市域铁路车站紧急关闭控制方案研究

杨文轩

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

车站紧急关闭系统是用于运营中紧急情况下对列车实施制动，从而保障乘客人身和设备运行安全的控制系统。紧急关闭系统控制由采集电路完成，功能通过紧急关闭按钮和接口电路实现。

作为轨道交通“四网融合”的重要组成部分，市域铁路运输量大、停车点多，具有“高密度、公交化”特点。结合TB 10624—2020《市域（郊）铁路设计规范》[1]要求和我国已开通运营市域铁路的技术标准，具备列车自动运行（ATO）功能的市域铁路信号系统采用中国列车运行控制系统CTCS-2制式或城市轨道列车自动控制ATC制式。随着列车控制技术的不断发展，市域铁路大部分已将站台紧急关闭按钮纳入控制，但在车站紧急关闭按钮控制方案设计方面，各线均没有统一标准，存在差异。车站紧急关闭系统控制方案需要满足不同信号系统制式的安全防护需求，同时追求技术标准、功能实现及使用维护等方面的协调统一。

1 主要研究原则

市域铁路车站紧急关闭控制方案遵循以下原则：

（1）控制方案研究应遵循故障—安全的原则，贯穿专业分工、接口定义、处理逻辑、继电器类型和电路原理设计等各方面。

（2）控制电路应能满足基于CTCS或基于ATC制式的信号系统功能需求，并且不得降低或影响既有信号系统功能的安全完整性等级。

（3）方案设计应能满足不同类型车站紧急关闭控制的需要。

（4）站台紧急关闭按钮及综合后备盘（IBP盘）的设置，不得影响正常运营，并且需要满足站务人员的快速响应。

（5）非设备集中车站紧急关闭按钮控制功能由主控站信号系统实现。

2 车站紧急关闭控制技术要求

2.1 系统构成

车站紧急关闭系统是一种典型的紧急停车系统（Emergency Shut Down，ESD）[2]。ESD系统首先在石油化工、钢材制造和发电等行业广泛应用，随着轨道交通列控系统的发展，ESD作为工艺过程故障条件下切断工艺流程、保证系统安全可靠性[3-4]的关键设施，与地面信号系统、车辆系统和各类监控系统不断融合，逐渐形成一整套应用于轨道交通的紧急关闭系统体系。市域铁路车站紧急关闭系统的结构包括检测、控制和执行3个主要模块单元，如图1所示。

图1 车站紧急关闭系统构成

2.1.1 检测单元

ESD检测单元通常指用于状态监控的监测系统、仪器仪表等。市域铁路系统内的所有状态检测设备，如火灾自动报警、机电设备监控、综合监控、入侵报警、信号集中监测、雨量及异物侵限监测等都可用于对车站紧急关闭的状态监控及监测。

2.1.2 控制单元

ESD控制单元包含输入模块、逻辑运算模块和输出模块3部分。由于包含市域铁路在内的轨道交通系统复杂程度高，系统对安全性和可靠性的要求极高且灵活性强，车站紧急关闭系统目前多采用检测单元与控制单元独立运行，通过站务人员人工执行报警操作，将报警状态输入给控制单元的控制模式。逻辑运算模块包括紧急关闭控制电路运算、控制电路与信号系统接口和信号系统（CBI或TCC子系统）逻辑运算3部分，最终控制命令由信号系统输出。

2.1.3 执行单元

市域铁路控制系统中的地面系统和车辆系统共同作为执行单元实施紧急关闭动作。如进路开放与锁闭、关闭或开放信号及发码控制等指令由地面信号系统执行，车辆紧急制动的触发与解除主要由车载设备和车辆动力系统完成。

2.2 主要设备

车站紧急关闭系统由站台紧急关闭按钮、综合后备盘（IBP）及控制按钮、继电器及控制电缆等组成。股道每侧站台上设置紧急关闭按钮，车站另设综合后备盘（IBP）及紧急关闭按钮继电器（JTAJ），盘上对应股道设置紧急关闭按钮（JTA）及紧急关闭复原按钮（JYA）。

IBP盘是车站控制室内功能集成度较高的控制输入设备。参照中国铁道学会标准T/CRS C0101—2017《市域铁路设计规范》[5]的相关要求，市域铁路设置综合监控系统时，IBP盘可作为综合监控系统综合后备盘，除了实现车站紧急关闭操作（站台紧急停车、扣车与放行）外，还可集成通风排烟系统的紧急模式控制、自动检票机、门禁释放、电扶梯停止控制和站台门开门控制等车站关键手动控制功能，根据现场运营要求与牵引供电系统、综合监控系统等合设。

