羅斌龍 趙曉峰 孫思南 邱鵬

摘 要：全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)自動(dòng)洗車功能的實(shí)現(xiàn)，依托于信號系統(tǒng)與洗車機(jī)之間的接口配合。在全面分析洗車機(jī)類型的基礎(chǔ)上，針對移動(dòng)式洗車方式進(jìn)行詳細(xì)接口設(shè)計(jì)與分析，描述自動(dòng)端洗和自動(dòng)非端洗模式下的清洗場景，同時(shí)考慮手動(dòng)洗車模式和降級洗車模式，從而提出一套完整可行的接口技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;全自動(dòng)運(yùn)行;信號系統(tǒng);自動(dòng)洗車;接口分析

中圖分類號：U284.48

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)是基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過程自動(dòng)化的新一代城市軌道交通控制系統(tǒng)，包括信號、車輛、綜合監(jiān)控、通信、站臺(tái)門、洗車機(jī)等系統(tǒng)。

隨著全自動(dòng)運(yùn)行信號系統(tǒng)的不斷部署和實(shí)施，作為必備功能的自動(dòng)洗車，值得進(jìn)行深入分析和研究，特別是整個(gè)自動(dòng)化列車清洗過程所依賴的信號系統(tǒng)和洗車機(jī)之間的配合接口。

1 自動(dòng)洗車需求

城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的列車清洗作業(yè)，按照洗車方式可分為2類：固定式洗車和移動(dòng)式洗車。固定式洗車是指在清洗過程中，列車停在固定位置，洗車機(jī)自動(dòng)完成兩端和側(cè)面的清洗;整個(gè)洗車線只有1個(gè)停車位，洗車機(jī)需要配置整列車長度的側(cè)面清洗設(shè)備。移動(dòng)式洗車是指在清洗過程中，列車需要先后停在2個(gè)不同的停車位，側(cè)面清洗需要通過列車緩慢移動(dòng)來完成。相比固定式洗車，移動(dòng)式洗車的洗車線長，多1列車加端洗設(shè)備長度的距離，但是側(cè)面清洗設(shè)備少，排水設(shè)施的布置也更加簡潔。

在人工車輛段中，洗車線通常采取移動(dòng)式洗車。在全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中，移動(dòng)式洗車依然是主流方式，固定式洗車通常只在場地受限的車輛段有所應(yīng)用。

在全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中，分為正常情況下洗車和非正常情況下洗車2種。

（1）正常情況下，系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)洗車計(jì)劃進(jìn)行洗車作業(yè)提示，人工確認(rèn)后應(yīng)自動(dòng)觸發(fā)至洗車線的進(jìn)路。信號系統(tǒng)與洗車機(jī)、車輛進(jìn)行信息交互，控制車輛恒速運(yùn)行完成自動(dòng)洗車。洗車完畢后，系統(tǒng)根據(jù)洗車計(jì)劃自動(dòng)觸發(fā)回到指定列檢庫的回庫進(jìn)路。

（2）非正常情況下，主要是指列車在洗車過程中發(fā)生故障，如車地通信故障、洗車機(jī)故障等，則應(yīng)退出自動(dòng)洗車工況，轉(zhuǎn)而使用人工模式駕駛列車完成洗車作業(yè)。由于目前洗車機(jī)工藝設(shè)備可靠性有限，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中進(jìn)行自動(dòng)洗車時(shí)，往往要求洗車線控制臺(tái)和待洗列車上都有人值守監(jiān)護(hù)。

下面針對全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)中常用的移動(dòng)式洗車，結(jié)合蕪湖市軌道交通1號、2號線一期全自動(dòng)運(yùn)行項(xiàng)目，進(jìn)行自動(dòng)洗車的運(yùn)營場景和詳細(xì)接口分析。

2 洗車運(yùn)營場景分析

按照洗車機(jī)的控制方式進(jìn)行劃分，洗車運(yùn)營場景包括自動(dòng)洗車模式、手動(dòng)模式和發(fā)生故障時(shí)的降級模式。

