范 偉,柏 帆

(1.中車浦鎮(zhèn)阿爾斯通運輸系統(tǒng)有限公司,安徽 蕪湖 241000;2.南京康尼電子科技有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

近年來,隨著城市軌道交通行業(yè)的飛速發(fā)展以及人們對城市軌道交通運營安全性和舒適性等要求的日益提高,特別是無人駕駛技術(shù)需求的進一步明確,站臺門系統(tǒng)作為一個重要的軌道交通設(shè)備越來越受到人們的重視。地鐵站臺門系統(tǒng)是典型的機電一體化產(chǎn)品,安裝于地鐵、輕軌等車站站臺邊緣,將車站站臺與軌道區(qū)分開,并與列車門相對應(yīng),防止乘客跌落軌道區(qū),屬于安全設(shè)備。

傳統(tǒng)的站臺門控制系統(tǒng)主要分為3個優(yōu)先級功能模塊,分別為信號系統(tǒng)(SIG)接口功能模塊,就地控制盤模塊(PSL)以及緊急控制盤(IBP)模塊。站臺門系統(tǒng)會按照上下行獨立設(shè)置的原則,將以上功能接口電路集成在單元控制器PEDC中,單元控制器PEDC內(nèi)一般有繼電器組、硬件回路、保護元器件、接口設(shè)備等組成。但是其內(nèi)部的繼電器電路一般采用單路,或者雙繼電器并聯(lián)的方式來實現(xiàn)冗余,這樣的方案在一定程度上可以保證系統(tǒng)的可靠性(可用性),但是無法規(guī)避某些故障,比如短路等帶來的危害,安全性不高。

根據(jù)上述情況,在傳統(tǒng)電路設(shè)計的基礎(chǔ)上,優(yōu)化設(shè)計了一套基于雙機冗余并支持自動切換功能的站臺門與信號接口電路,在檢測到信號接口模塊異常的情況下可快速主動切換到備用模塊,進一步提高了整個控制系統(tǒng)的安全性,也為今后無人駕駛技術(shù)的大面積推廣提供了一種站臺門系統(tǒng)接口電路的設(shè)計思路。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

新方案控制系統(tǒng)的優(yōu)先級與傳統(tǒng)型保持一致,即系統(tǒng)級控制、站臺級控制、緊急級控制、本地電動操作、手動解鎖操作共6種控制方式,其中以手動解鎖操作優(yōu)先級最高,系統(tǒng)級最低,如圖1所示。

圖1 控制優(yōu)先級示意圖

該系統(tǒng)中,對于PSD的控制核心邏輯控制模塊PEDC,采用分離式模塊的設(shè)計,按照信號系統(tǒng)接口功能、就地控制盤接口功能、緊急控制盤接口功能分為3個獨立的控制模塊,這種設(shè)計可以防止單個功能模塊的故障造成一整側(cè)系統(tǒng)控制失效。并且依然按上、下行分開設(shè)計,上、下行采用完全獨立的設(shè)計,任何一側(cè)控制故障不影響另一側(cè)的正常運營。但基于對關(guān)鍵性的信號系統(tǒng)接口模塊,相比于傳統(tǒng)控制系統(tǒng),增加了自動切換模塊(RY模塊),并對原先的SIG模塊進行了內(nèi)部電路的進一步優(yōu)化,具體優(yōu)化系統(tǒng)邏輯方案框圖如圖2所示。

圖2 PEDC構(gòu)架示意圖

每側(cè)PEDC有獨立的雙機熱備冗余的SIG控制器、PSL控制器和IBP控制器,當單側(cè)3個模塊中任意1個模塊故障,其余2個模塊均能正常工作。同時,監(jiān)視系統(tǒng)對PEDC內(nèi)部每個繼電器進行監(jiān)控,每個控制回路都有電路保護器件,繼電器其中一對觸點故障不會導(dǎo)致控制命令的發(fā)出,控制回路可靠。

2 雙機冗余控制模塊設(shè)計

雙機熱備冗余自動切換SIG模塊組件包含1個自動切換模塊(RY)和2個相同的SIG控制器。2個SIG控制器組成雙冗余架構(gòu),正常情況下,自動切換模塊會選擇由SIG控制器1工作,正常接收SIG系統(tǒng)的開、關(guān)門命令,此時SIG控制器2同時工作,但不輸出控制信號,并且通過監(jiān)控觸點實時監(jiān)控各個繼電器狀態(tài),并將狀態(tài)信息實時傳送至監(jiān)視系統(tǒng)MMS。當SIG1控制器故障時,可以自動切換至SIG2控制器,SIG2控制器正常接收SIG的開、關(guān)門命令,并輸出控制指令給門機控制器DCU。

2.1 自動切換模塊(RY)設(shè)計

自動切換模塊(RY)采用安全導(dǎo)向繼電器搭建的硬件邏輯控制模塊,其作用是對SIG系統(tǒng)的開門、關(guān)門信號進行電壓檢測,并將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制模塊進行切換邏輯判斷,同時執(zhí)行控制模塊發(fā)送過來的切換指令,驅(qū)動硬件繼電器邏輯模塊實現(xiàn)SIG1和SIG2模塊切換。其控制原理框圖如圖3所示。

