引言

城市軌道交通日益成為城市居民出行的重要途徑,是涉及土建和機(jī)電眾專業(yè)的復(fù)雜系統(tǒng)性工程。其中,作為車(chē)輛操作控制系統(tǒng)的信號(hào)設(shè)備是列車(chē)安全運(yùn)行的重要設(shè)備和核心保障。信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)與各機(jī)電系統(tǒng)設(shè)置接口進(jìn)行信息交互來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)和對(duì)于行車(chē)條件的判斷。

在城市軌道交通地下工程隧道建設(shè)中需要穿越河流或湖泊時(shí),為防護(hù)和減輕隧道漏水或隧道壁破裂時(shí)河水灌入地下車(chē)站所產(chǎn)生的危害而使用防淹門(mén)設(shè)備。其通常在河道下方的隧道和車(chē)站土建端部設(shè)置2處共4座電動(dòng)防淹隔斷門(mén)。防淹門(mén)系統(tǒng)采用多級(jí)控制,能在車(chē)站綜控室和就地通過(guò)人工操作實(shí)現(xiàn)防淹門(mén)系統(tǒng)的控制、運(yùn)行監(jiān)視和水位檢測(cè)等功能。

處于軌行區(qū)的防淹門(mén)開(kāi)關(guān)門(mén)行為與地鐵的正常運(yùn)營(yíng)和行車(chē)安全直接相關(guān)。目前多數(shù)城市,信號(hào)與防淹門(mén)系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置接口來(lái)保證行車(chē)安全。然而,涉及行車(chē)安全的列車(chē)自動(dòng)防護(hù)(ATP,AutomaticTrainProtection)子系統(tǒng)和聯(lián)鎖子系統(tǒng)安全完整性等級(jí)均為S1L4級(jí),而防淹門(mén)未明確安全完整性檢測(cè)要求,故在系統(tǒng)接點(diǎn)設(shè)備及控制中存在安全性不對(duì)等問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,因防淹門(mén)長(zhǎng)期處于單一狀態(tài)而導(dǎo)致的接點(diǎn)故障和信息丟失,都會(huì)使正常運(yùn)營(yíng)的地鐵列車(chē)緊急制動(dòng),嚴(yán)重干擾列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全。故本文深入分析了當(dāng)前列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)接口邏輯和交互數(shù)據(jù),針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象,建議采用既有接口設(shè)置的優(yōu)化,以提高系統(tǒng)的可用性。

1系統(tǒng)接口控制原理

為確保運(yùn)營(yíng)的安全性,將防淹門(mén)的狀態(tài)和控制過(guò)程納入聯(lián)鎖控制中。常見(jiàn)的做法是將防淹門(mén)的門(mén)狀態(tài)信息作為聯(lián)鎖檢查的條件,防淹門(mén)關(guān)門(mén)控制也需向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出關(guān)門(mén)請(qǐng)求并取得允許關(guān)門(mén)信息。

防淹門(mén)系統(tǒng)在地下區(qū)間過(guò)江段隧道的較低點(diǎn)分別設(shè)置多個(gè)傳感器來(lái)檢測(cè)實(shí)時(shí)水位信息,若隧道開(kāi)始積水,傳感器即向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息。根據(jù)水位狀態(tài),區(qū)間水位達(dá)到威脅行車(chē)安全時(shí),經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)關(guān)閉后,由車(chē)控室或就地通過(guò)按壓請(qǐng)求關(guān)門(mén)按鈕將"關(guān)門(mén)請(qǐng)求"通過(guò)接口發(fā)送至信號(hào)系統(tǒng)。與此同時(shí),對(duì)于基于通信的列控信號(hào)系統(tǒng)由區(qū)域控制器(ZC)通過(guò)車(chē)地?zé)o線通信與控制區(qū)域內(nèi)列車(chē)通信并通過(guò)聯(lián)鎖子系統(tǒng)根據(jù)列車(chē)實(shí)際位置、門(mén)狀態(tài)、進(jìn)路情況計(jì)算后給出移動(dòng)授權(quán),車(chē)輛在車(chē)載ATP的防護(hù)下運(yùn)行。通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)確認(rèn)防護(hù)區(qū)間范圍內(nèi)無(wú)車(chē)占用且無(wú)向防護(hù)區(qū)段內(nèi)的進(jìn)路授權(quán)后,向防淹門(mén)反饋"允許關(guān)門(mén)"信號(hào)。防淹門(mén)收到信號(hào)發(fā)出的"允許關(guān)門(mén)"信號(hào)后,由車(chē)控室或現(xiàn)地人工根據(jù)系統(tǒng)反饋再次確認(rèn),鎖定裝置才能收縮鎖定梁關(guān)閉閘門(mén)。信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)在防淹門(mén)控制室的控制柜端子排上設(shè)安全型繼電器作狀態(tài)采集和驅(qū)動(dòng)接點(diǎn),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防淹門(mén)"開(kāi)啟且鎖閉"狀態(tài),若此狀態(tài)丟失,則運(yùn)行車(chē)輛執(zhí)行緊急制動(dòng)。接口控制原理如圖1所示。

