王 鯤，楊華昌，徐 意，劉 璐

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所，北京 100081；2.國(guó)家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100081)

防淹門(mén)設(shè)備是地鐵系統(tǒng)中特有的一種防止洪水涌入車(chē)站與區(qū)間隧道的密閉設(shè)施?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定：“對(duì)下穿河流和湖泊等水域的地鐵隧道工程，當(dāng)水體可能危及使用安全時(shí)，應(yīng)在隧道穿過(guò)水域的兩端適當(dāng)位置，設(shè)置防淹門(mén)或采取其他防水淹措施”[1]。如果發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，引起的河水倒灌入地鐵隧道內(nèi)，防淹門(mén)設(shè)備可以采取緊急隔斷措施，避免造成人員及有關(guān)設(shè)備傷害。城市軌道交通中，信號(hào)系統(tǒng)保障地鐵列車(chē)安全運(yùn)行時(shí)，必須對(duì)引入的防淹門(mén)設(shè)備進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)與防淹門(mén)系統(tǒng)的安全、高效聯(lián)動(dòng)控制。目前，在城市軌道交通的各類行業(yè)技術(shù)規(guī)范中，尚未對(duì)信號(hào)系統(tǒng)中的防淹門(mén)防護(hù)功能進(jìn)行明確的技術(shù)規(guī)定。本文以廣州地鐵7號(hào)線工程為例，詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)之間的功能劃分、運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景分析和建模，以及硬件接口電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，為城市軌道交通領(lǐng)域內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化工作提供一些參考。

1 防淹門(mén)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

防淹門(mén)設(shè)備由門(mén)體、啟閉裝置、機(jī)械鎖定裝置、就地控制系統(tǒng)4個(gè)基本部分組成[2]。就地控制系統(tǒng)一般包括PLC控制單元、閘門(mén)位置行程開(kāi)關(guān)、液位傳感器、報(bào)警設(shè)備以及外部通信接口設(shè)備等。

1.2 主要功能

防淹門(mén)系統(tǒng)可以在水災(zāi)事故發(fā)生時(shí)，通過(guò)控制閘門(mén)關(guān)閉，保護(hù)地鐵線路、人員及車(chē)站設(shè)備的安全；在水災(zāi)退去后，通過(guò)控制閘門(mén)開(kāi)啟，恢復(fù)正常的地鐵運(yùn)營(yíng)。系統(tǒng)功能主要包括區(qū)間水位監(jiān)視和報(bào)警、門(mén)體狀態(tài)監(jiān)控等[3-4]。防淹門(mén)的狀態(tài)直接影響列車(chē)運(yùn)行的安全?？刂葡到y(tǒng)對(duì)每一套防淹門(mén)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立狀態(tài)監(jiān)督，并實(shí)時(shí)將門(mén)體開(kāi)關(guān)及鎖閉狀態(tài)信息傳遞給信號(hào)、綜合監(jiān)控等系統(tǒng)；控制系統(tǒng)可對(duì)防淹門(mén)設(shè)備進(jìn)行關(guān)閉、開(kāi)啟、停止等操作控制?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)液位傳感器獲取水位級(jí)別、水位上漲速度等信息，并根據(jù)危險(xiǎn)程度發(fā)出分級(jí)報(bào)警。當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，防淹門(mén)系統(tǒng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求關(guān)門(mén)信息，獲得信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)門(mén)允許信息后進(jìn)行人工關(guān)閉控制。

2 信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)原則

結(jié)合信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)的各自特點(diǎn)，并遵循信號(hào)設(shè)計(jì)的一些基本安全原則和慣例[1，5-8]，確定兩個(gè)系統(tǒng)之間的接口設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下原則。

(1)防淹門(mén)設(shè)備的狀態(tài)及操作直接影響行車(chē)安全，防淹門(mén)系統(tǒng)應(yīng)能將每一套防淹門(mén)設(shè)備與行車(chē)安全相關(guān)的狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)、正確、持續(xù)地傳遞給信號(hào)系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)依據(jù)該信息控制列車(chē)的安全運(yùn)行。

