关于轨道交通系统站台门设备安全回路双回路设计方案的研究

梁伟明

摘 要：站台安全门是城市轨道交通系统特有设备，对于交通系统人身安全、行车安全起着重要的作用。站台安全门设备安全回路的稳定是地铁、轻轨列车安全运营平稳的必要条件。因此提升其安全回路的稳定性，增强其抗活塞风列车运行震动干扰的能力对于轨交系统安全平稳运行有着重要的意义。本文通过对现有传统安全回路的升级改造实现了增强安全门安全回路的目的，并且经过近两年的现场验证效果显著且稳定。

关键词：交通工程;轨道交通;站台安全门;安全回路;延时继电器

站台门设备是轨道交通系统特有设备，在轨道交通系统中承担着安全防护、节能环保等重要作用。为乘客提供安全、舒适的乘车候车环境的同时，站台门设备也为轨道交通系统站台整体美观及节能提供了良好的支撑。为了确保候车区乘客安全及轨行区行车安全，除极少数过渡期情况外，城市轨道交通站台门均设置了安全回路，并通过信号系统等设备设施实现与行车互锁关系，确保列车在轨行区运行必要条件为该轨行区区域对应的站台门全部关闭且锁紧，即安全回路通路。实际运行过程中，经常发生因门体抖动引起安全回路发生闪断，导致安全回路在站台门非解锁情况下断开，致使列车发生紧制或者无法完成发车，进而导致列车晚点或客伤的情况。因此，增强站台门设备安全回路稳定性，过滤非门体解锁导致安全回路断开的情况对于轨道交通安全运行起到了重要的作用。

1 站台门设备安全回路工作原理

为了保障轨道交通系统列车运行安全，自动驾驶模式下的列车（以下简称“列车”）与站台门设备形成“互锁”关系。站台门设备门体对应轨行区区域称为“互锁区域”。列车在互锁区域内通行的必要条件为站台门设备安全回路为通路。当站台门设备安全回路断开时，互锁区域内停止的列车无法发车，互锁区域中运行的列车及即将驶入该区域的列车均将发生紧急制动。

安全回路开启和关闭的直接原因为站台门设备中门体的开启和关闭，门体的开启对应安全回路的断开，安全回路内所有门体的关闭且锁紧对应安全回路的通路。站台门设备站台区域的门体主要有滑动门、应急门、端门、固定门组成。其中固定门为不可开启幕墙式结构，主要起隔离、支撑等作用，非可动机械部件。端门为站台候车区域与站台设备区域之间的通道门，因工作人员进出等需求，通常情况下并不接入站台门设备安全回路。因此，直接导致站台门设备安全回路断开的原因主要为站台门设备内滑动门或应急门的开启。

轨道交通系统站台门设备安全回路的一种常见的设计为通过行程开关对门扇位置进行检测，由单回路将行程开关串接形成安全回路。滑动门及应急门的门框及门扇上布置有行程开关，通过行程开关的压缩量将门体是否锁紧这一信息反馈至站台门设备安全回路，即站台门设备通过对串接行程开关的安全回路对各个滑动门及应急门进行实时监测，一旦监测到任何一扇门体出现“开启”的情况，站台门设备安全回路将立即断开，进而通过信号系统“互锁”功能实现对列车的紧制制动或停止动车。传统站台门设备安全回路结构如下图所示。

2 站台门设备常见安全回路弊端

这种串联行程开关形成安全回路的设计在原理上能够极大的保障轨道交通系统的行车安全，在站台门设备任何一扇滑动门或应急门开启后立即对该防护区域连锁保护。但实际列车运行过程中，站台门门体因受到列车活塞风压、运行震动等因素的影响常出现小范围（通常最大振幅不超过15 mm）的门体抖动和极其轻微的位移（后简称“站台门门扇微位移”）。以国内某沿海城市轨道交通系统为例，站台门设备门框的厚度一般是在70 mm，15 mm的振幅将导致最大位移量为30mm，这个距离的门体位移虽然远未达到使人员或能够影响行车的物体进入轨行区的距离，但是已超过大部分行程开关的检测范围，即这种微位移抖动不影响行车安全，但足以使站台门门扇检测行程开关动作并导致安全回路断开，进而发生列车紧急制动或无法动车。