圖3 自動切換裝置模塊RY原理圖

自動切換模塊(RY)主要分為電源接口、穩(wěn)壓電路、電壓比較電路、繼電器邏輯判斷以及觸點監(jiān)控電路模塊。

2.1.1電源接口

主要用于模塊控制器的電源接入、電源保護、電源支路分配等,采用專用接插件進行接口設(shè)計,滿足電路設(shè)計和接口設(shè)計的可靠性。在電源模塊設(shè)計中考慮了電路短路保護,過壓、欠壓報警,并增加濾波電路,保證輸入電壓的質(zhì)量,從而進一步提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2.1.2穩(wěn)壓電路

主要將SIG的供電電源的電壓穩(wěn)定在DC24 V,用于提供內(nèi)部基準電壓。

2.1.3電壓比較電路

將從SIG系統(tǒng)采集過來的開關(guān)門信號電壓進行判定,并將信號電壓檢測的判定結(jié)果DCC0、DCC1發(fā)送給控制模塊,其判定真值如表1所示。

表1 開/關(guān)門信號電壓檢測及判定真值表

2.1.4繼電器邏輯判斷模塊

采用2個安全導(dǎo)向繼電器(A1、A2)搭建的繼電器邏輯判斷模塊電路。當監(jiān)視模塊判斷需要切換時,由控制模塊輸出信號(QH1、QH2)分別驅(qū)動繼電器A1、A2,通過邏輯電路切換SIG控制器1和SIG控制器2的控制電源,達到切換雙機熱備冗余SIG接口模塊的目的,其邏輯輸出電路示意如圖4所示。

圖4 邏輯輸出電路示意圖

同時,當SIG控制器2投入使用后,系統(tǒng)將不會自動切回到SIG控制器1。在RY自動切換模塊上設(shè)置一個復(fù)位確認按鈕,當切換模塊激活,將SIG控制器1切換至SIG控制器2后,此時需要人工檢修確認SIG控制器1的狀態(tài),判斷是否需要進行維修更換,當維修更換完畢,需要人工按下復(fù)位確認按鈕后,系統(tǒng)才能切換回SIG控制器1繼續(xù)工作。

2.1.5觸點監(jiān)控模塊

繼電器A1、A2的觸點信息通過RY自動切換模塊上傳至監(jiān)視模塊,用于監(jiān)視RY內(nèi)部的繼電器是否工作正常。如異常,報警給上位機。

2.2 雙機熱備冗余,SIG模塊控制回路設(shè)計

整個控制系統(tǒng)組件包含1個自動切換模塊(RY),2個相同的SIG控制器(SIG1、SIG2)。2個SIG控制器同時接收SIG系統(tǒng)發(fā)送過來的開、關(guān)門指令,驅(qū)動各自模塊內(nèi)部的冗余接口繼電器進行動作(見圖5)。同時,監(jiān)視模塊實時監(jiān)控2個SIG控制器的接口繼電器動作情況以及此時信號系統(tǒng)開關(guān)門指令的有效性。當判斷SIG1控制器出現(xiàn)故障時,控制模塊將輸出切換指令給RY自動切換模塊,驅(qū)動內(nèi)部切換安全繼電器動作,從而切斷SIG1的控制電路供電回路,接通SIG2的控制電路供電回路,并進行聲光和上位機界面報警,提醒相關(guān)人員進行維修更換。

圖5 整體系統(tǒng)控制原理圖

同時,切換到SIG2后,自動切換模塊RY不會再自動切換回SIG1,需要人工確認后(確認保證SIG1控制器故障解除后),按下RY上的復(fù)位按鈕,控制模塊重新判斷后切換至SIG1工作。主要程序判定流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)程序判定流程圖

3 結(jié)論與展望

該方案是在目前傳統(tǒng)站臺門與信號系統(tǒng)接口電路的基礎(chǔ)上提出的一種優(yōu)化思路,在軌道交通行業(yè)內(nèi)具有明顯的創(chuàng)新性和先進性,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)對于涉及到安全的信號接口電路,進行了全面的冗余設(shè)備設(shè)計,將原先的整體電路優(yōu)化為模塊電路設(shè)計,各模塊之間的功能相對獨立,提高了系統(tǒng)的可用性和可靠性。

(2)相比于原系統(tǒng)的純繼電器邏輯電路設(shè)計,新方案采用軟件接入判定信號接口電路的健康診斷,方便了今后的故障診斷,并可預(yù)留遠程診斷PHM接口,提高了系統(tǒng)的維護性。

(3)在新的信號接口電路中增加了冗余判斷,保證單模塊在出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)能夠正常運行,防止系統(tǒng)出現(xiàn)無法預(yù)知的故障導(dǎo)致站臺門意外打開,從而造成安全事故,進一步提高了系統(tǒng)的安全性。

該方案為今后全面實現(xiàn)無人駕駛制式的軌道交通站臺門控制模式提供了一種切實可行的思路,同時也進一步提高了站臺門控制系統(tǒng)的安全性。該方案的設(shè)計思路已經(jīng)定型,后續(xù)可迅速產(chǎn)業(yè)化,屆時將進一步提升我國城市軌道交通智能化水平,具備廣闊的市場前景。□