2現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象

目前以上接口控制過(guò)程在國(guó)內(nèi)多有應(yīng)用,也有部分城市的信號(hào)系統(tǒng)暫未將防淹門(mén)狀態(tài)信息納入聯(lián)鎖,而通過(guò)采用制定明確的規(guī)章制度來(lái)保證出現(xiàn)災(zāi)害時(shí)防淹門(mén)的開(kāi)關(guān)過(guò)程。根據(jù)運(yùn)營(yíng)使用的反饋,防淹門(mén)故障常見(jiàn)現(xiàn)象如下:

(1)"防淹門(mén)開(kāi)啟且鎖閉"狀態(tài)信息丟失。因防淹門(mén)沒(méi)有配置UPS,當(dāng)防淹門(mén)斷電時(shí),此狀態(tài)丟失導(dǎo)致正線車(chē)輛緊急制動(dòng),所有列車(chē)都無(wú)法正常通過(guò)該區(qū)域,影響正線運(yùn)行。該現(xiàn)象已在無(wú)錫既有線中發(fā)生。

(2)因水位傳感器異常出現(xiàn)高水位報(bào)警和因接口電氣特性異常出現(xiàn)的信息丟失,都會(huì)使信號(hào)系統(tǒng)向列車(chē)發(fā)送緊急停車(chē),同時(shí)無(wú)法向該區(qū)段排列進(jìn)路,影響正常運(yùn)營(yíng)。

(3)因防淹門(mén)很少使用,一直保持開(kāi)啟狀態(tài),防淹門(mén)"開(kāi)啟并鎖閉"安全型繼電器一直保持通電吸起狀態(tài)而導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)粘連,在真正需要落下時(shí)不能可靠落下,出現(xiàn)錯(cuò)誤信息,存在危害行車(chē)安全的隱患:國(guó)內(nèi)部分地鐵已發(fā)現(xiàn)存在該問(wèn)題。

總之,防淹門(mén)狀態(tài)故障時(shí),確實(shí)嚴(yán)重影響正常行車(chē),通過(guò)防淹門(mén)區(qū)段的所有列車(chē)均需在人工組織下運(yùn)行。信號(hào)與防淹門(mén)接口可以實(shí)時(shí)監(jiān)控防淹門(mén)狀態(tài),保證行車(chē)安全。

3接口電路邏輯及狀態(tài)

3.1工程接口界面

城市軌道交通工程實(shí)施時(shí),信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)的接口分界位置位于防淹門(mén)控制室的防淹門(mén)配線端子排上,采用硬線電纜進(jìn)行輸入/輸出,接口界面如圖2所示。

3.2接口電路設(shè)置

接口電路的設(shè)計(jì)原則滿足"故障一安全"。接口觸點(diǎn)選用安全型繼電器。根據(jù)功能需求常規(guī)設(shè)置"打開(kāi)且鎖閉繼電器""關(guān)門(mén)請(qǐng)求繼電器""允許關(guān)門(mén)繼電器"及相應(yīng)的復(fù)示繼電器,防淹門(mén)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送"完全開(kāi)啟并鎖閉"狀態(tài)表示及"防淹門(mén)關(guān)閉請(qǐng)求"信息,信號(hào)系統(tǒng)在收到防淹門(mén)"防淹門(mén)關(guān)閉請(qǐng)求"信息后,向防淹門(mén)發(fā)送"允許防淹門(mén)關(guān)閉"信息。一種典型的電路連接如圖3所示。