(2)防淹門(mén)系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)督防淹門(mén)設(shè)備及區(qū)間的水位情況。遇到緊急情況時(shí)，須向信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)門(mén)請(qǐng)求。

(3)信號(hào)系統(tǒng)收到關(guān)門(mén)請(qǐng)求后，應(yīng)能根據(jù)線路上的列車(chē)運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，決定是否允許防淹門(mén)設(shè)備的關(guān)門(mén)請(qǐng)求。只有不影響行車(chē)安全時(shí)，才向防淹門(mén)系統(tǒng)授權(quán)動(dòng)作許可。

(4)當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，防淹門(mén)系統(tǒng)獲得信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)門(mén)授權(quán)許可信息后，方可進(jìn)行人工關(guān)閉控制操作。

(5)信號(hào)系統(tǒng)對(duì)防淹門(mén)設(shè)備的控制及防護(hù)功能應(yīng)符合故障-安全原則。

(6)信號(hào)系統(tǒng)和防淹門(mén)系統(tǒng)之間的通道應(yīng)考慮有效的電氣隔離，采取防干擾和雷害措施。

3 防淹門(mén)相關(guān)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景分析

在對(duì)防淹門(mén)相關(guān)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)行分析時(shí)，將信號(hào)系統(tǒng)作為主要控制對(duì)象，著重描述在不同的列車(chē)運(yùn)行場(chǎng)景下，信號(hào)系統(tǒng)如何與防淹門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行交互的工作過(guò)程[9-11]。通過(guò)將不同的運(yùn)行場(chǎng)景變化映射為一個(gè)個(gè)確定的事件，針對(duì)每個(gè)事件，分析信號(hào)系統(tǒng)的控制行為如何發(fā)生改變。信號(hào)系統(tǒng)的防淹門(mén)相關(guān)的控制行為可分為兩個(gè)方面：各種防淹門(mén)狀態(tài)的改變事件，如何影響信號(hào)系統(tǒng)對(duì)列車(chē)的控制行為；不同場(chǎng)景下的列車(chē)運(yùn)行事件，如何影響信號(hào)系統(tǒng)對(duì)防淹門(mén)系統(tǒng)的控制行為。

3.1 列車(chē)控制行為

在對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的列車(chē)控制行為進(jìn)行分析的過(guò)程中，首先確定防淹門(mén)的有效狀態(tài)集，將復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景歸納為有限的防淹門(mén)狀態(tài)集，逐個(gè)分析防淹門(mén)狀態(tài)作為激勵(lì)條件，信號(hào)系統(tǒng)中，聯(lián)鎖、ZC、ATS等各個(gè)子系統(tǒng)該如何進(jìn)行列車(chē)控制方面的處理。

信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)督防淹門(mén)系統(tǒng)提供的“防淹門(mén)狀態(tài)”信號(hào)，如果防淹門(mén)處于“開(kāi)門(mén)并鎖閉”狀態(tài)，聯(lián)鎖可辦理相應(yīng)的通過(guò)防淹門(mén)的進(jìn)路，并給控制中心(OCC)的ATS系統(tǒng)提供一個(gè)防淹門(mén)開(kāi)啟指示，軌旁ZC可為通過(guò)該防淹門(mén)的列車(chē)提供移動(dòng)授權(quán)(MA)；如果防淹門(mén)未處于“開(kāi)門(mén)并鎖閉”狀態(tài)，相應(yīng)的通過(guò)防淹門(mén)區(qū)域的進(jìn)路將禁止建立，如已建立進(jìn)路，其防護(hù)信號(hào)機(jī)將會(huì)立即關(guān)閉，并給控制中心(OCC)的ATS系統(tǒng)提供一個(gè)防淹門(mén)未開(kāi)啟指示，軌旁ZC將停止為所有列車(chē)提供通過(guò)該防淹門(mén)的移動(dòng)授權(quán)(MA)。

