。

图4 车尾闭路控制电路

车尾闭路控制电路的实现逻辑与功能为：当TC1车所在编组需要进行车尾闭路运行，TC1车端的车尾闭路控制电路工作，操作按钮S01，由前文可知继电器KM1处于得电状态，则继电器KM1的3-4触点闭合，1-2触点断开，从而使继电器KM3得电，其控制的开关触点1-2断开，使继电器KM2无法得电；当TC2车所在编组需要进行车尾闭路运行，TC2车端的车尾闭路控制电路工作，操作按钮S01，由前文可知继电器KM1处于未得电状态，继电器KM1控制的开关触点1-2依然处于闭合状态，继电器KM2得电，其得电后控制的开关触点1-2断开，使继电器KM3无法得电，从而实现继电器KM2与继电器KM3的互锁功能。

2.2.3 车尾闭路电路

图5为车尾闭路电路。实现逻辑与功能为：据2.2.2章节分析可知，当TC1车所在编组需要进行车尾闭路运行，M1车的继电器KM3得电，其控制的开关触点3-4闭合，而继电器KM2无法得电，其控制的开关触点3-4维持断开状态，TC1车蓄电池电源电流依次经过车端连接器1、2触点、判断开关S11、继电器KM3闭合的3、4触点使继电器KM11得电，实现单编组运行；当TC2车所在编组需要进行车尾闭路运行，M2车的继电器KM2得电，其控制的开关触点3-4闭合，而继电器KM2无法得电，其控制的开关触点3-4维持断开状态，TM2车蓄电池电源电流经过继电器KM2闭合的3、4触点、判断开关S11、车端连接器2、3点使继电器KM11得电，实现单编组运行。

图5 车尾闭路电路

3 总结与分析

本文首先叙述了列车环线控制电路的背景与意义，详细阐述了传统列车环线控制电路的电路逻辑以及原理，并列举了它的优点以及缺点，针对它的缺点提出了本文的单边供电的环线控制电路设计，并具体地阐述了该种电路的电路逻辑以及原理，此外还详细说明了在此种新型电路应用情景下重新设计的列车编组判断电路、车尾闭路控制电路以及车尾闭路电路，本文所设计电路虽然与传统环线控制电路相比有所优化，但同时也存在着某些方面的劣势，接下来将传统环线控制电路与本文设计的环线控制电路进行优劣势对比。

根据表1可知，本设计与传统电路设计相比的劣势除了冗余性低以外，另一个是车尾闭路工况下（即单编组投入运行）车尾闭路电路的复杂性，但需要特别说明的是，列车单编组运行的情况在实际运行时发生的可能性是极小的，所以车尾闭路电路的存在并非不可或缺。下面将针对具体项目的电路原理图深入分析两种控制电路的车尾闭路电路的适用情况：

表1 两种电路的优劣势对比

首先阐述传统双边供电的环线控制电路及其车尾闭路电路，以郑州地铁5号线为例，在该项目中，原理图所有应用了传统环线控制电路的功能电路据统计后如表2所示。

表2 ZZL5传统环线控制电路

可以发现应用了传统环线控制电路的几乎都是监视回路，监视功能的实现需要依靠环线控制电路来传递整个列车的硬线信号。需要特别说明的是，郑州地铁5号线项目中没有设计车尾闭路电路，而同样应用了传统环线控制电路的武汉地铁8号线项目却设有车尾闭路电路，据了解后得知是否需要车尾闭路电路取决于业主要求，有些列车不会存在单编组运行的情况，因此不需要车尾闭路电路。

下面阐述本设计环线控制电路及其车尾闭路电路，该种新型电路主要应用在上海地铁18号线项目，为了更加清晰直观地看到本设计电路的应用情况，作者将该项目原理图中所有应用了本设计环线控制电路的功能电路进行整理，发现所有应用了本设计环线控制电路的功能电路中总共只有三个电路设有车尾闭路电路，具体见表3。

表3 SHL18带车尾闭路电路的环线控制电路

据以上分析可知，当应用本设计环线控制电路时，只有极少数电路需要车尾闭路电路，而车尾闭路电路对于传统环线控制电路也不是必须存在。也就是说，车尾闭路电路这一项在评估两种电路的优劣势时占总体比重应该较小。本设计电路在车尾闭路电路这一项几乎不占劣势，因为无需耗费更多的成本资源在维护车尾闭路电路上。

而在其他的方面，本设计的单边供电的车端连接器环线控制电路相比传统环线控制电路而言，将继电器控制改为车端连接器硬线控制，既节约了成本，且减少了因继电器故障导致的出错几率，可靠性更高，而且单边供电较双边供电更节约资源。综上所述，本设计的环线控制电路具有投入使用的实际价值，可根据客户的具体需求灵活地使用两种电路。