自動化屏蔽門控制系統(tǒng)分析

任若晨

（西安思源學院，陜西 西安 710038）

自動化屏蔽門控制系統(tǒng)分析

任若晨

（西安思源學院，陜西 西安 710038）

自動化屏蔽門是城市軌道交通中使用的安全裝置，文章首先通過對屏蔽門的出現(xiàn)背景以及類型進行介紹，進而展開自動化屏蔽門的控制系統(tǒng)的研究，對其功能以及軟硬件結(jié)構(gòu)方面進行探討，為自動化屏蔽門的研究提供一定的參考依據(jù)。

自動化；屏蔽門；控制系統(tǒng)

自動化屏蔽門是為了給列車或者地鐵乘客提供一種舒適安全的環(huán)境而出現(xiàn)的，而且其能夠使得列車或者地鐵的運行更加節(jié)能減排，提高了能源的利用效率。另外，列車運行中，屏蔽門的使用不僅減少了噪音，也提升了地鐵運行的安全性。經(jīng)過多年來的自動化屏蔽門的研究和應用可知，自動化屏蔽門的應用符合列車運行所要求的高安全性以及高精度性，且更加舒適和節(jié)能，因此國內(nèi)外很多地區(qū)都已經(jīng)大力推廣自動化屏蔽門在列車上的應用。

1 自動化屏蔽門的出現(xiàn)背景與類型

1.1 自動化屏蔽門的出現(xiàn)背景

20世紀80年代，自動化屏蔽門系統(tǒng)為使用列車的高安全性與乘客的舒適性應運而生，其是城市軌道交通中使用的安全裝置，通過對其設置可以區(qū)分開列車與站臺候車區(qū)域，并通過自動感應在列車出發(fā)或者到站時自動關(guān)閉和打開。自動化屏蔽門是一項綜合性高科技產(chǎn)品，其將站臺和列車運行區(qū)域分割開來，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動開啟關(guān)閉控制功能，使用自動化屏蔽門除了能夠給乘客帶來更舒適更安全的環(huán)境之外，其自動化的控制能夠減小列車內(nèi)外空氣流動所引起的能量的散失，提高了能量的利用效率，由此可知地鐵屏蔽門系統(tǒng)的重要性。

1.2 自動化屏蔽門的類型與發(fā)展

從目前各國設置的屏蔽門類型來看，主要有兩種類型，分別是全高封閉式和半高式，全高封閉式屏蔽門自動化系統(tǒng)即是一道自上而下的玻璃隔墻和活動門，將站臺與列車軌行區(qū)分隔開來，該種類型的功能是增加安全性，而且還能夠節(jié)約能耗以及加強環(huán)境保護；而半高式屏蔽門自動化系統(tǒng)，門體高度大約為1.5米，是一種敞開式將站臺與列車軌行區(qū)的進行分隔的保護性設備。該種類型的自動化屏蔽門既能夠做到保證乘客的安全功能，還能夠做好對噪聲的控制減弱。隨著軌道交通建設的大力發(fā)展，對安全、節(jié)能等因素越來越引起高度重視，而自動化屏蔽門系統(tǒng)作為一種新興技術(shù)，可以很好地應用到城軌建設中去。自動化屏蔽門系統(tǒng)在我國的運用稍晚，第一例自動屏蔽門始于2003年7月廣州地鐵二號線開通后，列車屏蔽門系統(tǒng)全線運營，而現(xiàn)如今，國內(nèi)新建的地鐵線大多都安裝了屏蔽門。但是國內(nèi)企業(yè)在屏蔽門的研制上才剛剛起步，自主制造能力相比國外還比較差，因此需要企業(yè)在吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，提高研發(fā)能力但絕不能完全采取追隨式的發(fā)展方式，一定要真正發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，有針對性地分析市場需求，形成自己獨到的技術(shù)發(fā)展觀，開發(fā)出更加適合國內(nèi)城市軌道交通需求的、具有現(xiàn)代水平的屏蔽門設備。

1.3 自動化屏蔽門的結(jié)構(gòu)