车站紧急关闭系统主要设备见表1。其中紧急关闭按钮（JTA）的设计原则为每股道设置2处（JTA1、JTA2），可根据车站站台层公共区情况设于扶梯下的墙面上（地下站）或单独安装结构立柱（高架站、地面站）。因股道设置不同数量紧急关闭按钮控制原理相同，其他情况下可参考设计。

表1 车站紧急关闭系统主要设备组成

2.3 控制过程

2.3.1 紧急关闭状态执行

紧急关闭状态的建立由紧急关闭按钮输入。紧急关闭按钮主要具备以下功能：

①禁止列车自区间进入车站。②禁止已停站列车由车站进入区间。③对已启动未完全离开车站的列车（CBTC模式下）实施紧急制动。

出现紧急情况时，由站务人员按压站台紧急关闭按钮或IBP盘面上对应的JTA，IBP盘面上的报警电铃响起和报警指示灯点亮，通过紧急关闭控制电路将紧急情况信息传递给信号系统（CTCS制式下由列控中心TCC、计算机联锁CBI，ATC制式下由计算机联锁CBI、区域控制器ZC实现），可实现紧急情况下的应急处理；按压QDA，电铃报警停止，轨旁信号设备继续执行应急处理。

信号系统通过采集各股道紧急关闭继电器状态，采取导向安全的相关措施：基于CTCS制式的信号系统相应实施关闭对应进路、关闭信号及进路内各区段发送H码等，ATO向车辆输出制动指令；基于CBTC制式的信号系统相应实施缩短移动授权范围、触发制动等。车辆接收到车载设备有效信息时，使用ATO向车辆输出的制动指令，触发制动操作。

车辆触发紧急制动停车后，移动闭塞制式下的CBTC列车无法在站台区域内移动，进入或离开站台区域；非移动闭塞制式下所有开向站台紧急关闭状态区域（股道）的信号机均显示红灯。

2.3.2 紧急关闭状态解除

紧急情况处理完毕后，通过人工确认是否安全，在IBP盘面上按压JYA，重新励磁紧急关闭继电器，紧急情况命令撤回，报警指示灯熄灭，电铃报警重新响起，拉出QDA后停止报警。此时信号系统恢复正常状态。

3 车站紧急关闭控制方案设计

车站紧急关闭系统通过与信号系统的接口控制列车运行。信号设备配置方式不同，相应车站紧急关闭控制的实现方式与信息流向也存在差异。综合市域铁路运输规模、信号系统制式及常见站型，按照信号设备配置将市域铁路车站划分为联锁设备集中站、非设备集中站和无联锁设备集中站（仅CTCS制式）3类，见表2。

表2 按照信号设备配置对市域铁路车站分类

以上3种车站类型中，轨道交通的有岔站或集中站[6]通常属于联锁设备集中站；不设信号设备的无岔站属于非设备集中站；在CTCS制式下的区间信号中继站作为一种特殊的无岔站，属于无联锁设备集中站的类型。

3.1 紧急关闭按钮控制电路

车站紧急关闭控制主要通过紧急关闭按钮继电器（JTAJ）动作实现。正常情况下，JTAJ吸起；紧急状态下按压JTA后，对应站内股道的JTAJ相应落下。信号系统采集JTAJ状态信息，并根据对应紧急关闭按钮状态进行处理，控制列车运行。

3.2 紧急关闭与信号系统接口设计

3.2.1 系统接口方式

按照市域铁路常用的信号系统制式，CTCS制式下由TCC、ATC制式下由CBI对JTAJ进行前后接点采集或双接点采集。

在CTCS制式下，CBI可根据实际运行需求，通过安全数据网接口或继电接口获取紧急关闭按钮状态，纳入相关进路控制。

（1）当采用安全数据网传输方式实现时，计算机联锁系统相关采集电路原理通过列控、联锁系统软件实现。由无联锁设备集中站列控中心TCC采集之后，通过安全数据网送给相邻联锁设备集中站计算机联锁CBI。

（2）当采用继电接口传输方式实现时，由无联锁设备集中站通过站联电缆将紧急关闭按钮及站台门状态送至相邻联锁设备集中站，再由信号系统采集继电器接点状态。联锁设备集中站作为主控站，需设置被控车站相关状态继电器及CBI采集电路。

3.2.2 信号系统采集原理

市域铁路信号系统对车站紧急关闭信息的采集方式与表2中确定的车站信号设备配置类型相关。联锁设备集中站、无联锁设备集中站和非设备集中站3种站型的采集方式和数据传输存在差异。

