福岡市交通局高速鉄道トータルシステム車両制御・検修システム

特集 最近の交通技術

_{∪･D･C.占5る･342:｢る5る.222.1.052-52十る58.581.011.5る〕:る81.323}

福岡市交通局高速鉄道トータルシステム

車両制御･検修システム

Computer

TotalSYStem

for

Fukuoka's

Rapid

Transit

SYStem

Train

_{Controlandlnspection}

SYStem

鉄道の制御,管理業務の自動化は,各装置,サブシステムに対応Lた単機能的な 日動化の導入に始まって,近年ではトータルシステムとしての総でナ自動化システム の導入にまで発展してきている｡単向制御についても,個々の車l叫の制御だけでな く,地I二側の削租卜情報システム,横幅システムとリンクさせて列車群として総合 的な制御と管理を行なうことが実用化されている｡ 福l郎l-i高速鉄道でも,鉄道運営を積極的に口重む化,省力化するために,鼓新の技 術を甚にしたトータルシステムを導人している｡ 本稿では,トータルシステムのうち,卓両肌御システムと車軸検修システムにつ いて述べる｡ l】 緒 言 福岡地下鉄は,ノし州初の地下鉄として昭和56年7月26日に 開業し,枯同市民の重要な交通機関として利用されている｡ この地下鉄の車両制御システムは,最新の申i叶技術と高度 な電子技術1)を結集し,安全で快適な来り心地を目指すととも に,連_転操作･保守作業の省力化と省エネルギ【化を十分ノ考 慮した機器=及びシステム構成となっている｡また,このよう に高件能な中l山jの検査,保一子では高度の技術が必要となるが, 車両検修システム2)をヰ人することにより,検修作業,データ 管王型の自動化を実施し,検修体制の近代化を図っている｡ 凶 車両制御システム 車両制御システムは,車卜の自動運転システムと,地1二の 連行管理システム,†言‡号保安システム及び対列中データ伝送 システムなどの関連システムによりf御衣されている｡ 本システムにより,個々の列･t】二では駅山発から次駅停_l卜ま での制御を自動化するとともに,列車群としての殺過な連行 制御を可能とするため,連行管理システムと個々の列車閥で 連行に必要な情事艮を授′乏している｡ 以下,巾卜の自動運転システムについて述べる｡ 2.1 _{自動運転システムの設計} 日動;峯転システムを計画する場ナナには,-一巨両件能,路線条 什,密乍む叶設置間隔,逆転条件などを総f㌢的に検討する必要 がある｡ 本システムの設計に当たっては,日立製作所で開発Lた ｢￣軌道輸送システム計画･設i汁サポートシステム"TRANSP LAN''+3)を朋し-てシミュレーションを行ない,図=ニホすよ うに運転時分,制御定数などの最適値を求めた｡ 2.2 _{自動う玉転システムの機能} 自動運転システムの構成と運転パターーンを図2にホす｡本 システムは,次に述べるような機能をもっているく,

(1)出発制御

巨巨f二及び地_Lグ)出発条件成￣仁後､乗務員か出発押しボタン 快適な乗り心地 表定速度の向上 省エネルギー運転 保守性を考慮 Lた運転方式 車 両性能 と マッチLた制御 課 題 坂本将之* 栗山顕一郎**

仲

吉隆**

石川耕介***

川畑真一****

能見

誠*****

注二略語説明 N運行(Normal運行) F運行(Fast運行) ATO(Automatic Train Ope｢ation二 自動列車運転) +Wα5αyI▲ふJSαムα叩け∠の 〟p〃'fcムJ･ra _{疋TJr加工m〟} yo5んf′dんロ 仙Jたα 方ろβ〟丘pJぶム.∼んαぴα 5Jl∼れ'fcん′ ∬αぴαんα∼α +Wαた0亡oJVo〝己∫ 運転時分の検討結果 1.運転パターン 平常時N運行(2.5km′･′h･S) 回復時F運行(3.3km/′h･S) 2.減速制御方式の採用 3.N運行,F運行での時間差 (3%以上) 4.制御定数の設定及び最適 運転曲線(ランカーブ)の 算出 回生電力量及び消費電力量 の算出 ATO制御定数の設定 1.定速運転時のゲイン, バイアス 2.定位置停止時のゲイン, バイアス 区= _{TRANSPLANによる自動運転システムの検討} 軌道輸送シ ステム用計画設計サポートシステム(TRANSPLAN)により,運行制御パラメー タを決定する｢, を押すと,列卓は発車し起動加速制御を行なう｡

(2)起動加速制御

駅停止時にデ【タ伝送系を介して,連行管理システムから 次駅区間の走行種別を指定する運行コードを′受信し,主回路 制御装置にそれに応じた限流値指令を与える｡ 走行種別は,力‖速度3.3km/h･SのF(Fast)運行と,2.5km/ *鮎臥†才女適切根神淵; ** 日立製作所水戸工場 ***トl_試製作所放電事業本部 *■*… 日立製作所システム事業部 ***** 口立製作所システム開発研究所 61