自動化屏蔽門的結(jié)構(gòu)主要包括4大類，分別為固定門、滑動門、應急門及端門。所謂的固定門即為兩對滑動門之間的不能夠打開的屏蔽結(jié)構(gòu)；滑動門對應于列車上的車輛門，數(shù)量上和位置上都是一一對應的；應急門其實質(zhì)指的是疏散通道，當列車在停車站出現(xiàn)超出設計的停車錯誤，而且列車也不可能再進行位置的調(diào)整，主要包括列車不完全進站或不完全出站這兩類事故發(fā)生時，通過應急門這一疏散通道保障乘客的安全；端門則設置在列車站臺的兩端口位置，垂直連接于靠站臺的屏蔽門，且與外墻結(jié)構(gòu)共同構(gòu)建成一個完整的封閉式的屏蔽系統(tǒng)。

2 自動化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)分析

2.1 自動化屏蔽門控制系統(tǒng)的概述

自動化屏蔽門是一項綜合性高科技產(chǎn)品，其將站臺和列車運行區(qū)域分割開來，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動開啟關(guān)閉控制功能，使用自動化屏蔽門除了能夠給乘客帶來更舒適更安全的乘客環(huán)境之外，其自動化的控制能夠減小列車內(nèi)外空氣流動所引起的能量的散失，其能夠降低空調(diào)工作的30%的工作負荷，從而提高了能量的利用率，由此可知地鐵屏蔽門系統(tǒng)的重要性。而且自動化屏蔽門的使用不僅減少了噪音，也提升了地鐵運行的安全性。所以，列車屏蔽門自動控制系統(tǒng)的科學設計至關(guān)重要，是提升列車運行質(zhì)量的必要工作。

在本次自動化屏蔽門的控制系統(tǒng)的探討研究中，鑒于其涉及的學科知識比較廣、跨度大，筆者對自動化控制系統(tǒng)從其最主要的組成部分進行探討分析，其主要包括DCU門控單元、PSL就地借口盤、PSC中央接口盤等。地接口盤和中央接口盤以及門控單元之間使用的連接方式是硬線連接，中央接口盤與門控單元之間采用控制器局域網(wǎng)絡CAN現(xiàn)場總線實現(xiàn)通信。自動屏蔽門PSD自動切換功能的實現(xiàn)通常由信號系統(tǒng)控制，而信號系統(tǒng)向自動化屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送“打開門”和“關(guān)閉門”的控制指令，直到下一次門狀態(tài)命令改變?yōu)橹?。與此同時，自動化屏蔽門系統(tǒng)將向信號系統(tǒng)提供PSD開關(guān)門狀態(tài)信息，并持續(xù)到下一次門狀態(tài)命令改變?yōu)橹?。如果自動化屏蔽門出現(xiàn)系統(tǒng)故障，此時即會有互鎖解除的指令從屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送至信號系統(tǒng)，從而將兩者互鎖的關(guān)系進行解除。

2.2 自動化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)功能探討

在自動化屏蔽門系統(tǒng)中，功能應用中的自動控制系統(tǒng)主要包括兩部分的內(nèi)容：控制功能和監(jiān)控功能。自動控制系統(tǒng)功能包括SIG系統(tǒng)級控制、PSL站臺級控制、IBP手動操作控制和火災模式控制，其中手動操作控制優(yōu)先級最高，而系統(tǒng)級別控制優(yōu)先級為最低。當優(yōu)先操作完成時，再依次完成其他低級操作。系統(tǒng)級控制指的是處于正常運行模式下，通過信號系統(tǒng)SIG直接控制屏蔽門的方式，當列車進站之后屬于在允許誤差范圍之內(nèi)停車時，兩側(cè)屏蔽門單元控制器PEDC通過DCU從而控制屏蔽門的運行，它們兩者之間的連接線采用的是硬線連接。站臺級控制是通過手動操作平臺在本地控制面板上的PSL控制屏門開關(guān)，實現(xiàn)對屏蔽門的控制。手動操作控制由平臺人員通過“特殊鑰匙”或乘客通過“開門把手”這類控制鍵在自動化屏蔽門出現(xiàn)故障問題時來打開屏蔽門。當列車運行時出現(xiàn)火災故障，那么火災模式控制功能就體現(xiàn)出了重要性；當發(fā)生火災時，由車站工作人員使用緊急備份磁盤IBP來控制屏蔽門，自動化屏蔽門系統(tǒng)中站臺每側(cè)屏蔽門單元中每個設備的狀態(tài)信息由CAN總線監(jiān)控并將信息發(fā)送到相應的PSC上，監(jiān)控設備通過個人計算機終端狀態(tài)從PSC獲取相關(guān)信息。自動化屏蔽門的正常運行或出現(xiàn)故障狀態(tài)的信息將通過電纜或光纜通道從PSC傳輸?shù)綑C電設備控制系統(tǒng)EMCS上，EMCS再將實時顯示的屏幕門狀態(tài)和故障狀態(tài)信息發(fā)送至控制站的系統(tǒng)上，從而使工作人員能夠及時通過屏幕信息了解和掌握列車的運行和自動化屏蔽門的工作狀態(tài)，并可以提供故障報警提示，還可以生成列車運行的每月報告和故障記錄以備留存。

