（中车南京浦镇车辆有限公司电气研发部 江苏南京 210031）
摘要：地铁车辆客室车门是列车重要的安全组成，且直接影响列车运营安全。本文主要就目前地铁车辆车门控制电路的信号来源、传输方式及连接方式的冗余方案进行了分析，目的在于对比不同方案的优缺点。
关键词：地铁车辆车门控制、使能信号、零速信号、冗余控制
1.绪论
客室车门是乘客上下车的通道，是地铁列车的重要组成部分，车门的可靠地开关直接关系到乘客的安全和线路的正常运营，因此在进行车门控制电路的设计时，必须考虑到相关信号传输的可靠性及冗余性，尽可能确保单一故障不会导致列车清客、下线[1]。
本文主要就目前地铁车辆车门控制信号的信号来源、传输方式及连接方式的冗余方案进行了分析，并对故障情况下车门可能的状态做出判断，目的在于分析不同方案的优缺点。
2.车门控制
地铁列车控制车门开关的控制信号主要有：零速信号、关门信号、使能信号和开门信号。
零速信号开门的前提条件，目的是确保列车仅在停稳后才能开门，保证乘客的安全，一旦零速信号丢失，无论其他指令如何，门控器将执行关门动作，零速信号的来源有：信号系统、制动系统和牵引系统。
使能信号又可以叫做开门允许信号，正常情况下由ATP判断并分侧输出。在ATP隔离或某些特殊情况下，可以由司机判断后操作相应的旁路通过车辆硬线输出。开门指令和关门指令可以由ATO输出也可以由司机操作开关门按钮输出。车门开关对应的逻辑如下：
表格 1 开关门逻辑
2.1零速信号冗余
零速信号的冗余通常通过对信号来源的冗余和继电器的冗余实现，通常情况下车辆优先使用信号系统的零速信号，若信号系统无法提供零速信号则车辆使用制动系统或牵引系统的零速信号。图1和图2是两种不同的零速控制电路：
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图1零速电路一
图1的零速信号正常情况下由信号系统给出,ATC隔离后由制动系统，信号系统和制动系统在输出零速时都采用双端同时输出，通过列车线同时驱动两端的零速继电器，在信号来源上实现了冗余，在一端信号设备故障的情况下不会影响整车的零速信号。
该电路的优点在于电路结构简单，元器件少，故障率将有效降低，且发生继电器故障时可以很容易的判断定位具体电气元件；缺点在于此电路无法有效应对继电器线圈短路、继电器稳压装置短路或列车线短路的故障，一旦发生短路故障，车门控制电路将无法继续使用。
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图2零速电路二
图2零速信号正常情况下也来源于ATC，ATC切除时通过制动系统和牵引系统的零速综合判断输出。不同来源的零速信号分别驱动继电器，不同的零速继电器两两串联后再并联，能够保证单一继电器无法吸合或无法断开的故障情况下都不会导致整车零速继电器的误吸合或无法正常吸合。制动系统和牵引系统的零速信号通过不同列车线控制继电器，能防止单一列车线发生短路时造成零速信号的丢失。列车级的零速继电器分为两组，每组都有独立的断路器保护，若发生一个继电器线圈回路短路，与零速信号相关的功能仍能保持正常。
此电路的优点在于能在各种单点故障的工况下保证零速信号的可用性；缺点在于电路结构复杂，元器件数量多，发生单一元件故障的可能性高，且这种电路的建立的基础在于至少牵引和制动系统都能给出零速信号，否则零速信号的可靠性将会降低。
2.2使能信号冗余
使能信号需要判断列车与屏蔽门的对应位置以及站台信息（开哪一侧门），因此来源只有信号系统。
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图3 单端输出
不同的信号系统，使能信号的输出不完全相同，有单端输出的，也有双端同时输出的。图3是单端输出使能信号的常用控制电路，分别通过左右侧使能列车并联两端的使能继电器，主控端输出后，两端的继电器状态保持一致。这种方案优点在于热备冗余的信号系统在进行主机切换时不会影响使能继电器，缺点在于列车线发生短路或断路是使能继电器将全部或部分失效。
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图4 双端输出
图4是双端输出使能的信号系统，无需通过列车线并联两端的使能继电器，由信号系统保证两端的输出同步。这种方案对比上一种方案避免了列车线带来潜在故障的风险，但是受制于信号系统本身是否能够实现。
2.3 开关门信号冗余
开关门信号冗余包括了硬件冗余和指令传输方式的冗余，硬件冗余是指设置两个开关门按钮，一般一个安装在司机室门立柱上，另一个安装在司机台上，二者功能完全一致；传输方式的冗余只开关门指令能够分别通过硬线和MVB发给门控器。
开关门指令硬线、网络传输，可以设置一个手动开关通过列车线，告知各门控器根据硬线或网络的信号控制车门，也可以网络有先，当网络信号故障时，门控器自动切换根据硬线指令控制车门开关。在网络开关门的模式下，TCMS直接采集按钮触点状态信号并转发给主门控器，因此，设置硬线/网络切换功能可以有效保证开关门列车线短路或断路情况下开关门功能的正常实现。
2.4 夹花冗余
零速、使能、开关门指令通过硬线直接发给所有的门控器，门控器以夹花的方式并联在零速列车线和使能列车线下，能够保证在一条列车线故障时，至少有一半车门能够正常工作，列车可以运行到底站后退出运营排除故障。
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图5 夹花方案一
图5中的夹花方案是两端各输出两组零速列车线和使能列车线，列车线在中间车不短接，即全车有独立的4根使能列车线（每侧各两根）和4根零速列车线。图中一侧4个车门分别在不同的零速列车线下，同侧相邻的两个车门取不同使能列车线的信号。此方案优点在于单根零速列车发生故障时，一侧仅有一个车门无法正常打开，当一根使能列车线发生故障时一侧仍有一半的车门可以正常工作；缺点在于此方案布线复杂，单根列车线发生故障时必然会导致部分车门功能丧失。
图6的夹花方案是两端各输出两组零速列车线和使能列车线，列车线在中间车短接，即全车有独立的2根使能列车线（每侧各一根）和2根零速列车线。图中延车长中线对称的两个车门分别在不用的零速列车线下，同侧相邻的两个车门也取不同的零速列车线信号，使能信号则分侧，每侧仅一根列车线。此方案优点在于电路结构简单、元器件少、且一根列车线上的元器件（如断路器、继电器）发生故障时，列车线出现断点等情况时，车门可以正常工作；缺点使能列车线发生短路故障时，一侧全部车门都将无法正常工作。
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图6 夹花方案二
3.结论
合理的冗余设计可以有效降低由于车门控制电路单点故障造成的延误、清客、掉线等运营故障，冗余方案包括开关门按钮、零速信号来源、零速继电器和使能继电器、硬线\网络开关门、夹花设计等。在具体项目的执行过程中，控制电路与相关系统（信号、制动等）的输出密切相关，需要根据具体情况作出适当的选择。
4.参考文献
[1] 杨峰，南京地铁客室车门系统介绍与故障浅析，机车车辆工艺，2009
第一作者：时瑞(1986)，男，工程师（职称），电气主管设计师（技术职务）