3.3電路狀態(tài)定義

為使防淹門(mén)狀態(tài)互不干擾,需上下行每個(gè)防淹門(mén)提供一個(gè)安全的"打開(kāi)且鎖閉"信號(hào)到ZC,正常條件下該輸入為"吸起":上下行每個(gè)防淹門(mén)提供一個(gè)安全的"關(guān)門(mén)請(qǐng)求"信號(hào)到ZC,該輸入為"吸起"(表1)。

3.4邏輯判斷原則

信號(hào)系統(tǒng)對(duì)防淹門(mén)狀態(tài)進(jìn)行安全監(jiān)督、提供允許關(guān)門(mén)命令:防淹門(mén)系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)提供防淹門(mén)的門(mén)狀態(tài)信息,發(fā)送關(guān)門(mén)請(qǐng)求,接收信號(hào)系統(tǒng)提供的允許關(guān)門(mén)信號(hào)。

當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)失去"防淹門(mén)打開(kāi)且鎖閉"的狀態(tài)信息時(shí),兩端車(chē)站均不能再向相應(yīng)線路防淹門(mén)防護(hù)區(qū)段內(nèi)設(shè)置進(jìn)路,如已設(shè)置進(jìn)路,后備模式下聯(lián)鎖系統(tǒng)立即將防護(hù)防淹門(mén)區(qū)域的信號(hào)機(jī)開(kāi)設(shè)紅燈:CBTC下,信號(hào)機(jī)保持滅燈,ATP將列車(chē)移動(dòng)授權(quán)回撤至防淹門(mén)防護(hù)區(qū)域入口,正在接近相應(yīng)線路防淹門(mén)防護(hù)區(qū)段的列車(chē)則實(shí)施緊急制動(dòng)。

當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到"防淹門(mén)關(guān)閉請(qǐng)求"信息時(shí),后備模式下已開(kāi)放的相應(yīng)信號(hào)機(jī)立即變?yōu)榧t燈。CBTC模式下,信號(hào)機(jī)保持滅燈。根據(jù)條件作如下處理:

(1)若列車(chē)未進(jìn)入防淹門(mén)的接近區(qū)段,并且相應(yīng)進(jìn)路內(nèi)無(wú)車(chē),則向防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)"允許關(guān)門(mén)"信息:

(2)若列車(chē)已進(jìn)入接近區(qū)段,經(jīng)ts延時(shí)后,列車(chē)無(wú)冒進(jìn)信號(hào),經(jīng)檢查辦理的進(jìn)路內(nèi)無(wú)車(chē)占用,則向防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)"允許關(guān)門(mén)"信息:

(3)若列車(chē)已越過(guò)防淹門(mén)防護(hù)信號(hào)機(jī),則不可發(fā)出"允許關(guān)門(mén)"信息:

(4)若防淹門(mén)防護(hù)區(qū)段內(nèi)有保護(hù)區(qū)段,且保護(hù)區(qū)段已設(shè)置,那么需要等保護(hù)區(qū)段解鎖后,信號(hào)系統(tǒng)向防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)"允許關(guān)門(mén)"信息。

信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)不能取消防淹門(mén)"關(guān)門(mén)請(qǐng)求",在信號(hào)聯(lián)鎖子系統(tǒng)接收到"防淹門(mén)關(guān)閉請(qǐng)求"以及發(fā)送"允許防淹門(mén)關(guān)閉"信息期間,"防淹門(mén)關(guān)閉請(qǐng)求"條件必須被信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)連續(xù)檢查,該請(qǐng)求按鈕狀態(tài)一經(jīng)檢查到,防淹門(mén)系統(tǒng)保證該請(qǐng)求一直有效直至防淹門(mén)完全關(guān)閉。

當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)故障不能向防淹門(mén)系統(tǒng)提供"允許防淹門(mén)關(guān)閉"信號(hào)時(shí),防淹門(mén)系統(tǒng)具備就地控制和人工控制手段,經(jīng)車(chē)站工作人員確認(rèn)后,可就地或手動(dòng)關(guān)閉防淹門(mén)。

