城市軌道交通門控系統(tǒng)監(jiān)測研究

吳成輝

（天津市地下鐵道運營有限公司，天津 300222）

屏蔽門是安裝在車站站臺邊緣，用于隔離列車和乘客的門控設備，能夠有效保障乘客在站臺的安全。門控柜通過安全繼電電路提供和屏蔽門的接口，可以實現(xiàn)信號系統(tǒng)和屏蔽門專業(yè)的配合，使屏蔽門與列車車門聯(lián)動，基本的原則是列車不在站臺停穩(wěn)始終不開門，檢測不到屏蔽門關(guān)閉且鎖緊信息始終不發(fā)車，從而保障了乘客的安全。

1 城市軌道交通門控系統(tǒng)組成

門控系統(tǒng)主要由PSC命令處理模塊，PSLP，DCU門機控制器，室外的門體部分，室內(nèi)的門控柜部分，以及電纜等部分組成。地鐵屏蔽門系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中PSC命令處理模塊是屏蔽門專業(yè)的接口設備以及信號處理設備，處理全部來自信號專業(yè)以及列車的開門和關(guān)門命令，驅(qū)動DCU門機控制器控制屏蔽門開啟，關(guān)閉和鎖緊；PSLP是在信號專業(yè)設備和屏蔽門專業(yè)設備故障的情況下，無法正常驅(qū)動門機機構(gòu)，通過安裝在小站臺的PSLP設備切斷屏蔽門和信號專業(yè)的聯(lián)系，通過手動控制屏蔽門的開啟，關(guān)閉和鎖緊。

圖1 地鐵屏蔽門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 屏蔽門門體構(gòu)成

全封閉式屏蔽門門體由固定門、應急門、端門、滑動門、頂盒、鋼架結(jié)構(gòu)、上下部支撐結(jié)構(gòu)、解鎖機構(gòu)、踢腳板等組成，半封閉屏蔽門門體主要由固定門、滑動門、應急門、端門、固定驅(qū)動門等構(gòu)成。

1.2 屏蔽門門機構(gòu)成

屏蔽門門機系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置、傳動裝置、開/關(guān)門位置傳感器、鎖緊裝置等，屏蔽門門鎖裝置安裝在頂箱，位于關(guān)閉的滑動門位置的上方中央。屏蔽門的兩扇滑動門配一套驅(qū)動裝置，左右滑動門由一個DCU控制，DCU（門控單元）在收到PSC（中央接口盤）發(fā)出的開、關(guān)門信號后，控制滑動門的開啟和關(guān)閉。半高安全門的兩扇滑動門分別配兩套驅(qū)動裝置，左右滑動門各有一個DCM控制。

1.3 門控柜的構(gòu)成

城市軌道交通門控柜主要由：設備機柜，交流電源配電裝置，安全繼電器，PLC控制繼電器，電源組件，PLC組件，保險絲和接線端子組件，浪涌保護終端等設備構(gòu)成。每個門控柜有一組保險管和接線端子，位于機柜的前面中部區(qū)域。

交流電源配電裝置電源電纜穿管接入門控柜，然后電纜連接至機柜，提供給機柜內(nèi)部交流電源EMI/RFI過濾及防浪涌的交流電源配電單元。電源配電盤有兩個斷路器，每個斷路器配有C13輸出插頭，兩側(cè)站臺分別配置一個斷路器。

安全繼電器主要有：門使能繼電；門關(guān)閉且鎖緊繼電器；門旁路繼電器。上下行安全繼電器配置數(shù)量相同。PLC控制繼電器主要用于控制屏蔽門的開啟和關(guān)閉，包括：開門繼電器；關(guān)門繼電器；本地控制繼電器和備用繼電器幾種類型的繼電器。上下行配置相同數(shù)量的PLC控制繼電器。

門控柜電源組件為兩路，一路給PLC和安全繼電器線圈和安全繼電器提供直流電源。另一路為外部220V交流電源，該路電源從機柜前面的交流配電盤引入。電源組件包括兩個冗余電源模塊，這兩個模塊均能提供一個+24 VDC，10A，最大250W的輸出。PLC組件位于門控柜的后面，與RATO系統(tǒng)通過DTS數(shù)據(jù)接口連接，PLC組件包括兩個PLC模塊，每個模塊都有一個獨立的I/O模塊，可選適配器，控制處理器，以及冗余的Modbus，每個PLC模塊分別與屏蔽門機柜相連。保險管為機柜提供過流保護，以防止外部線路短路對機柜造成影響。每個熔斷器有一個LED指示燈，當其所指示的熔斷器熔斷后，燈點亮。浪涌保護器和接線端子安裝于門控柜后面底部，共兩組，每個組件有20個雙電路保護接線端子，為室外電纜與PSD供貨商的接口提供端子。

