地鐵屏蔽門自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

王廷玉

[摘要]隨著當(dāng)前城市交通事業(yè)的快速發(fā)展，地鐵在城市交通中的作用越來越重要，在地鐵的運(yùn)行過程中地鐵屏蔽門自動控制系統(tǒng)對地鐵的運(yùn)行安全起到十分重要的作用。

[關(guān)鍵詞]地鐵；屏蔽門；自動控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號： U231+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、前言

為了給乘客營造一個(gè)安全的乘車環(huán)境，實(shí)現(xiàn)列車在運(yùn)行過程中的節(jié)能減排，減少運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音，自動控制系統(tǒng)屏蔽門應(yīng)運(yùn)而生。在列車運(yùn)行的過程中，屏蔽門頻繁的使用，有效保證了乘客的安全。本文就地鐵屏蔽門自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

二、國內(nèi)屏蔽門系統(tǒng)類型

縱觀國內(nèi)各城市地鐵，其所安裝的站臺屏蔽門主要有兩種類型。

1、全高屏蔽門

由自上而下的玻璃隔墻（固定門）和活動門所構(gòu)成，這種屏蔽門系統(tǒng)在增加了安全性之外，還能隔離冷熱空氣、活塞風(fēng)、列車熱量，起到節(jié)約地鐵車站能耗的作用。

2、半高屏蔽門

由一道上不封頂?shù)牟ＡЦ魤Γü潭ㄩT）和活動門構(gòu)成，把站臺乘客候車區(qū)與列車進(jìn)站停靠區(qū)域部分隔開，其安裝位置與第一種方式基本相同，造價(jià)比第一種要低。

三、地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)介紹

地鐵屏蔽門是一種通過控制系統(tǒng)控制其自動開關(guān)的高科技產(chǎn)品,應(yīng)用于地鐵站臺中,通過隔開站臺和列車運(yùn)行區(qū)間,從而減少空氣對流造成的站臺冷熱氣的流失,為乘客進(jìn)出站時(shí)的安全提供了有力的保證,列車運(yùn)行產(chǎn)生的噪音也大大降低,并且起到了美觀的效果。通過設(shè)置地鐵屏蔽門,35%以上的空調(diào)設(shè)備冷負(fù)荷得到節(jié)約,節(jié)能效果顯著。另外,一條地鐵線路是否需要設(shè)置屏蔽門,應(yīng)綜合比較以下幾個(gè)因素:地鐵運(yùn)輸能力、人員舒適性要求、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和運(yùn)行及管理費(fèi)用。一套完整的屏蔽門單元(包括底部絕緣、固定件、預(yù)埋件、頂部絕緣、活動門以及梁柱等)；完整的DCU(門機(jī)控制單元)和驅(qū)動裝置、EMCS(模擬機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))、PSL(站臺端頭控制盒)、PSA(屏蔽門操作指示盤)以及PSC(中央控制盤)等。

四、屏蔽門系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1、安全性顯著提高

適用于各種類型的車站、各種類型的屏蔽門。以南京地鐵為例，在南京地鐵一號線未加裝屏蔽門前，2005年至2011年共發(fā)生乘客落軌身亡事件3起，乘客落軌受傷事件5起，在南京地鐵一號線屏蔽門安裝完成后至今，未發(fā)生一起乘客落軌事件。屏蔽門安裝后，可有效避免乘客候車時(shí)或在列車到達(dá)時(shí)探頭張望和隨車奔跑的危險(xiǎn)行為，也避免乘客及所攜帶物品落入軌行區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。部分屏蔽門上還可安裝探測各種障礙物的傳感器，一旦探測到障礙物存在，傳感器發(fā)出的信息將使屏蔽門再開閉機(jī)構(gòu)動作，這樣可有效地減少車門夾人夾物的概率。

2、起到一定的節(jié)能作用

地下站的全高屏蔽門由于地下車站和區(qū)間隧道是長條形的地下結(jié)構(gòu)，除車站的出入口、通風(fēng)亭和隧道的洞口之外，其他位置基本上與外部空氣是隔離的，因此需要環(huán)境控制系統(tǒng)來保證乘客感官的舒適。全高屏蔽門在地下站安裝后會減少夏季的冷量消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。此外，還可以減少空調(diào)設(shè)備的功率互或容量，從而又可間接減少空調(diào)機(jī)房土建面積與建設(shè)費(fèi)用。

五、屏蔽門系統(tǒng)的弊端

1、建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用大。屏蔽門系統(tǒng)的建設(shè)投資較大，投入使用后每年還會產(chǎn)生不菲的維修費(fèi)用。在維護(hù)上可采取委托廠家維修或自主維修的方式，也可以采取以上兩種方式的結(jié)合。

2、屏蔽門系統(tǒng)會使整個(gè)地鐵系統(tǒng)發(fā)生故障的概率提高。由于增加了屏蔽門，信號系統(tǒng)在列車和屏蔽門之間所處的特定狀態(tài)下會對列車正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，如：列車對標(biāo)不準(zhǔn)、列車緊急制動等。此外，在屏蔽門投入使用初期，須對信號系統(tǒng)進(jìn)行多次調(diào)試。

3、屏蔽門系統(tǒng)在既有線路進(jìn)行加裝的施工難度大。加裝時(shí)對站臺邊緣底部支撐的工程要求較高，還牽涉到既有運(yùn)營線路運(yùn)休后的施工請點(diǎn)、施工銷點(diǎn)清場以及和其他施工的沖突風(fēng)險(xiǎn)和軌行區(qū)侵限的風(fēng)險(xiǎn)，造成工期長、現(xiàn)場管控要求高、施工工藝難度大、風(fēng)險(xiǎn)管控工作量大等問題。

