一种基于双机冗余的站台门与信号接口设计思路

范 伟,柏 帆

(1.中车浦镇阿尔斯通运输系统有限公司,安徽 芜湖 241000;2.南京康尼电子科技有限公司,江苏 南京 210000)

0 引言

近年来,随着城市轨道交通行业的飞速发展以及人们对城市轨道交通运营安全性和舒适性等要求的日益提高,特别是无人驾驶技术需求的进一步明确,站台门系统作为一个重要的轨道交通设备越来越受到人们的重视。地铁站台门系统是典型的机电一体化产品,安装于地铁、轻轨等车站站台边缘,将车站站台与轨道区分开,并与列车门相对应,防止乘客跌落轨道区,属于安全设备。

传统的站台门控制系统主要分为3个优先级功能模块,分别为信号系统(SIG)接口功能模块,就地控制盘模块(PSL)以及紧急控制盘(IBP)模块。站台门系统会按照上下行独立设置的原则,将以上功能接口电路集成在单元控制器PEDC中,单元控制器PEDC内一般有继电器组、硬件回路、保护元器件、接口设备等组成。但是其内部的继电器电路一般采用单路,或者双继电器并联的方式来实现冗余,这样的方案在一定程度上可以保证系统的可靠性(可用性),但是无法规避某些故障,比如短路等带来的危害,安全性不高。

根据上述情况,在传统电路设计的基础上,优化设计了一套基于双机冗余并支持自动切换功能的站台门与信号接口电路,在检测到信号接口模块异常的情况下可快速主动切换到备用模块,进一步提高了整个控制系统的安全性,也为今后无人驾驶技术的大面积推广提供了一种站台门系统接口电路的设计思路。

1 系统架构设计

新方案控制系统的优先级与传统型保持一致,即系统级控制、站台级控制、紧急级控制、本地电动操作、手动解锁操作共6种控制方式,其中以手动解锁操作优先级最高,系统级最低,如图1所示。

图1 控制优先级示意图

该系统中,对于PSD的控制核心逻辑控制模块PEDC,采用分离式模块的设计,按照信号系统接口功能、就地控制盘接口功能、紧急控制盘接口功能分为3个独立的控制模块,这种设计可以防止单个功能模块的故障造成一整侧系统控制失效。并且依然按上、下行分开设计,上、下行采用完全独立的设计,任何一侧控制故障不影响另一侧的正常运营。但基于对关键性的信号系统接口模块,相比于传统控制系统,增加了自动切换模块(RY模块),并对原先的SIG模块进行了内部电路的进一步优化,具体优化系统逻辑方案框图如图2所示。

图2 PEDC构架示意图

每侧PEDC有独立的双机热备冗余的SIG控制器、PSL控制器和IBP控制器,当单侧3个模块中任意1个模块故障,其余2个模块均能正常工作。同时,监视系统对PEDC内部每个继电器进行监控,每个控制回路都有电路保护器件,继电器其中一对触点故障不会导致控制命令的发出,控制回路可靠。

2 双机冗余控制模块设计

双机热备冗余自动切换SIG模块组件包含1个自动切换模块(RY)和2个相同的SIG控制器。2个SIG控制器组成双冗余架构,正常情况下,自动切换模块会选择由SIG控制器1工作,正常接收SIG系统的开、关门命令,此时SIG控制器2同时工作,但不输出控制信号,并且通过监控触点实时监控各个继电器状态,并将状态信息实时传送至监视系统MMS。当SIG1控制器故障时,可以自动切换至SIG2控制器,SIG2控制器正常接收SIG的开、关门命令,并输出控制指令给门机控制器DCU。

2.1 自动切换模块(RY)设计

自动切换模块(RY)采用安全导向继电器搭建的硬件逻辑控制模块,其作用是对SIG系统的开门、关门信号进行电压检测,并将数据发送给控制模块进行切换逻辑判断,同时执行控制模块发送过来的切换指令,驱动硬件继电器逻辑模块实现SIG1和SIG2模块切换。其控制原理框图如图3所示。