信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)督“操作員請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)”的狀態(tài)信號(hào)。如果防淹門(mén)的“關(guān)門(mén)請(qǐng)求”未激活，聯(lián)鎖可辦理相應(yīng)的通過(guò)防淹門(mén)的進(jìn)路，并給控制中心(OCC)的ATS系統(tǒng)提供一個(gè)防淹門(mén)“未請(qǐng)求關(guān)閉”的指示，軌旁ZC可為通過(guò)該防淹門(mén)的列車(chē)提供移動(dòng)授權(quán)(MA)；如果防淹門(mén)的“關(guān)門(mén)請(qǐng)求”已激活，相應(yīng)的通過(guò)防淹門(mén)區(qū)域的進(jìn)路將禁止建立，如已建立進(jìn)路，其防護(hù)信號(hào)機(jī)將會(huì)立即關(guān)閉，并給控制中心(OCC)的ATS系統(tǒng)提供一個(gè)防淹門(mén)的“關(guān)門(mén)請(qǐng)求”激活的指示，軌旁ZC將停止為所有列車(chē)提供通過(guò)該防淹門(mén)的移動(dòng)授權(quán)(MA)。ZC收到“防淹門(mén)關(guān)閉請(qǐng)求”或“防淹門(mén)完全開(kāi)啟且鎖定”信息丟失時(shí)，將列車(chē)運(yùn)行方向順向的防護(hù)信號(hào)機(jī)所在位置當(dāng)作危險(xiǎn)點(diǎn)處理，移動(dòng)授權(quán)不能越過(guò)該危險(xiǎn)點(diǎn)，CBTC列車(chē)根據(jù)更新后移動(dòng)授權(quán)自動(dòng)采取安全防護(hù)。

如表1所示，防淹門(mén)狀態(tài)有3個(gè)布爾型變量：‘門(mén)開(kāi)且鎖閉’變量，‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’變量，‘允許關(guān)門(mén)’變量。3個(gè)變量組合出的8個(gè)狀態(tài)，其中，有2個(gè)‘未請(qǐng)求關(guān)門(mén)，卻允許關(guān)門(mén)’的狀態(tài)被視為無(wú)效狀態(tài)，剩余的有效狀態(tài)為6個(gè)。

表1 防淹門(mén)狀態(tài)的組合分析

綜上分析，只有在狀態(tài)組合2的事件下，信號(hào)系統(tǒng)允許列車(chē)正常駛過(guò)防淹門(mén)區(qū)域，其他狀態(tài)組合的事件場(chǎng)景下，信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)該阻止列車(chē)進(jìn)入防淹門(mén)區(qū)域。

3.2 防淹門(mén)控制行為

在對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的防淹門(mén)控制行為進(jìn)行分析的過(guò)程中，首先將諸多的列車(chē)運(yùn)行場(chǎng)景歸為兩類：(1)列車(chē)已進(jìn)入或即將進(jìn)入防淹門(mén)區(qū)域；(2)列車(chē)不會(huì)進(jìn)入防淹門(mén)區(qū)域。分別分析這兩種事件發(fā)生后，信號(hào)系統(tǒng)如何進(jìn)行防淹門(mén)控制方面的處理。

如果經(jīng)過(guò)某個(gè)防淹門(mén)的進(jìn)路(包括保護(hù)區(qū)段經(jīng)過(guò)該防淹門(mén)的進(jìn)路)沒(méi)有排列，進(jìn)路處于未鎖閉狀態(tài)。此時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)認(rèn)為列車(chē)不會(huì)進(jìn)入防淹門(mén)區(qū)域。當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到防淹門(mén)的‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’信號(hào)后，信號(hào)系統(tǒng)將在ATS界面上顯示出‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’激活。信號(hào)系統(tǒng)將輸出‘關(guān)門(mén)允許’命令給防淹門(mén)系統(tǒng)。一旦防淹門(mén)系統(tǒng)停止輸出‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’信號(hào)給信號(hào)系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)立即停止輸出‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)給防淹門(mén)系統(tǒng)。