3 自動化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟、硬件的設計探討

3.1 自動化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件的設計

自動化屏蔽門控系統(tǒng)軟件設計的基本思想是通過檢測方式檢測輸入端口的狀態(tài)，并根據(jù)檢測到的相應的狀態(tài)信號及時進行對應的處理。通常情況之下，都采用定時中斷的檢測方式來檢測重要信號，從而能夠在指定的時間段內(nèi)進行重要型號的自動檢測。自動化屏蔽門的軟件系統(tǒng)主要包括PID算法、CAN總線程序、系統(tǒng)初始化程序和開關(guān)門過程控制程序等一些重要的組成部分。上電復位后，自動屏蔽門系統(tǒng)開始實施初始化操作，接著就開始執(zhí)行門寬參數(shù)自學習程序；如果系統(tǒng)無法顯示故障位置和狀態(tài)，自動化屏蔽門系統(tǒng)就可以正常運行；而架設控制系統(tǒng)運行過程中遇到的障礙，防擠壓程序就會自啟動識別并提示如何處理該問題。當處理完問題且沒有再遇到故障，那么則各組成部分的狀態(tài)顯示正常，且能夠?qū)崿F(xiàn)正常的PID控制和手動操作信號的檢測，也就進一步保護自動化屏蔽門系統(tǒng)的運行。

3.2 自動化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件的設計

自動化屏蔽門系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括電源、控制及驅(qū)動這3大模塊。這其中，自動化屏蔽門系統(tǒng)中電源模塊的設計采用雙輸入電源模式，通過兩個外部電源分別將低壓交流電轉(zhuǎn)換為48 V和12 V直流電壓，然后在各種模塊下進行不同的電壓轉(zhuǎn)換所需的電源；而對于自動化屏蔽門控制系統(tǒng)中的控制模塊，主要包括ARM7微控制器LPC2129，控制面板接口電路和外部存儲器等一些組成部分，該模塊的主要功能是接收系統(tǒng)信息并控制程序，從而按照相應的步驟進行操作；最后一個重要的組成部分為驅(qū)動模塊，在自動化屏蔽門控制系統(tǒng)硬件組成部分，其主要包括的部分有CPLD，功率驅(qū)動電路、速度檢測電路及過流檢測電路這幾個方面。一般而言，列車自動化屏蔽門系統(tǒng)都是選擇CPLDEPM240T100作為分配電路的方案，單片機只需要輸出PWM信號，使能之能夠轉(zhuǎn)向；CPLD可以完成所有具體時序的任務，其優(yōu)點是可擴展性和靈活性強。然而，從CPLD輸出的PWM信號是TTL電平信號，無法實現(xiàn)無刷直流電機的直接驅(qū)動，需要使用半導體功率驅(qū)動電路來達成電源轉(zhuǎn)換功率，從而達到驅(qū)動電機運行的目的。

4 結(jié)語

地鐵屏蔽門自動控制系統(tǒng)設計的過程中，涉及的學科眾多，包括機械、電子、軟件等，可知地鐵屏蔽門自動控制系統(tǒng)是一項極為復雜的工作，必須要采取更加科學合理的設計方法和設計措施來完善地鐵屏蔽門系統(tǒng)自動化的研究。筆者在本次論文中通過上述的研究，希望能夠為以后的屏蔽門的研究提供一定的幫助和參考價值。

[1]戴慧，田麗鴻.地鐵屏蔽門PSC綜合自動化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].揚州大學學報（自然科學版），2012（3）：63-66.

[2]王嘯.屏蔽門門控單元在線固件更新方法的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（20）：46-49.

Analysis of automation screen door control system

Ren Ruochen
（Xi’an Siyuan University, Xi’an 710038, China）

The automation screen door is the safety device used in urban rail transit. This paper introduces the background and type of the screen door, and then starts the study on the control system of the automation screen door, discusses its function and hardware and software structure. To provide some reference for the study of automation screen door.

automation; screen door; control system

任若晨（1993— ），男，陜西咸陽，本科；研究方向：智能化。