792 日立評論 VOL.63 _{No.11(198卜lり} 出発制御 起動加速制御 (ATO制限逐度)

＼

定速運転制御 75 F運行走行目標速度 N運行走行目標速度 ÅTO走行良書速度 F運行時 N運行時 55 常時速度制限区間 減速制御 定位置停止制御 75 F-一 一一冊.N-･ルー-定位置停止制御用第1パターン 定位置停止制御用第2′くターン P5 P王 _Pi P2 P3 Pヰ 列車無線装置

蒜詣浣

総合指令所 伝送 制御 装置 CTC 運輸指令 自動放送機能 到着予告放送 列車無線誘導線 データ伝送装置 ATC地上装置

｢￣￣

ヤ卓

ATO制御部 制御信号 受信器 データ伝送 遠受信器 送信アンテナ 冬空董軍_ ATO受信器 ______+ データ伝送ループ

∈頭

ATC信号電流

注:略語説明 ATC(Automatic TrainGo如ro壬二自動列車制御),CTC(Centra妃ed Traffic _{Contro‡:列車集中制御),T.G(速度発電横),P(地上子)}

図2 自動運転システム構成と運転パターン 自動運転システムでの列車運行パターンと地上制御システム構成を示す｡

h･SのN(Normal)連行の2種類がある｡

(3)走速運転制御

本制御は,ATC(Automatic Train _{Control:自動列車制}

御)信号を巷準として設立されたATO(Automatic Train

Ope-ration:自動列車運転)目標速度に追従制御を行なう｡N運行 の目標速度は,運行管:哩システムから与えられた運行コード, 及び次駅コードによりNl∼N6の6段階にされる｡

(4)i成速制御

曲線,勾配,転撤器などノ恒久的に速度制限を行なう区間が ある場合は,その閉そく【左問の手前にi械遠別御用の地_L-fヤ5 を設置し,あらかじめ減速パタ【ンを発生させ,速度制限区 間に入る前に制限速度以下に制御する｡これによリATCブレ ーキは作用せず,承り心地が改善される｡

(5)定位置停止f別御

駅の定位置に停申するために,地_卜側に定イ立置停止制御用 の地上イーPl∼P4を設置している｡ Plは減速度2.5kIn/h･Sの定位一貫停止制御用第1パターンを 発生させるための地.L一了一で,列車はこのパタⅥンに泊･つてi成 適する｡ P2は減速制御開始後の走行足巨離補了Eを行なうための地上子 である｡ P3は駅停串間ぎわに乗り心地を良くするために,減速度2.0 62 km/h･Sの定位置停止制御用第2パターンに切り換える地上子 である｡ P4は転勤防止ブレーキを作用させるための地上了･である｡ 二れらの地上了･により発生又は修正されたパターンに従っ て定位置停,tL制御が行なわれる｡

(6)自動｢放送制御

駅出発直後にご欠に停車する駅を乗客に案内するための次駅 案内放送,及びP2地上イ･検知により駅到満を子吉するための 到着予告放送を行なう｡なお,次駅案内放送終了後続けて禁 煙,危険物持込み禁IL放送などの随時放送を付加するほか, 到着予告放送終了後,扉による危険防止のための注意放送も行 なう｡ (7)異常運行時の制御 光行列卓の在線位置によりATO運転中にATCブレーキが作 用する場†ナは,ATO指令よI)ATCを優先制御させ安全を図っ ている｡また,定位置停.1L制御中に列中速度がi戒速パターン から大きく_L側に外れた場合には,ATO装荷から非′嵩フーレー キを指令し,停車制御を行なう9 なお,進路前方に異常を認 めた場合には,非′訂スイッチを押すことにより非常ブレーキ を作梢させることができる｡また,列車がなんらかの理由で 駅以外の場所に停車した場ナナの再出発は,出発押Lボタンの 操作により行なう｡

福岡市交通局高速鉄道トータルシステム車両制御･検修システム 793

(8)戸閉制j卸

列車停l_L彼の併開閉は,運転子i前面の戸閉スイッチ磐より 行なう｡この場合,ホⅥムのない側のスイッチを誤って操作 しても扉が開かないように安全を図っている｡また,スイッ チ盤は扉の再開閉機能ももっている｡ 2.3 現車試験結果 昭和55年10月から翌年5月圭で約8箇月悶Jにわたり,車両 の件能形式試験及びATOテ∴【タ集積;式験を実施Lた｡ 本線での停止精度の;試験結果を図3にホす｡全駅(7駅･ 卜下線)及び全編成(8如成)に対するデー【タで,停IL精度の 平均値は-4.42cm,標準偏差は8.60cmであり,当細目標の± 50emを満足する結果が得られた｡ また,運転時分につし､ても,計画逆転時分を十分満足する 運転性能を発揮することが確認できた｡ 田