如果經(jīng)過(guò)某個(gè)防淹門(mén)的進(jìn)路(包括保護(hù)區(qū)段經(jīng)過(guò)該防淹門(mén)的進(jìn)路)已經(jīng)建立且信號(hào)開(kāi)放，當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)收到防淹門(mén)的‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’信號(hào)后，信號(hào)系統(tǒng)將立即關(guān)閉該進(jìn)路的防護(hù)信號(hào)機(jī)，并在ATS界面上顯示出‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’激活。此時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)無(wú)法確保列車(chē)不會(huì)進(jìn)入防淹門(mén)區(qū)域，不能允許防淹門(mén)系統(tǒng)的關(guān)門(mén)請(qǐng)求。在防淹門(mén)‘請(qǐng)求關(guān)閉’信號(hào)持續(xù)有效的前提下，信號(hào)系統(tǒng)須持續(xù)檢查下列條件滿足后，方可認(rèn)為列車(chē)不會(huì)進(jìn)入防淹門(mén)區(qū)域，輸出‘關(guān)門(mén)允許’命令：

(1)防淹門(mén)區(qū)域內(nèi)沒(méi)有列車(chē)占用；

(2)該防淹門(mén)區(qū)域相關(guān)區(qū)段沒(méi)有進(jìn)路鎖閉或保護(hù)進(jìn)路鎖閉。

如果上述條件不能全部滿足，信號(hào)系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出‘關(guān)門(mén)允許’命令給防淹門(mén)系統(tǒng)。只有上述條件全部滿足，信號(hào)系統(tǒng)方可輸出關(guān)門(mén)允許命令給防淹門(mén)系統(tǒng)。在輸出‘關(guān)門(mén)允許’命令期間，上述任何條件不再滿足后，信號(hào)系統(tǒng)立即停止輸出‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)給防淹門(mén)系統(tǒng)。

3.3 實(shí)際場(chǎng)景舉例

廣州地鐵7號(hào)線項(xiàng)目中，南村站和大學(xué)城南站之間的上、下行線路上各設(shè)置了1對(duì)防淹門(mén)，下行線設(shè)置了防淹門(mén)FG2301和防淹門(mén)FG2305，上行線設(shè)置了防淹門(mén)FG2303和防淹門(mén)FG2402。如圖1所示。

圖1 廣州地鐵7號(hào)線南村站—大學(xué)城南站區(qū)間信號(hào)布置平面

當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘打開(kāi)且鎖閉’條件完好時(shí)，該防淹門(mén)的防護(hù)信號(hào)機(jī)S2305，X2402可以正常開(kāi)放，可向ZC發(fā)送保護(hù)進(jìn)路O_S2305設(shè)置成功狀態(tài)。當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘打開(kāi)且鎖閉’條件丟失時(shí)，該防淹門(mén)的防護(hù)信號(hào)機(jī)S2305，X2402不可以開(kāi)放，保護(hù)進(jìn)路O_S2305不可進(jìn)入設(shè)置成功狀態(tài)。

當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)’條件未激活時(shí)，該防淹門(mén)的防護(hù)信號(hào)機(jī)S2305，X2402可以正常開(kāi)放，可向ZC發(fā)送保護(hù)進(jìn)路O_S2305設(shè)置成功狀態(tài)。當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)’條件激活時(shí)，該防淹門(mén)的防護(hù)信號(hào)機(jī)S2305，X2402不可以開(kāi)放，保護(hù)進(jìn)路O_S2305不可進(jìn)入設(shè)置成功狀態(tài)。

當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)’條件激活時(shí)，如果防淹門(mén)FG2303所在區(qū)域2308G空閑，未被進(jìn)路鎖閉或保護(hù)進(jìn)路鎖閉時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)輸出防淹門(mén)FG2303的‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)。

當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)’條件激活時(shí)，如果防淹門(mén)FG2303所在區(qū)域2308G占用，信號(hào)系統(tǒng)禁止輸出‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)。行車(chē)調(diào)度員需要指揮列車(chē)出清防淹門(mén)區(qū)域后，區(qū)段2308G空閑且解鎖后，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)輸出FG2303 的‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)給防淹門(mén)系統(tǒng)。

當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)’條件激活時(shí)，如果防淹門(mén)FG2303所在區(qū)域2308G處于進(jìn)路鎖閉，行車(chē)調(diào)度員需要對(duì)進(jìn)路進(jìn)行解鎖操作后，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)輸出‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)給防淹門(mén)系統(tǒng)。