2.1 自動(dòng)洗車模式

在洗車機(jī)自動(dòng)控制洗車模式下，包括自動(dòng)端洗和自動(dòng)非端洗2種模式：端洗是清洗列車兩側(cè)和頭尾兩端，洗車作業(yè)過程需要停車2次;非端洗只清洗列車兩側(cè)，洗車作業(yè)過程只需要停車1次。采用移動(dòng)式洗車的步驟場景需要結(jié)合具體的站場圖設(shè)備布置，如圖1所示，下面分別介紹這2種自動(dòng)洗車模式的洗車場景。

2.1.1 自動(dòng)端洗模式

列車在洗車庫前停車點(diǎn)停穩(wěn)后，信號系統(tǒng)接收到“洗車機(jī)狀態(tài)正?！保ⅰ跋窜囌埱蟆卑l(fā)送給洗車機(jī)，洗車機(jī)的洗車模式是端洗模式且處于洗車自動(dòng)控制模式。洗車機(jī)響應(yīng)信號系統(tǒng)發(fā)出的“洗車請求”，回復(fù)“洗車機(jī)就緒”給信號系統(tǒng)，并將“洗車機(jī)就緒”保持在高電平，直到每一列車的清洗過程完成為止。信號系統(tǒng)收到“洗車機(jī)就緒”后，列車進(jìn)入洗車機(jī)，“洗車請求”變?yōu)榈碗娖?。列車自?dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）將根據(jù)時(shí)刻表觸發(fā)進(jìn)路。

在信號系統(tǒng)接收到“洗車機(jī)就緒”后，信號系統(tǒng)將根據(jù)從洗車機(jī)處獲取的預(yù)先配置的速度值作為臨時(shí)限速，可配置的值應(yīng)符合洗車機(jī)的規(guī)范要求。在洗車機(jī)區(qū)域的列車運(yùn)行速度值，即列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）限速，要求為4～5km/h，因此信號系統(tǒng)將運(yùn)用7～8km/h的臨時(shí)限速，即列車自動(dòng)防護(hù)（ATP）限速。

當(dāng)列車開始進(jìn)入洗車機(jī)區(qū)域且被洗車機(jī)檢測到，洗車機(jī)開始工作，同時(shí)發(fā)送“洗車進(jìn)行中”狀態(tài)給信號系統(tǒng)。

列車進(jìn)入洗車機(jī)后，在全自動(dòng)運(yùn)行模式（FAM）下信號系統(tǒng)控制列車在每一個(gè)設(shè)定的停車點(diǎn)停車。洗車機(jī)系統(tǒng)需要確定列車停準(zhǔn)在正確的位置上。因此，僅當(dāng)洗車機(jī)檢測到列車停準(zhǔn)在正確的位置上時(shí)，洗車機(jī)發(fā)送“零速請求”給信號系統(tǒng)，信號系統(tǒng)需要響應(yīng)洗車機(jī)的請求在洗車機(jī)區(qū)域施加零速限制，同時(shí)發(fā)送“零速施加”狀態(tài)信息給洗車機(jī)。

當(dāng)收到保證列車不會(huì)移動(dòng)的“零速施加”狀態(tài)信息后，洗車機(jī)啟動(dòng)洗車程序。洗車機(jī)清洗列車的頭部，當(dāng)清洗完成且洗車機(jī)刷頭移開后，洗車機(jī)移除發(fā)送給信號的“零速請求”。

當(dāng)信號系統(tǒng)收到“零速請求”移除后，信號系統(tǒng)移除“零速施加”，移除洗車機(jī)區(qū)域的零速限制，同時(shí)恢復(fù)洗車機(jī)區(qū)域的臨時(shí)限速。

在洗車機(jī)完成列車頭部的清洗后，信號系統(tǒng)控制列車移動(dòng)至第二停車點(diǎn)停車，并且停準(zhǔn)在規(guī)定的位置（尾端清洗位置），僅當(dāng)洗車機(jī)檢測到列車停準(zhǔn)在正確的位置上時(shí)，洗車機(jī)發(fā)送“零速請求”給信號系統(tǒng)，信號系統(tǒng)需要響應(yīng)洗車機(jī)的請求在洗車機(jī)區(qū)域施加零速限制，同時(shí)發(fā)送“零速施加”狀態(tài)信息給洗車機(jī)。