_{車両検修システム}

従来の検修業務の自動化,合理化は,単にそれぞれの作業 を部分的に機械化することが主体であったが,最近では,現 場作業だけでなく情報処理を含めた総合的な検修業務の近代 化を図ることを目的に,中l山i検帽システムが導入されてし､る｡ 福岡巾高速鉄道で.は,車内検帽システムとして検修業蒋に 応じて自動化機器をや人し,八一￣平による検修作業の合理化を 行なうととい二,検査データ,中盤データなどの情報管理を コンピュータで処推することにより,検修業務全書般にわたる 効率向上と,中両件能及び安全件の確イ米に効果を挙げている｡ 3.1検査業務と検修設備の関連 検帽設備は検杏業務の内脊,同軌 道用体制,設備の管ガ巨 体制などにfナわせて導入Lている｡,検査縄別と試験装置の関 連を図4にホす｡ 3.2 _{電車総合試験装置対象業務の拡張} 車軸検修システムの中核をなすものは電車総でナ試験装置で 停止回数 回 ぴ × ハロ 測定回数 _乃=2,317回 平 均 f=-4.42cm 標準偏差 _汀二8.60cm 編成数:8編成 駅 数:7駅 19 ₁₂ 】30 -20 -10 ＋10 ト20 十30 (cm) (cm) 図3 定位置停止制御の現車試験結果 全駅･全編成に対する停止精 度のヒストグラムである′, 列車検査 (48時間) 月検査 (2箇月) ごごハ宍∴こ叫∴′′てン〉≡○てエ′,ぷ㌻∧､〝ん､ ′山､‥寸′叩"ぎ二､ぶ誌′′1こ;′≡ン…ミ′…器盗≦､1賢!‡≒ごこ 重要部検査 (2年) ㍍ご∧､こ､∧､㍊､′′た､:､ぺ′｡ミニ繁隻､′ご､､ニ､†ご′:㌧こ註′;く′:㍗○芯′∧:′′′∵ごJ′ ∧;エー三;ぎ､､ヌ､､ご _{∧5;ぎ三こ≧ご;‥} ∼::ニこ､㌫ッニ､ごを′ニ′ふ′ここ㌻ニ≦1､きミ∨:浩ござ:≡ご 全般検査 (4年) ､≡………三∼≡…空こ三三…さ､､ご小ハ○′㌻ 臨時検査 (随時) ､≦∴室′､:㌻J∴ご ′三≡た′;こ ;ご‥∧琵ン…,､′･′三≒室志′ま三′≒㌻安宅､て､≡′ま｡苧実話;幻≡∨三さこ=≡志ご≡マ′"､=､怒ご 図4 検査業務と検修設備の関連 検修業務の近代化を図るために, 計画的な設備の導入を行なっている､ ある｡従来の自動試験装置はf]検瀬作業の自動化を中心に進 められていたが,電車総丹誠験装置では次のような機能拡収 を行なっている｡ (1)検査データの管理及び中l刷青報,保守･故障情報,来歴 などを管理する申雁管f里機能

(2)中内作能の確認及び路線拡瓜時の計画などに利用できる

列申走行シミュレーション機能

(3)コンソrルディス7りレイ装置を介して,会話形でプログ

ラム開発及び修正作=業が実施できる機能 3.3 電車総合試験装置の構成 電車総でナ試験装置はシステム構成l頚(図5)にホすように, 総合言式験機主のrl一矢処理装置(HIDIC80)及び入出力機器で あるカラーディスプレイ装荷,ラインプリンタ装置など,検 本線に分散配置されたマイクロコンピュータ内蔵の試験実行 器を主要構戌とした分散形システムとなっている｡ 中央処理装置と各試験実行旨畏との間のデータ伝送路は,光 ファイバケーブルを使用したループ伝送￣方式を採用している｡ 白動試験の実行で,中央処車型装置は全体的な試験実行管理, データ管理,マンマシンコミュニケーション機能などの処理 を実行するだけで,各試験の制御はすべて各々の試験実行器 【勺で処理するん式を採用Lているので,中一央処押装置の負荷 が少なく,車歴管理など他の機能をも並子+■￣して実イfできる｡ 3.4 自動試験機能 電車捻子ナ試験装置は次のような自動試験機能をもっている｡ (1)試験種別は大別して,動作試験,絶縁試験及び在姿試験 に分類される｡動作試験では通常電源電圧での試験だけでな く,バッチリー電圧が低下した場合の最低電圧での動作試験 も行なえる｡