當(dāng)防淹門(mén)FG2303的‘請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)’條件激活時(shí)，如果防淹門(mén)FG2303所在區(qū)域2308G處于保護(hù)進(jìn)路鎖閉，行車(chē)調(diào)度員需要對(duì)保護(hù)進(jìn)路進(jìn)行延時(shí)解鎖操作后，信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)輸出‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)給防淹門(mén)系統(tǒng)。

信號(hào)系統(tǒng)輸出‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)給防淹門(mén)系統(tǒng)期間，一旦防淹門(mén)請(qǐng)求關(guān)閉條件撤回，信號(hào)系統(tǒng)立即停止輸出‘關(guān)門(mén)允許’信號(hào)給防淹門(mén)系統(tǒng)。

4 防淹門(mén)防護(hù)功能需求分析及建模

4.1 聯(lián)鎖子系統(tǒng)的防淹門(mén)防護(hù)功能需求

綜合上述實(shí)際列車(chē)運(yùn)行場(chǎng)景，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)和防淹門(mén)系統(tǒng)的交互行為進(jìn)行分析，抽取其中計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)的功能需求如下。

(1)聯(lián)鎖子系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)督防淹門(mén)的門(mén)狀態(tài)、關(guān)閉請(qǐng)求信息，并實(shí)時(shí)顯示。聯(lián)鎖子系統(tǒng)不能改變防淹門(mén)的門(mén)狀態(tài)，不能取消防淹門(mén)的關(guān)閉請(qǐng)求。

(2)防淹門(mén)常態(tài)處于‘打開(kāi)并鎖閉’狀態(tài)。當(dāng)防淹門(mén)的‘打開(kāi)并鎖閉’狀態(tài)丟失時(shí)，聯(lián)鎖子系統(tǒng)應(yīng)阻止列車(chē)進(jìn)入防淹門(mén)界定的軌道區(qū)域：對(duì)于已經(jīng)開(kāi)放的防淹門(mén)防護(hù)信號(hào)機(jī)，應(yīng)立即關(guān)閉；對(duì)于未開(kāi)放的防淹門(mén)信號(hào)機(jī)，應(yīng)禁止其開(kāi)放。

(3)防淹門(mén)常態(tài)不向信號(hào)發(fā)送關(guān)門(mén)請(qǐng)求信息。當(dāng)遇緊急情況，防淹門(mén)系統(tǒng)向聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)出關(guān)門(mén)請(qǐng)求時(shí)，聯(lián)鎖子系統(tǒng)應(yīng)阻止列車(chē)進(jìn)入防淹門(mén)界定的軌道區(qū)域：對(duì)于已經(jīng)開(kāi)放的防淹門(mén)防護(hù)信號(hào)機(jī)，應(yīng)立即關(guān)閉；對(duì)于未開(kāi)放的防淹門(mén)信號(hào)機(jī)，應(yīng)禁止其開(kāi)放。

(4)當(dāng)防淹門(mén)系統(tǒng)向聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)出關(guān)門(mén)請(qǐng)求后，聯(lián)鎖子系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)下列具體情況對(duì)防淹門(mén)的關(guān)門(mén)請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。

①經(jīng)過(guò)防淹門(mén)區(qū)域的進(jìn)路或保護(hù)進(jìn)路未鎖閉，且防淹門(mén)區(qū)域內(nèi)沒(méi)有列車(chē)占用，此時(shí)聯(lián)鎖子系統(tǒng)直接向防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)出‘關(guān)門(mén)允許’信息。

②經(jīng)過(guò)防淹門(mén)的區(qū)域被進(jìn)路或保護(hù)進(jìn)路鎖閉，如果列車(chē)尚未進(jìn)入其接近區(qū)段，則人工解鎖操作后進(jìn)路立即解鎖，且防淹門(mén)區(qū)域內(nèi)沒(méi)有列車(chē)占用，此時(shí)聯(lián)鎖子系統(tǒng)向防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)出‘關(guān)門(mén)允許’信息。