1.4 屏蔽門功能要求

城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)通過門控柜內(nèi)部的安全繼電器實現(xiàn)信號系統(tǒng)和屏蔽門專業(yè)的配合，使屏蔽門與列車車門聯(lián)動，基本的原則是列車不在站臺停穩(wěn)始終不開門，檢測不到屏蔽門關(guān)閉且鎖緊信息始終不發(fā)車，從而保障了乘客及行車安全。在屏蔽門系統(tǒng)正常時，接受信號專業(yè)的開關(guān)門命令，當所有的屏蔽門關(guān)閉且鎖緊時，PSD系統(tǒng)將所有門的關(guān)閉鎖緊信號發(fā)給信號系統(tǒng)，在確認所有門關(guān)閉并鎖緊的信號后，SIG將允許發(fā)車。

2 屏蔽門監(jiān)測系統(tǒng)

城市軌道交通屏蔽門監(jiān)測系統(tǒng)是通過計算機處理來自信號專業(yè)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對屏蔽門門機的精確控制，其構(gòu)成如圖2所示。

圖2 地鐵屏蔽門監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計框圖

該系統(tǒng)包括：外部設備、接口單元、DCU、控制對象。其中，DCU為整個系統(tǒng)的核心，通過接口單元接收調(diào)試機發(fā)送的調(diào)試信號和信號專業(yè)發(fā)送的開關(guān)門信號；另一方面根據(jù)接收的信號控制門機機構(gòu)運行，實現(xiàn)屏蔽門的開門和關(guān)門。此外，DCU將屏蔽門的狀態(tài)信息，障礙物信息反饋給信號專業(yè)。

2.1 屏蔽門障礙物監(jiān)測原理

屏蔽門系統(tǒng)在開門關(guān)門過程中以及乘客在進行乘降的時候，為防止屏蔽門開關(guān)門控制故障時夾傷乘客，需要在屏蔽門上安裝障礙物監(jiān)測裝置，目前主要使用紅外線光幕實現(xiàn)屏蔽門的障礙物監(jiān)測，其原理如圖3所示。

圖3 紅外光幕傳感器器原理

紅外光幕傳感器的原理是，當紅外線的光束照射到紅外線傳感器上的時候，傳感器上會產(chǎn)生一個電流，當紅外光束被障礙物擋住后，傳感器上的電流值發(fā)生變化，以此來判斷屏蔽門是否有障礙物，圖3是紅外傳感器等效電路圖。

圖4 熱釋電紅外傳感器的等效電路

根據(jù)電路圖有

初始條件：t=0，U=0，可以計算出紅外線傳感器輸入端的信號電壓

2.2 屏蔽門障礙物監(jiān)測硬件電路

根據(jù)屏蔽門功能以及監(jiān)測系統(tǒng)的要求，在保證安全的前提條件下，地鐵屏蔽門障礙物監(jiān)測系統(tǒng)硬件電路如圖4所示。

從圖中可以看出，整個硬件電路包括：紅外傳感器電路、DSP程序電路，逆變電路，保護電路，功率驅(qū)動單元幾部分組成，其中DSP程序電路還包括：I/O控制，SIN控制，QEP電路，CAP電路。

圖5 硬件電路的總體結(jié)構(gòu)圖

DSP主程序電路是整個硬件電路的核心，接收信號命令（開門命令，關(guān)門命令），處理信號命令，驅(qū)動屏蔽門門機機構(gòu)，并將門狀態(tài)信息返回給SIN，同時對屏蔽門障礙物信息進行監(jiān)測。

保護電路有過壓保護和過流保護。而屏蔽門障礙物監(jiān)測硬件電路主要使用的是過壓保護電路，過壓保護是將采集到的SIN信號電壓以及DSP系統(tǒng)自身的電壓送入保護電路與參考電壓進行比較，當采集到的電壓高于參考電壓時，說明系統(tǒng)電壓過高，此時DSP程序中的過壓保護就會被觸發(fā)，從而實現(xiàn)過壓保護，保護電路也可以使用過流保護，圖5就是一個過流保護電路。

圖6 過流保護電路

3 屏蔽門監(jiān)測系統(tǒng)的改進

我國地鐵行業(yè)起步較晚，發(fā)展較慢。目前屏蔽門的監(jiān)測系統(tǒng)雖然能滿足要求，但是還需要進一步改進，主要是屏蔽門在關(guān)門過程中遇到障礙物的情況下，如何計算屏蔽門障礙物的夾緊力，夾緊力過大會導致夾傷乘客，夾緊力過小可能會導致屏蔽門無法關(guān)閉鎖緊，影響行車安全。鑒于此，在屏蔽門檢測系統(tǒng)中加入聲光報警以及調(diào)整屏蔽門障礙物監(jiān)測硬件電路中的參考電壓，這個參考電壓主要用來控制門機驅(qū)動電機的最高電壓，當電壓超過參考電壓時，門機驅(qū)動電機斷電反轉(zhuǎn)，保護乘客不被屏蔽門夾傷，此外，加裝屏蔽門聲光報警系統(tǒng)，能夠在列車進站，屏蔽門開啟和關(guān)閉的時候提前提醒乘客屏蔽門即將運行，增加乘客的主動防護意識。

4 結(jié)束語

文章從實際出發(fā)，分析了屏蔽門的組成機構(gòu)、監(jiān)測原理，并且針對屏蔽門檢測系統(tǒng)中存在的不足提出改進措施，有利于提高屏蔽門系統(tǒng)的安全性和可靠性，有利于提高城市軌道交通運營的安全性。