图3 自动切换装置模块RY原理图

自动切换模块(RY)主要分为电源接口、稳压电路、电压比较电路、继电器逻辑判断以及触点监控电路模块。

2.1.1电源接口

主要用于模块控制器的电源接入、电源保护、电源支路分配等,采用专用接插件进行接口设计,满足电路设计和接口设计的可靠性。在电源模块设计中考虑了电路短路保护,过压、欠压报警,并增加滤波电路,保证输入电压的质量,从而进一步提高系统的安全性和可靠性。

2.1.2稳压电路

主要将SIG的供电电源的电压稳定在DC24 V,用于提供内部基准电压。

2.1.3电压比较电路

将从SIG系统采集过来的开关门信号电压进行判定,并将信号电压检测的判定结果DCC0、DCC1发送给控制模块,其判定真值如表1所示。

表1 开/关门信号电压检测及判定真值表

2.1.4继电器逻辑判断模块

采用2个安全导向继电器(A1、A2)搭建的继电器逻辑判断模块电路。当监视模块判断需要切换时,由控制模块输出信号(QH1、QH2)分别驱动继电器A1、A2,通过逻辑电路切换SIG控制器1和SIG控制器2的控制电源,达到切换双机热备冗余SIG接口模块的目的,其逻辑输出电路示意如图4所示。

图4 逻辑输出电路示意图

同时,当SIG控制器2投入使用后,系统将不会自动切回到SIG控制器1。在RY自动切换模块上设置一个复位确认按钮,当切换模块激活,将SIG控制器1切换至SIG控制器2后,此时需要人工检修确认SIG控制器1的状态,判断是否需要进行维修更换,当维修更换完毕,需要人工按下复位确认按钮后,系统才能切换回SIG控制器1继续工作。

2.1.5触点监控模块

继电器A1、A2的触点信息通过RY自动切换模块上传至监视模块,用于监视RY内部的继电器是否工作正常。如异常,报警给上位机。

2.2 双机热备冗余,SIG模块控制回路设计

整个控制系统组件包含1个自动切换模块(RY),2个相同的SIG控制器(SIG1、SIG2)。2个SIG控制器同时接收SIG系统发送过来的开、关门指令,驱动各自模块内部的冗余接口继电器进行动作(见图5)。同时,监视模块实时监控2个SIG控制器的接口继电器动作情况以及此时信号系统开关门指令的有效性。当判断SIG1控制器出现故障时,控制模块将输出切换指令给RY自动切换模块,驱动内部切换安全继电器动作,从而切断SIG1的控制电路供电回路,接通SIG2的控制电路供电回路,并进行声光和上位机界面报警,提醒相关人员进行维修更换。

图5 整体系统控制原理图

同时,切换到SIG2后,自动切换模块RY不会再自动切换回SIG1,需要人工确认后(确认保证SIG1控制器故障解除后),按下RY上的复位按钮,控制模块重新判断后切换至SIG1工作。主要程序判定流程图如图6所示。

图6 系统程序判定流程图

3 结论与展望

该方案是在目前传统站台门与信号系统接口电路的基础上提出的一种优化思路,在轨道交通行业内具有明显的创新性和先进性,主要体现在以下几个方面:

(1)对于涉及到安全的信号接口电路,进行了全面的冗余设备设计,将原先的整体电路优化为模块电路设计,各模块之间的功能相对独立,提高了系统的可用性和可靠性。

(2)相比于原系统的纯继电器逻辑电路设计,新方案采用软件接入判定信号接口电路的健康诊断,方便了今后的故障诊断,并可预留远程诊断PHM接口,提高了系统的维护性。

(3)在新的信号接口电路中增加了冗余判断,保证单模块在出现故障时,系统能够正常运行,防止系统出现无法预知的故障导致站台门意外打开,从而造成安全事故,进一步提高了系统的安全性。

该方案为今后全面实现无人驾驶制式的轨道交通站台门控制模式提供了一种切实可行的思路,同时也进一步提高了站台门控制系统的安全性。该方案的设计思路已经定型,后续可迅速产业化,届时将进一步提升我国城市轨道交通智能化水平,具备广阔的市场前景。□