防淹門(mén)區(qū)域若上行隧道與下行隧道間存在聯(lián)絡(luò)通道,則信號(hào)系統(tǒng)收到4扇門(mén)中任意一扇門(mén)發(fā)來(lái)的"關(guān)門(mén)請(qǐng)求"信號(hào)時(shí),按照4扇防淹門(mén)都請(qǐng)求關(guān)閉進(jìn)行防護(hù)處理。若兩側(cè)完全獨(dú)立隔離,則分上下行獨(dú)立控制。

4接口配置優(yōu)化

本文結(jié)合目前的接口電路方案,針對(duì)接口故障影響正常運(yùn)營(yíng)問(wèn)題,在了解防淹門(mén)控制過(guò)程的基礎(chǔ)上,結(jié)合接口設(shè)置及需求,提出了以下優(yōu)化方案建議,并給出與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)策略。

4.1防淹門(mén)控制過(guò)程

防淹門(mén)關(guān)閉本身就是一項(xiàng)重大操作,須環(huán)調(diào)、行調(diào)、電調(diào)、站務(wù)人員均知曉并采取相應(yīng)措施后,才能關(guān)閉。在關(guān)門(mén)命令發(fā)出后,行調(diào)應(yīng)已按照應(yīng)急預(yù)案將線上列車(chē)扣停在車(chē)站并進(jìn)行清客。目前,各城市地鐵行車(chē)管理規(guī)定各有不同,以廣州地鐵為例,防淹門(mén)的開(kāi)啟/關(guān)閉操作必須聽(tīng)從環(huán)調(diào)命令,并得到行調(diào)同意后進(jìn)行,未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)的人員不得操作。防淹門(mén)系統(tǒng)具備車(chē)控室、現(xiàn)地和人工操作功能,一般情況下,優(yōu)先采用車(chē)控或現(xiàn)地操作實(shí)現(xiàn)防淹門(mén)關(guān)閉。

4.2接口配置優(yōu)化及安全防護(hù)分析

以無(wú)錫某線規(guī)劃為例,地下隧道有3處分別下穿大運(yùn)河、梁溪河、五里湖,與此對(duì)應(yīng)區(qū)間上下行共需設(shè)置12扇防淹門(mén)設(shè)備,多處信號(hào)與防淹門(mén)接口會(huì)增大影響正線正常行車(chē)的隱患。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象,針對(duì)防淹門(mén)狀態(tài)丟失或中斷及故障引起的問(wèn)題,建議優(yōu)化接口,將防淹門(mén)狀態(tài)僅納入監(jiān)視和報(bào)警信息,將開(kāi)關(guān)門(mén)控制命令的判斷納入聯(lián)鎖,如此,在接口"打開(kāi)且鎖閉"信息丟失或中斷時(shí),行車(chē)及相關(guān)人員均可收到報(bào)警信息,但不會(huì)立即造成緊急制動(dòng)和全線后續(xù)列車(chē)均無(wú)法通行。如此可緩解因防淹門(mén)誤報(bào)影響正常運(yùn)營(yíng)的情況,也可避免人為失誤而辦理通向?yàn)?zāi)害防護(hù)區(qū)段的列車(chē)進(jìn)路。而相比于其他城市直接取消防淹門(mén)接口的做法,該方法可以降低一定的人因風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備故障影響。

考慮到關(guān)閉防淹門(mén)一般發(fā)生在隧道滲漏、積水情況下,信號(hào)系統(tǒng)可能已經(jīng)不能正常工作,并可能永遠(yuǎn)不能給出"允許關(guān)門(mén)條件"。因此,信號(hào)系統(tǒng)給出的允許關(guān)門(mén)信號(hào)并不能作為相關(guān)人員關(guān)閉防淹門(mén)的必要條件。