當(dāng)洗車機(jī)收到“零速施加”狀態(tài)信息，洗車機(jī)清洗列車的尾端。當(dāng)清洗完成后，洗車機(jī)的刷頭移開，洗車機(jī)移除發(fā)送給信號的“零速請求”命令，當(dāng)信號系統(tǒng)收到“零速請求”移除后，信號系統(tǒng)設(shè)置返回洗車機(jī)入口方向的進(jìn)路。

在列車清洗完成后，洗車機(jī)移除發(fā)送給信號系統(tǒng)的“洗車進(jìn)行中”，信號系統(tǒng)移除臨時(shí)限速。

2.1.2 自動(dòng)非端洗模式

由于自動(dòng)非端洗模式的洗車作業(yè)的大部分過程與自動(dòng)端洗模式類似，主要區(qū)別在于清洗范圍和停車次數(shù)不同，所以僅結(jié)合作業(yè)順序進(jìn)行說明。

列車停穩(wěn)在洗車庫前停車點(diǎn)后，信號系統(tǒng)和洗車機(jī)的接口交互過程與自動(dòng)端洗模式相同，洗車時(shí)列車限速和實(shí)際運(yùn)行速度也與自動(dòng)端洗模式相同。

當(dāng)列車進(jìn)入洗車機(jī)后，與自動(dòng)端洗模式不同，自動(dòng)非端洗模式下不清洗車頭和車尾，所以信號系統(tǒng)直接控制列車以低速運(yùn)行到第二停車點(diǎn)停車。信號系統(tǒng)將設(shè)置返回洗車機(jī)入口方向的進(jìn)路。

在列車清洗完成后，洗車機(jī)移除發(fā)送給信號系統(tǒng)的“洗車進(jìn)行中”，信號系統(tǒng)移除臨時(shí)限速。

2.2 手動(dòng)洗車模式

在手動(dòng)洗車模式下，洗車機(jī)由洗車人員手動(dòng)控制，不需要任何信號系統(tǒng)提供的信息。信號系統(tǒng)不會(huì)收到任何洗車機(jī)的信息。FAM模式列車不能進(jìn)入洗車線。

手動(dòng)洗車模式的提出取決于洗車機(jī)，具體過程如下：

（1）洗車機(jī)發(fā)送“洗車方式”為手動(dòng)方式;

（2）洗車機(jī)操作員手動(dòng)操作洗車機(jī);

（3）場調(diào)手動(dòng)排列至終端信號機(jī)的調(diào)車進(jìn)路;

（4）司機(jī)切換列車至列車自動(dòng)防護(hù)模式（CM）/非限制人工駕駛模式（EUM），按信號顯示移動(dòng)，按場調(diào)命令依靠停車牌在第一或第二停車點(diǎn)停車。

（5）進(jìn)路解鎖，場調(diào)手動(dòng)排列出洗車線的調(diào)車進(jìn)路。

（6）洗車機(jī)操作員手動(dòng)關(guān)閉洗車機(jī)。

2.3 降級洗車模式

每個(gè)相關(guān)信號子系統(tǒng)為每個(gè)洗車步驟設(shè)置一個(gè)可配置的超時(shí)時(shí)間。如果在一定時(shí)間內(nèi)下一步驟沒有被執(zhí)行，則系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生1個(gè)報(bào)警信息。

在洗車機(jī)故障時(shí)，洗車機(jī)故障和零速請求將發(fā)送至信號系統(tǒng)。在這2種情況下，報(bào)警信息將發(fā)送至ATS操作員。為簡化降級場景，信號系統(tǒng)會(huì)提供給場調(diào)1個(gè)單獨(dú)的復(fù)位命令。該命令將信號和洗車機(jī)都重置到初始狀態(tài)，ATS操作員手動(dòng)設(shè)置1條進(jìn)路將列車從洗車機(jī)中拉出。

需要注意該復(fù)位命令在洗車進(jìn)程故障時(shí)使用，但是如果設(shè)備發(fā)生故障，故障可能仍然存在，場調(diào)應(yīng)通知工程師來處理該故障。