③經(jīng)過(guò)防淹門(mén)的區(qū)域被進(jìn)路或保護(hù)進(jìn)路鎖閉，如果列車(chē)已進(jìn)入其接近區(qū)段，則人工解鎖操作后進(jìn)路將延時(shí)解鎖，解鎖后如果防淹門(mén)區(qū)域內(nèi)沒(méi)有列車(chē)占用，此時(shí)聯(lián)鎖子系統(tǒng)向防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)出‘關(guān)門(mén)允許’信息。

④經(jīng)過(guò)防淹門(mén)的區(qū)域被進(jìn)路或保護(hù)進(jìn)路鎖閉，如果列車(chē)已駛?cè)敕姥烷T(mén)區(qū)域，則由行車(chē)調(diào)度員根據(jù)區(qū)間水位情況，組織列車(chē)通過(guò)防淹門(mén)區(qū)域，或退行回就近車(chē)站站臺(tái)后，人工故障解鎖相關(guān)區(qū)段，此時(shí)聯(lián)鎖子系統(tǒng)向防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)出‘關(guān)門(mén)允許’信息。

(5)聯(lián)鎖子系統(tǒng)發(fā)出“允許關(guān)門(mén)”信號(hào)期間，持續(xù)檢查防淹門(mén)的“關(guān)門(mén)請(qǐng)求”信息，一旦關(guān)門(mén)請(qǐng)求信息取消，聯(lián)鎖子系統(tǒng)立即收回‘關(guān)門(mén)允許’信息。

4.2 建模方法

在對(duì)防淹門(mén)相關(guān)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景分析的基礎(chǔ)上，采用形式化方法[12-13]將信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)需求映射到聯(lián)鎖子系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中，建立計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)的UML靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型[14-17]，以構(gòu)造出計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和行為描述。靜態(tài)模型描述的是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景中的角色、以及它和其他角色之間的關(guān)系。動(dòng)態(tài)模型描述的是計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的交互行為。靜態(tài)模型可以通過(guò)用例圖方法構(gòu)建，動(dòng)態(tài)模型可以用狀態(tài)圖和順序圖加以描述。

4.3 靜態(tài)模型

用例圖是對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行描述的模型，它是從外部視角描述系統(tǒng)的功能，并指出各個(gè)功能的操作者。在信號(hào)系統(tǒng)中，與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)相關(guān)的外部系統(tǒng)主要包括：軌旁設(shè)備(如信號(hào)機(jī)、道岔、區(qū)段、防淹門(mén)等)，ATS、ZC、NCBI、LEU等子系統(tǒng)，以及維護(hù)人員等。

圖2中，聯(lián)鎖子系統(tǒng)的功能模塊分為3部分：聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算、安全平臺(tái)運(yùn)算、安全執(zhí)行控制。每一部分內(nèi)部可以繼續(xù)劃分為更小的功能模塊。

圖2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)用例

4.4 動(dòng)態(tài)模型

為了描述計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)和行調(diào)、防淹門(mén)控制人員、ATS、ZC、列車(chē)、區(qū)段、信號(hào)機(jī)、防淹門(mén)等系統(tǒng)之間的信息交互順序，采用了UML順序圖方法進(jìn)行描述。

圖3中描述了防淹門(mén)控制活動(dòng)中的一個(gè)典型運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景。行車(chē)調(diào)度人員成功排列了一條經(jīng)過(guò)防淹門(mén)區(qū)域的進(jìn)路后，防淹門(mén)系統(tǒng)發(fā)出水位報(bào)警信息；防淹門(mén)控制人員請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)后，聯(lián)鎖系統(tǒng)及時(shí)關(guān)閉防淹門(mén)防護(hù)進(jìn)路信號(hào)，阻止列車(chē)進(jìn)入防淹門(mén)區(qū)域。順序圖中采用了ALT結(jié)構(gòu)，描述了在列車(chē)未接近進(jìn)路、列車(chē)接近進(jìn)路但未駛?cè)脒M(jìn)路、列車(chē)駛?cè)脒M(jìn)路的3種不同場(chǎng)景下，聯(lián)鎖系統(tǒng)如何進(jìn)行處理，并給出防淹門(mén)系統(tǒng)‘允許關(guān)門(mén)’信息的順序過(guò)程。