在安全性方面,防淹門(mén)是重要的安全設(shè)備,平時(shí)開(kāi)啟時(shí)通過(guò)鎖閉機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖閉,只要不是人為非法操作,防淹門(mén)不會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。需要關(guān)閉時(shí)必須按照規(guī)章制度上報(bào)調(diào)度中心,終止線路上的列車(chē)運(yùn)行,清空防淹門(mén)區(qū)間的列車(chē)后才能派人到防淹門(mén)設(shè)備室內(nèi)人工辦理關(guān)閉操作。在車(chē)控室1BP盤(pán)上設(shè)有防淹門(mén)狀態(tài)顯示和操作按鈕,可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)防淹門(mén)狀態(tài)的監(jiān)控,信號(hào)系統(tǒng)也可根據(jù)既有接口電路監(jiān)控防淹門(mén)狀態(tài)報(bào)警信息,并提供給列車(chē)司機(jī)作為參考。

在可用性和行車(chē)效率方面,取消將防淹門(mén)狀態(tài)納入聯(lián)鎖后,只要防淹門(mén)未經(jīng)實(shí)際人工請(qǐng)求,環(huán)調(diào)、行調(diào)、車(chē)站人員及行車(chē)司機(jī)均可收到門(mén)狀態(tài)及報(bào)警信息,并根據(jù)行車(chē)管理規(guī)范按要求注意前方環(huán)境行車(chē),不會(huì)因?yàn)榉姥烷T(mén)狀態(tài)故障而影響行車(chē)組織,提高了線路運(yùn)營(yíng)的可用性。

4.3防淹門(mén)故障處理

防淹門(mén)狀態(tài)信息丟失或傳感/接口故障給信號(hào)系統(tǒng)發(fā)送錯(cuò)誤信息時(shí):行調(diào)經(jīng)司機(jī)確認(rèn)區(qū)間有無(wú)水淹的現(xiàn)象且機(jī)電人員確定設(shè)備情況,若確是誤報(bào),信號(hào)恢復(fù)行車(chē)限速,開(kāi)展故障維護(hù),同時(shí)安排人員現(xiàn)場(chǎng)值班,做好應(yīng)急準(zhǔn)備[6]。

數(shù)據(jù)傳輸故障引起"關(guān)門(mén)請(qǐng)求"后并未按時(shí)收到"允許關(guān)門(mén)"信息時(shí):首先,車(chē)站人員向行調(diào)匯報(bào),并確認(rèn)隧道內(nèi)的行車(chē)狀況。若滿足關(guān)門(mén)條件,經(jīng)行調(diào)度確認(rèn)后,信號(hào)系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)路封鎖,同時(shí)安排人員手動(dòng)關(guān)閉防淹門(mén)。行調(diào)組織行車(chē),機(jī)電和信號(hào)人員確保設(shè)備工作狀態(tài)。

5結(jié)語(yǔ)

防淹門(mén)的設(shè)備狀態(tài)與地鐵行車(chē)安全直接相關(guān),設(shè)置在防淹門(mén)與信號(hào)系統(tǒng)的接口電路,需考慮接口觸點(diǎn)在不同故障情況下對(duì)各系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。若采用信號(hào)參與防淹門(mén)的控制過(guò)程,可將防淹門(mén)狀態(tài)納入監(jiān)視和報(bào)警信息,而將開(kāi)關(guān)門(mén)控制命令的判斷納入聯(lián)鎖,如此不僅可以緩解因防淹門(mén)誤報(bào)影響正常運(yùn)營(yíng),也能在一定程度上避免有列車(chē)誤闖入災(zāi)害防護(hù)區(qū)段及人為考慮不足而辦理列車(chē)進(jìn)路。若采用不設(shè)防淹門(mén)接口的方式,應(yīng)考慮人因因素的風(fēng)險(xiǎn)。伴隨技術(shù)進(jìn)步應(yīng)考慮全自動(dòng)運(yùn)行下對(duì)于防淹門(mén)設(shè)備控制安全完整性的要求。在運(yùn)營(yíng)維護(hù)中,應(yīng)明確關(guān)于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)參數(shù)、檢修標(biāo)準(zhǔn)等的要求,使接口更加安全可靠,制定相關(guān)管理辦法,提高故障處理效率,最大限度降低故障對(duì)運(yùn)營(yíng)組織所造成的影響,有效提高地鐵運(yùn)營(yíng)的服務(wù)水平。