六、屏蔽門控制系統(tǒng)

屏蔽門控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)級控制、站臺級控制、緊急操作控制和手動操作控制四種控制方式。這四種控制方式中以手動操作控制優(yōu)先級最高，系統(tǒng)級控制最低。

1、系統(tǒng)級控制

系統(tǒng)級控制是在正常運(yùn)行模式下能自動或經(jīng)列車司機(jī)確認(rèn)后對屏蔽門進(jìn)行的自動控制方式。在系統(tǒng)級控制方式下，列車到站并停在允許的誤差范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)自動或經(jīng)列車司機(jī)確認(rèn)后進(jìn)行開/關(guān)門操作，控制命令由信號系統(tǒng)（SIG）發(fā)送，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以廣播方式傳送操作指令，通過DCU進(jìn)行自動控制，實(shí)現(xiàn)屏蔽門的系統(tǒng)級控制操作。

2、站臺級控制

站臺級控制是由列車司機(jī)通過站臺PSL對屏蔽門進(jìn)行的控制操作。當(dāng)系統(tǒng)級控制不能正常實(shí)現(xiàn)時(shí)，如SIG系統(tǒng)故障，PSC對DCU控制失敗等故障狀態(tài)下，列車司機(jī)應(yīng)在PSL上進(jìn)行開/關(guān)屏蔽門操作，實(shí)現(xiàn)屏蔽門的站臺級控制。

3、緊急操作控制

在緊急運(yùn)行模式下，如隧道內(nèi)或者站臺發(fā)生火災(zāi)等情況下，可由車站值班員操作車控室內(nèi)的PCS控制開關(guān)對屏蔽門進(jìn)行開/關(guān)控制。

4、手動操作

手動操作是站臺工作人員對屏蔽門進(jìn)行的單獨(dú)操作，不影響其他門體的運(yùn)行。

七、地鐵屏蔽門自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程

在總體布局地鐵屏蔽門自動化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我們需要對系統(tǒng)的功能進(jìn)行設(shè)置，并做好微控制器和電機(jī)的選型工作，以及理順無刷直流電機(jī)驅(qū)動控制原理。

1、控制系統(tǒng)構(gòu)成

屏蔽門回路控制系統(tǒng)主要由中央接口盤(PSC)、就地控制盤(PSL)、門控單元(DCU)、通訊介質(zhì)、通訊接口及外圍設(shè)備等組成。中央接口盤(PSC)又由主監(jiān)視系統(tǒng)(MMS)、兩個(gè)單元控制器(PEDC)、接線端子、接口設(shè)備及控制配電回路組成。

2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

屏蔽門系統(tǒng)的所有控制線路均通過硬線連接,保證了控制系統(tǒng)的高可靠性,且成本較低。監(jiān)控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的國際工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接,可傳輸大量信息。采用這種方式保證了系統(tǒng)操作的高可靠性、良好的功能和設(shè)備擴(kuò)展性能。

3、系統(tǒng)功能

在設(shè)計(jì)屏蔽門自動化控制系統(tǒng)的時(shí)候，需要明確的功能主要有兩個(gè)方面，其中包括控制功能和監(jiān)測功能。每側(cè)站臺屏蔽門均配置獨(dú)立的單元控制器實(shí)現(xiàn)各級別控制及監(jiān)視功能。在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀況下，列車進(jìn)站后停在允許誤差范圍內(nèi)時(shí)，列車信號系統(tǒng)向屏蔽門發(fā)出開門和關(guān)門的指令，屏蔽門系統(tǒng)前端繼電器識別為有效指令后，單元控制器發(fā)出相應(yīng)的開門或關(guān)門指令，同時(shí)屏蔽門系統(tǒng)通過硬線連接向信號系統(tǒng)反饋開門或整側(cè)關(guān)閉且鎖緊信號，這就是屏蔽門系統(tǒng)級自動化控制。至于站臺級別控制，則由包括列車司機(jī)和站務(wù)人員在內(nèi)的系統(tǒng)操作人員，通過站臺的PSL控制屏蔽門開關(guān)。為了達(dá)到更可靠的控制，開關(guān)門的指令均采用冗余設(shè)計(jì)，即兩路開門和關(guān)門指令。為了輔助補(bǔ)充自動化控制系統(tǒng)，站臺也提供手動操作的方式控制屏蔽門，以便在系統(tǒng)或電源發(fā)生故障以及其它緊急情況下，站臺工作人員可以直接利用鑰匙，乘客在軌道側(cè)用門把手打開屏蔽門。

4、微控制器和電機(jī)的選型

微控制器的選型，是從屏蔽門自動化控制系統(tǒng)的功能角度分析，對微控制器的要求是運(yùn)行速度快、運(yùn)行精度高，而且在通信方面具有良好的功能，這也是屏蔽門實(shí)現(xiàn)智能化控制的關(guān)鍵。筆者建議采用LPC2129微控制器，這種控制器由Philips公司提供，具有實(shí)時(shí)仿真支持功能，以及嵌入了高速的Flash存儲器，確保存儲器的接口和加速結(jié)構(gòu)都能夠在最大始終速率的狀態(tài)下運(yùn)行。LPC2129微控制器功耗低，包括2個(gè)32位定時(shí)器、4路10位ADC、2路CAN、9個(gè)外部中斷器，適用于屏蔽門自動化控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)管、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟件路由器等。

結(jié)束語

在地鐵屏蔽門自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及到機(jī)械、電子、軟件、玻璃等很多的行業(yè)，是一個(gè)極其復(fù)雜的過程。在設(shè)計(jì)的過程中，我們要不斷的采用新技術(shù)保證地鐵運(yùn)行的安全。

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