圖3 防淹門(mén)場(chǎng)景順序

采用UML狀態(tài)圖方法描述目標(biāo)模型的所有可能的狀態(tài)，以及受到不同的事件激勵(lì)后，系統(tǒng)的狀態(tài)如何轉(zhuǎn)移。狀態(tài)圖中，矩形框規(guī)定每個(gè)狀態(tài)及其入口、出口、內(nèi)部動(dòng)作，箭頭線表示狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，箭頭線上的文字標(biāo)示了觸發(fā)事件、監(jiān)護(hù)條件等。圖4中，6個(gè)矩形框分別表示了防淹門(mén)模塊的6個(gè)有效狀態(tài)，框中顯示了該狀態(tài)的名稱和出口、入口和內(nèi)部動(dòng)作。

5 信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì)

5.1 功能接口

為了實(shí)現(xiàn)防淹門(mén)的安全防護(hù)和控制功能，廣州7號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)交換的信息包括：

(1)防淹門(mén)的打開(kāi)并鎖閉狀態(tài)；

(2)防淹門(mén)操作員請(qǐng)求關(guān)閉防淹門(mén)；

(3)信號(hào)系統(tǒng)允許防淹門(mén)的關(guān)閉操作。

廣州7號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)的接口信息如圖5所示。

圖4 防淹門(mén)模塊的狀態(tài)圖分析

圖5 信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)接口信息

5.2 繼電器設(shè)置及安全側(cè)定義

為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)之間的有效隔離，避免相互干擾，信息交互采用繼電接口方式。針對(duì)每套防淹門(mén)設(shè)備的3個(gè)安全信息，信號(hào)系統(tǒng)分別設(shè)置3個(gè)安全繼電器進(jìn)行表示：防淹門(mén)打開(kāi)且鎖閉繼電器FYMKJ，防淹門(mén)關(guān)門(mén)請(qǐng)求繼電器FYMGQ，防淹門(mén)關(guān)門(mén)允許繼電器FYMGY。

防淹門(mén)關(guān)門(mén)允許繼電器由信號(hào)系統(tǒng)控制，選用JPXC-1000型偏極繼電器。防淹門(mén)關(guān)門(mén)請(qǐng)求繼電器與防淹門(mén)打開(kāi)且鎖閉繼電器選用JWXC-1700 型無(wú)極繼電器，復(fù)示來(lái)自防淹門(mén)系統(tǒng)的狀態(tài)系統(tǒng)。其各自含義及安全側(cè)定義如下。

(1)當(dāng)防淹門(mén)狀態(tài)繼電器FYMKJ勵(lì)磁吸起時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)視為‘防淹門(mén)打開(kāi)且鎖閉’，當(dāng)FYMKJ落下時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)視為‘防淹門(mén)關(guān)閉’或者‘防淹門(mén)未鎖閉’。該繼電器由防淹門(mén)系統(tǒng)送給信號(hào)系統(tǒng)，應(yīng)為一個(gè)持續(xù)不間斷的信息。

(2)關(guān)門(mén)請(qǐng)求繼電器FYMGQ勵(lì)磁吸起時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)視為防淹門(mén)系統(tǒng)未請(qǐng)求信號(hào)系統(tǒng)關(guān)閉防淹門(mén)，當(dāng)FYMGQ落下時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)視為防淹門(mén)系統(tǒng)請(qǐng)求信號(hào)系統(tǒng)關(guān)閉防淹門(mén)。該繼電器由防淹門(mén)系統(tǒng)送給信號(hào)系統(tǒng)，應(yīng)為一個(gè)持續(xù)不間斷的信息。

(3)聯(lián)鎖系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)關(guān)門(mén)允許繼電器FYMGY，當(dāng)FYMGY勵(lì)磁吸起時(shí)，表示聯(lián)鎖系統(tǒng)輸出的允許防淹門(mén)關(guān)門(mén)信號(hào)有效。當(dāng)FYMGY落下時(shí)，表示聯(lián)鎖系統(tǒng)未輸出允許防淹門(mén)關(guān)門(mén)信號(hào)。該繼電器由聯(lián)鎖系統(tǒng)送給防淹門(mén)系統(tǒng)，應(yīng)為一個(gè)持續(xù)不間斷的信息。