(2)試験はあらかじめ定められた順序により自重柏勺に仝試験

を実行する連続試験と,指近した試験だけを実行する単体試 験のどちらの￣方法でも選択できる｡図6に操作鮨での試験実 行ご状況をホす｡ (3)月検杏と全般･重要部検杏にんむじて,検二在項目と内谷を それぞれの検査レベルに適したものにしてある｡

(4)試験実行中に不合格が発生した場合は,不合格データの

63

794 日立評論 VOL.63 _{No.】l(198卜lり} 操作室

/

カラーティスフ レイ装置(A) 素志合試張装置 操 作 盤 通話装置(挽局) lR通話蓑置 総合試験器 分 電 盤 ハードコピー装置 総合試験器宝 補助記憶 装置 中央処王里装置 フロッビー チィスク 装 置 ラインフリンタ 装 置

[蚕室適塾∃亘]

ロ亘頭重亘]

コンソール 入出力装置 管理棟 通信制御装置 カラーティスフ レイ装置(B) 車歴管理 操作盤 ロキンクタイ7 ライク装置 総合試験器分電盤 ハ ー ド コピー装置 総合誌写実器 移動操作盤 光ファイバケーフル 川･列音 読験実行器 ATO･ テ一夕伝送 試買英美行器 A T C 試験実行器 絶縁･運転台 試験実行器 A T O 中継箱 A T C 中継葺盲 高低庄 中継箱 チョッパ 試験実行器 高低圧 中継箱 MG･CP 試験実行器 高低圧 中継箱 チョッパ 試験実行器 高低庄 中継箱 MG･CP 試験実行器 高低庄 中継箱 A T C 試験実行器 A T C 中継箱 】R･列番 試写責実行器 高低圧 中継箱 列 番 地上子箱 lR･運転台 中 払 箱 運転台操作盤 空気フ′レーキ 還 末 葉

㌔[｢--TC A T O 地上子箱

∩通話装置(移動局)

注:略語説明 _{旧(誘導無線)} 図5 電車総合試験装置システム構成 而け〕70V 電源箱 空気フーレーキ 端 末 器 フレーキ 受宣器 中継箱 M MG 中継箱 空気プレーキ 端 末 器 ---

J

♭-1TIL-J

空気フレーキ 端 末 器 フレーキ 重量器 中継箱 MG 中推箱 光ファイパ使用ループ伝送方式による分散形自動試験システムである 表l車歴管理による情報 検索指示により,必要な情報がカラーディ スプレイ,ロギングタイプライタに出力される｡ No. _{情報種別 情 報} の _{内 容} l _{車両情幸艮 編成番号,車両番号,製】昌年月日,主要諸元など} 2 _{走行足巨離} 編成番号,総走行距離, 最新検査実施日･種別･検査後走行距離 3 検査実績 検査実施日,編成番号,検査種別,検査時走行距離, 前回検査からの走行距離 4 _保守情報 編成番号,車両番号,保守実施臥 装置名,機器･部 品名,作業内容,その他 5 _故障情報 故障発生年月日,編成番号,車両番号,装置名,機器･ 部品名,故障区分,故障状)兄.処置作業,その他 6 _{故障統計 編成番号.期間,装置･故障区分ごとの件数} 表示,入力データの内容表ホ,計測処理などにより,不具合 箇所の発見,調整を谷島いこしている｡ 3.5 _{幸歴管理機能} 車耐官報及び搭載機器の来歴,保守･故障などの情報を専 用の操作盤から入ブJ･蓄積することにより,必要なときに表 1に示すような情報を検索できる｡ 亡I 結 言 以__l二,触剛打席追放追の中軸制御システムと中両横修シス テムについて述べた｡ これらのシステムは開業後順調に稼動!ノており,運行制御, 乗り心地,サービス【由及び保守作業の効率向+二に閲し,当字ノJ 64

r

警､､

葦諾"′"1桝

も′r W 空気ブレーキ 端 末 器 "を 空気ブレーキ 端 末 器 操作室 操作盤 列 番 地上子箱 lR･運転台 中 継 箱 運転台操作盤 図6 操作盤による試験実行〕犬況 試験の実行状況,結果は,カラー ディスプレイ装置に表示され,必要に応じてハードコピー装置でコピーをとる ことができる.. 期待したとおりの戊果を挙げている｡ 今後,これらの実績を踏まえ,更により良いシステムへの 改善に努力したいと考■える｡ 終わりに,二れらのシステムに閲し椎々の御肋言,御協力 をいただいた関係各位に対L厚く感謝する次第である｡ 参考文献 1)イ川j,外:地下鉄における列車制御システム,日.￣在評.畝 58, 8,609∼614(昭51-8) 2)武井,外:中両用日動試験装置,H_正評論,58.8,625∼630 (昭51-8) 3)∵吉本,外二軌道輸送システム糊計画設計サポートシステム ､-TRANSPLAN∴ 日立評論,60,751∼756(昭53-10)