（1）联锁设备集中站。联锁设备集中站的JTA、JTAJ、IBP盘均设置在本站。其中车站信号机械室设有本站JTAJ，综控室内设置本站IBP盘及JTA，站台上设JTA。紧急关闭采集电路均设置在信号机械室内。信号系统侧的状态继电器JTAJ采集紧急停车按钮的状态接点获取报警信息，CBI设备获取后进行逻辑判断，并执行相应动作。JTA（室外）至信号系统（室内）通过信号电缆传输。

（2）无联锁设备集中站。无联锁设备集中站存在于CTCS制式中。车站不设CBI设备，设有TCC设备以实现轨道电路编码，车站进路控制纳入主控站（相邻联锁设备集中站）CBI管理，信号机械室内设有本站JTAJ，室内外分别设置本站IBP盘及JTA。紧急关闭采集电路均设置在车站信号机械室内。相关状态需纳入CBI进路控制，且要求通过继电接口实现状态采集时，还应将采集状态通过站联电缆传送至相邻联锁设备集中站，并在该站设置相关状态复示继电器、配套设置CBI采集电路。站联电缆采用信号电缆，并应符合相关规范规定的敷设、防火和阻燃等要求。

（3）非设备集中站。非联锁集中站不设信号设备，由相邻站信号系统完成轨道电路占用检查、轨道电路编码及进路控制等。按照邻站类型及信号系统被控关系，存在以下2种情况。

①全部由联锁集中站控制。CTCS制式下，非设备集中站轨道电路编码纳入相邻联锁设备集中站（主控站）TCC设备控制，进路控制纳入主控站CBI管理；ATC制式下本站轨道电路检查及进路控制均纳入相邻联锁设备集中站CBI系统控制。在非设备集中站本地仅设置本站IBP盘及紧急关闭按钮。②由相邻无联锁设备集中站、联锁设备集中站共同控制（仅CTCS制式）。在CTCS制式下，无联锁设备集中站及其管辖的非设备集中站紧急关闭状态信息需通过继电接口传输至相邻联锁设备集中站，由联锁设备集中站CBI系统采集。

当非设备集中站等相邻车站为无联锁设备集中站，相关状态信息需纳入CBI进路控制，且要求通过继电接口实现状态采集时，除上述①中的采集电路架构外，还需将采集状态通过站联电缆传送至与该无联锁设备集中站相邻的联锁设备集中站，并在该站设置相关状态继电器、配套设计CBI采集电路。

3.2.3 信号系统采集电源

（1）联锁设备集中站和无联锁设备集中站：信号电源屏为每股道的紧急关闭控制电路分别提供1路独立电源，为IBP盘报警电路提供1路独立电源。

（2）非设备集中站：主控站（联锁设备集中站或无联锁设备集中站）信号电源屏为被控的非设备集中站每股道的紧急关闭控制电路分别提供1路独立电源，为IBP盘报警电路提供1路独立电源。

（3）站联电源：在CTCS制式下，主控站（联锁设备集中站）的信号电源屏为所管辖的无联锁设备集中站及非设备集中站的紧急关闭按钮继电器采集电路分别提供1路DC24～80 V、2 A可调站间联系电源。

（4）室内线缆采用阻燃型。

4 研究成果

根据主要技术要求对市域铁路紧急关闭按钮控制电路运营需求、继电接口定义及信号系统相关处理逻辑等总体技术方案进行研究后，研究成果以通用型设计参考图形式呈现。

基于综合市域铁路运输规模及常见站型，设计参考图按照联锁设备集中站、非设备集中站和无联锁设备集中站（仅CTCS制式）3种车站类型展开车站紧急关闭设计，其中联锁设备集中站的设备布置、室外电路径路、控制电路和组合内部结配线按标准4股道、岛式站台考虑，实际运用中其他车站类型可参考设计；接口电路中继电器采集方式需根据信号设备选型情况确定。CTCS制式下当CBI系统通过继电接口电路实现信息采集时，相关继电电路如图2所示，图中继电器接点、组合侧面端子编号和电源名称等仅用于原理示意。

图2 JTAJ继电接口电路

设计参考图针对采用基于CTCS信号系统的情况暂考虑主要基于CTCS2+ATO级列控系统进行设计，当采用其他等级CTCS列控系统时亦可作为参考。

5 结束语

本文结合市域铁路运营要求，对市域铁路车站紧急关闭控制方案进行研究，明确了市域铁路信号系统列控、联锁系统软件的接口逻辑处理，为界定专业分工，细化电缆规格、继电器类型等各项主要技术指标，指导设备安装及电缆敷设等工程实施环节提供了必要条件。设计一套通用的车站紧急关闭控制电路，有利于统一设计标准、规范相关系统设计，同时可用于指导工程施工、验收，构建标准统一、结构清晰的站台紧急关闭按钮控制系统及站台门联动控制系统[7]，对提高市域铁路建设及运营管理水平具有积极意义。