5.3 聯(lián)鎖系統(tǒng)的采集驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)和防淹門(mén)直接接口，采集防淹門(mén)的‘門(mén)開(kāi)且鎖閉’狀態(tài)繼電器信息、‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’繼電器信息，驅(qū)動(dòng)并回采‘關(guān)門(mén)允許’繼電器。聯(lián)鎖子系統(tǒng)對(duì)防淹門(mén)關(guān)門(mén)允許繼電器的物理驅(qū)動(dòng)采用雙斷方式。驅(qū)動(dòng)繼電器對(duì)應(yīng)執(zhí)行層的雙系采用分線圈方式使用。

聯(lián)鎖子系統(tǒng)采集的防淹門(mén)相關(guān)繼電器通過(guò)采集繼電器接點(diǎn)的方式直接證明繼電器狀態(tài)。聯(lián)鎖的每一系同時(shí)采集‘關(guān)門(mén)請(qǐng)求’和‘門(mén)開(kāi)且鎖閉’兩個(gè)狀態(tài)繼電器的前后接點(diǎn)，并予以校核。聯(lián)鎖對(duì)其本身驅(qū)動(dòng)的‘關(guān)門(mén)允許’繼電器，進(jìn)行回采及安全校核。

防淹門(mén)的相關(guān)繼電器的采集和驅(qū)動(dòng)電路如圖6和圖7所示。

圖6 與防淹門(mén)接口的聯(lián)鎖采集電路

圖7 信號(hào)系統(tǒng)的防淹門(mén)關(guān)門(mén)允許驅(qū)動(dòng)電路

5.4 接口電路的設(shè)計(jì)

防淹門(mén)系統(tǒng)與信號(hào)系統(tǒng)的接口界面位于防淹門(mén)控制柜的接線端子排。為實(shí)現(xiàn)接口信息傳遞的安全性及可靠性，接口電路采用以下安全設(shè)計(jì)方法：①采用雙斷電路設(shè)計(jì)；②使用遠(yuǎn)端供電方法。信號(hào)系統(tǒng)采集防淹門(mén)系統(tǒng)信息，并由信號(hào)系統(tǒng)提供采集電源。防淹門(mén)系統(tǒng)采集信號(hào)系統(tǒng)信息，并由防淹門(mén)系統(tǒng)提供采集電源。電路符合“故障-安全”設(shè)計(jì)原則，接口采用安全繼電器。防淹門(mén)接口電路如圖8所示。

圖8 信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)間的接口電路

信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)之間相互提供干接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)接口信息傳遞。當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)允許關(guān)門(mén)時(shí)會(huì)驅(qū)動(dòng)關(guān)門(mén)允許繼電器吸起，防淹門(mén)系統(tǒng)的允許關(guān)門(mén)繼電器勵(lì)磁回路串接信號(hào)系統(tǒng)的繼電器接點(diǎn)，且勵(lì)磁電源由防淹門(mén)系統(tǒng)提供。信號(hào)系統(tǒng)的防淹門(mén)關(guān)門(mén)請(qǐng)求繼電器(FYMGQ)與防淹門(mén)狀態(tài)繼電器(FYMKJ)勵(lì)磁回路串聯(lián)防淹門(mén)系統(tǒng)相關(guān)的兩組干節(jié)點(diǎn)，且常態(tài)為吸起狀態(tài)，其可調(diào)DC24～60 V勵(lì)磁電源由信號(hào)系統(tǒng)提供。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展，信號(hào)系統(tǒng)與防淹門(mén)系統(tǒng)的接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要盡早統(tǒng)一。該方案立足于工程實(shí)際，功能邊界清晰，交互簡(jiǎn)單，既能有效的保證列車(chē)控制的安全和效率，又能兼顧出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，高效地控制防淹門(mén)設(shè)備，在廣州地鐵7號(hào)線工程項(xiàng)目中應(yīng)用良好，具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用，并納入城市軌道交通行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值。