3 自動(dòng)洗車接口設(shè)計(jì)

3.1 全自動(dòng)運(yùn)行信號系統(tǒng)與洗車機(jī)接口結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

全自動(dòng)運(yùn)行信號系統(tǒng)與自動(dòng)洗車功能相關(guān)的部分主要是軌旁設(shè)備，包括區(qū)域列車自動(dòng)運(yùn)行（Region Automatic Train Operation，RATO）設(shè)備、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（Computer Based Interlocking， CBI）設(shè)備、目標(biāo)控制器（Object Controller System，OCS），及接口繼電器/可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。

RATO主要處理軌旁非安全控制功能，同時(shí)負(fù)責(zé)與ATS、RATP的通信。CBI是處理進(jìn)路控制功能的安全關(guān)鍵設(shè)備，軌旁外圍設(shè)備信息均通過OCS與其接口。OCS是全電子化聯(lián)鎖的安全關(guān)鍵輸入/輸出設(shè)備，負(fù)責(zé)與軌旁外圍設(shè)備直接接口。繼電器/PLC用于處理軌旁外圍設(shè)備的非安全信息，一方面繼電器和外圍設(shè)備直接連接，另一方面繼電器和PLC連接，再由PLC與RATO進(jìn)行信息交互。

信號系統(tǒng)與洗車機(jī)系統(tǒng)的信息交互如圖2所示，信號系統(tǒng)與洗車機(jī)（Train Wash Plant， TWP）的接口信息分為安全信息和非安全信息。

安全信息采用硬線直連方式，實(shí)現(xiàn)洗車機(jī)和OCS的接口，主要傳輸列車零速相關(guān)信息。非安全信息采用繼電器和PLC共用方式，實(shí)現(xiàn)洗車機(jī)和RATO的接口，主要傳輸洗車模式、請求、各類中間狀態(tài)信息等。

3.2 自動(dòng)洗車接口信息分析

下面結(jié)合自動(dòng)洗車運(yùn)營場景，對信號系統(tǒng)與洗車機(jī)接口的安全和非安全信息進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.2.1 安全信息分析

安全信息主要包括“零速請求”和“零速施加”。

（1）“零速請求”是當(dāng)洗車機(jī)不允許列車在洗車區(qū)內(nèi)移動(dòng)，或者不允許列車進(jìn)出洗車區(qū)時(shí)，洗車機(jī)激活該信號。信號系統(tǒng)將響應(yīng)該請求，施加零速限制。正常洗車情況下，當(dāng)列車停在正確的洗車位置時(shí)，該信號將被激活且將開始洗車。

（2）“零速施加”是信號系統(tǒng)在收到洗車機(jī)的零速限速請求后將無條件施加零速限制，零速已限制狀態(tài)信號將通過該信號回送給洗車機(jī)。此時(shí)相關(guān)信號機(jī)顯示紅燈。

3.2.2 非安全信息分析

非安全信息的輸入包括端洗模式、非端洗模式、洗車方式自動(dòng)/手動(dòng)、洗車機(jī)就緒、洗車進(jìn)行中、洗車機(jī)狀態(tài)正常、故障復(fù)位確認(rèn);非安全信息的輸出包括洗車請求、故障復(fù)位請求。

（1）端洗模式是全車（含車頭、車尾和車身）清洗的洗車模式，信號系統(tǒng)將根據(jù)接收到的這個(gè)信號來執(zhí)行洗車流程。

（2）非端洗模式是僅清洗車身（不含車頭及車尾）的洗車模式，信號系統(tǒng)將根據(jù)接收到的這個(gè)信號來執(zhí)行洗車流程。

（3）洗車方式自動(dòng)/手動(dòng)是指示當(dāng)前洗車機(jī)的控制方式：自動(dòng)方式是指洗車自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工干涉，高電平有效;手動(dòng)方式是默認(rèn)狀態(tài)，低電平有效，由現(xiàn)場的洗車員控制洗車，司機(jī)手動(dòng)駕駛列車，該模式下信號系統(tǒng)僅排列入庫進(jìn)路，F(xiàn)AM模式列車無法進(jìn)入洗車庫。