根据规划设计及选用车型的不同，站台门设备每侧滑动门及应急门总数略有不同，常见二者数量总和为30道左右。根据设计逻辑的不同，一侧站台门设备上的行程开关通常数量在50～100个。因门体结构的不同，在这种门扇微位移的影响下，部门站台门设备非门体打开导致列车紧急制动的故障的频发，对轨道交通系统正点运行产生极大的影响，甚至因紧急制动引发乘客伤害。以国内A城市轨道交通甲号线为例，2017年3月至8月全线22个站因此类问题导致的列车紧制及无法发车达17例，造成6起行车延误、客伤或投诉等相关事件。

3 站台门设备安全回路双回路设计方案及实现方式

为吸收站台门门扇微位移，避免因震动、活塞风等因素导致的列车紧制发生，首先可以考虑增大行程开关的有效行程检测距离，或者增加行程开关的数量改用“单触发报警、并行触发断开”的控制逻辑，但是现场实际情况站台门设备位于乘客候车区域和轨行区分隔位置，已完成安装的站台门设备上增加大行程检测开关、增加行程开关数量及布线均存在一定的施工难度，受设备限界、列车运行动态包络线等实际空间的制约，行程开关的安装位置、大小、数量等均收到严格限制。

另一种思路就是将站台门门扇微位移的位移量，这一空间维度变量用时间维度进行量化，找到对应关系后控制时间维度变量过滤“微位移”。根据现场监控，人员值守观察发现，因风压、列车运行震动产生的门扇微位移通常是门扇在高频情况下发生的抖动性位移，这种位移存在距离小、时间短、频次大的特点。站台门门扇整体相对质量较大，通常在100 kg以上，在车站现有外力作用下很难在短时间内（0.3秒内）开启并达到开启足够大的距离使人员进入轨行区或可影响行车物品进入轨行区的情况。通过合理和设计方式，采用时间维度过滤掉0.3秒以内的闪断可以在保证安全的情况下有效的提升站台门设备安全回路稳定定性。同时，这种闪断信息对于站台门设备维护人员有着重要意义，可以根据闪断信息对站台门设备机械结构开展有针对性的差异性维护。因此需要对站台门设备安全回路进行重新设计，要求既能过滤掉闪断信息又能对闪断信息进行记录。站台门设备安全回路双回路（延时）设计能够很好的实现这两项需求，改造后的安全回路如图2所示。

在原有站台门设备安全回路中，在原有安全回路继电器KA1两侧A2和A3节点之间并联一个延时型安全继电器KA2，延时中断设置为0.3 s（可调）。将原有的安全回路继电器KA1上的触点完全移植到KA2的触点上，即使用KA2替代KA1完成与信号系统的信息传递，达到实现在既能在门体打开时断开安全回路又可以通过延时继电器过滤门扇微位移的功能需求，能同时在KA1上的2组触点分别接入至可编程逻辑控制器中进行状态监控，实现对门扇位移进行记录的功能。可编程逻辑控制器将KA1与KA2的状态信息同时发送给上位机，保存为事件记录。通过以上改造，将站台门设备原有安全回路变成两个回路，分别实现安全保护、过滤门扇“微位移”并记录门体抖动的功能。

4 改造计划及效果分析

为保障顺利进行，站台门设备安全回路双回路改造于实验室样机完成型式试验后，首先选取A城市甲号线XX广场站上行侧站台门为试点站进行整改，设备改造完成后由专人对改造后的設备进行值守监护运行，观察设备实际运行情况。实验室测试及现场观察期内设备效果良好，能够完好的实现安全保护、过滤门扇“微位移”及记录门扇位移信息的功能。改线路改造选用的继电器为德国产P牌PSR系列继电器。

甲号线全线22个车站改造完成后2018年3月至8月期间，仅发生1起门扇“微位移”导致列车紧制事件，相比改造前同类型故障同比降低94.1%，改造效果突出。在随后的两年内持续对该线路进行观察，改造效果保持稳定。同时，设备维护人员根据可编程逻辑控制器上传的信息对存在门扇位移信息记录的滑动门及应急门开展有针对性的维护及保养工作，及时调整门体机械结构，从原有的统一标准无差异化维修改变为有针对性维修，在节约维护保养人工成本的同时有效的提升了设备维护质量，降低故障率。