（4）洗車機(jī)就緒是指當(dāng)信號系統(tǒng)有計(jì)劃進(jìn)行列車洗車時(shí)，發(fā)送“洗車請求”給洗車機(jī)，洗車機(jī)在收到信號系統(tǒng)的“洗車請求”且滿足洗車條件時(shí)，激活該信號。當(dāng)洗車機(jī)對于計(jì)劃洗車作業(yè)未準(zhǔn)備就緒時(shí)，如果未收到洗車機(jī)準(zhǔn)備就緒命令，信號系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)為列車排列至洗車機(jī)的進(jìn)路。

（5）洗車進(jìn)行中是為ATS系統(tǒng)指示洗車正在進(jìn)行的狀態(tài)信息。

（6）洗車機(jī)狀態(tài)正常是洗車狀態(tài)的概括信息，用于為ATS系統(tǒng)指示洗車機(jī)狀態(tài)。當(dāng)洗車過程發(fā)生需要人工干涉的故障時(shí)，如暫停、超時(shí)等，洗車機(jī)使該信號失活。該失活信號允許操作員確認(rèn)且當(dāng)有需要時(shí)使用復(fù)位命令。

（7）故障復(fù)位確認(rèn)是洗車機(jī)在收到信號系統(tǒng)“故障復(fù)位請求”后的確認(rèn)信號，此命令為人工命令。洗車機(jī)在清除所有內(nèi)部狀態(tài)后重置到初始狀態(tài)。如果洗車機(jī)無法重置，洗車機(jī)工作人員確保安全后也能發(fā)出此命令，此時(shí)安全由人工保證。允許ATS操作員排列進(jìn)路使列車駛離洗車區(qū)。

（8）洗車請求是指當(dāng)有列車根據(jù)時(shí)刻表洗車時(shí)，信號系統(tǒng)會(huì)發(fā)送“洗車請求”信號給洗車機(jī)，使洗車機(jī)初始化。

（9）故障復(fù)位請求是操作員在故障狀態(tài)下發(fā)出復(fù)位命令使洗車狀態(tài)回到初始狀態(tài)，一旦信號系統(tǒng)收到洗車機(jī)的回復(fù)確認(rèn)信號，信號系統(tǒng)將重置自己的狀態(tài)。

4 結(jié)語

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)洗車功能，依賴于信號系統(tǒng)與洗車機(jī)之間的控制接口，通過該接口安全信息和非安全信息的交互，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)端洗和非端洗模式，同時(shí)支持手動(dòng)洗車方式以及故障情況下的降級洗車模式。

在接口分析中發(fā)現(xiàn)，最為關(guān)鍵的控制點(diǎn)是需要洗車機(jī)在準(zhǔn)確而可靠地判定列車完全進(jìn)入洗車位置后向信號系統(tǒng)請求零速，信號系統(tǒng)以此請求為基礎(chǔ)才能自動(dòng)施加零速，確保洗車作業(yè)的正常進(jìn)行，以避免洗車時(shí)列車誤動(dòng)損壞洗車設(shè)備或刮傷列車外墻。這對洗車機(jī)的安全性和可靠性提出更高的要求，對洗車機(jī)工藝設(shè)備控制邏輯的改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。

此外，寒冷地區(qū)的洗車庫往往帶有庫門，自動(dòng)洗車過程中還需要控制庫門的打開和關(guān)閉，這就需要在洗車機(jī)接口中增加安全信息，即庫門的控制命令和狀態(tài)反饋。

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收稿日期 2019-11-28

責(zé)任編輯 胡姬

Analysis and research on interface between FAO

signaling system and train washing machine

Luo Binlong， Zhao Xiaofeng， Sun Sinan， et al.

Abstract： The realization of automatic train washing function of fully automatic operation system depends on the interface performance between signaling system and train washing machine. Based on the comprehensive analysis of the types of train washing machines， this paper designs and analyzes the interface of mobile mode train washing in detail， describes the cleaning scenarios under the automatic end washing and automatic non-end washing modes， and considers the manual train washing mode and degraded train washing mode， so as to put forward a complete and feasible interface technical scheme.

Keywords： urban rail transit， FAO， signaling system， automatic train washing， interface analysis