地鐵站臺(tái)屏蔽門(mén)控制器的故障分析與處理方法

胡芳鐵

(杭州地鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司，310017，杭州//工程師)

地鐵站臺(tái)屏蔽門(mén)是安裝于地鐵車(chē)站站臺(tái)邊緣的連續(xù)屏障,將列車(chē)的軌行區(qū)與乘客候車(chē)區(qū)域隔離。屏蔽門(mén)和列車(chē)車(chē)門(mén)會(huì)在小于1 s內(nèi)同步開(kāi)啟，屏蔽門(mén)和列車(chē)門(mén)關(guān)閉的時(shí)間差也大致相同[4]。屏蔽門(mén)的活動(dòng)門(mén)數(shù)量多，運(yùn)營(yíng)中平均每2 min須開(kāi)關(guān)門(mén)一次，因此,其控制系統(tǒng)必須十分安全可靠[1]。

1 屏蔽門(mén)控制邏輯分析

控制系統(tǒng)是屏蔽門(mén)設(shè)備的核心，主要由中央控制單元(PEDC)、站臺(tái)端頭控制盤(pán)(PSL)、車(chē)站綜合控制盤(pán)(IBP)、站臺(tái)滑動(dòng)門(mén)門(mén)機(jī)控制器(DCU)及執(zhí)行電機(jī)、工控機(jī)(MMS)、列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)、輸入/輸出模塊、聲光報(bào)警裝置和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)網(wǎng)總線等構(gòu)成，完成對(duì)整個(gè)站臺(tái)屏蔽門(mén)的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視[2]。

當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)與屏蔽門(mén)由于故障原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)時(shí)，需要駕駛員人工控制屏蔽門(mén)開(kāi)關(guān)，從而導(dǎo)致列車(chē)停站時(shí)間延長(zhǎng)，乘客體驗(yàn)度下降；而消除聯(lián)動(dòng)故障需要維修人員去設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位控制主機(jī)，又將導(dǎo)致屏蔽門(mén)短時(shí)間暫停使用。因此,在運(yùn)營(yíng)高峰期內(nèi),該故障往往不能即時(shí)處理[3]。

杭州地鐵2、4號(hào)線采用英國(guó)西屋站臺(tái)屏蔽門(mén)公司生產(chǎn)的屏蔽門(mén)設(shè)備。在正常情況下,其屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)可通過(guò)5個(gè)優(yōu)先級(jí)方案實(shí)現(xiàn)站臺(tái)屏蔽門(mén)的開(kāi)、關(guān)操作，如表1所示。

以上五級(jí)控制方式中，第一級(jí)(最高級(jí))是通過(guò)手動(dòng)解鎖的方式，利用手動(dòng)機(jī)械推拉方式開(kāi)、關(guān)單個(gè)門(mén)，是在其他控制方式全部失效情況下的緊急機(jī)械處理方式；第二級(jí)是通過(guò)屏蔽門(mén)門(mén)頭上的LCB開(kāi)關(guān)直接控制單個(gè)屏蔽門(mén)的DCU來(lái)實(shí)現(xiàn)單扇屏蔽門(mén)的操作。以上兩種控制方式是在別的控制方式都發(fā)生故障時(shí)采用的針對(duì)單扇門(mén)的就地操作，在此不進(jìn)行分析。

第三和第四級(jí)是通過(guò)裝在中央接口盤(pán)柜里的PILZ安全繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制和開(kāi)、關(guān)門(mén)輸出控制。第五級(jí)控制方式是PEDC接收信號(hào)系統(tǒng)開(kāi)、關(guān)門(mén)指令后通過(guò)邏輯運(yùn)算輸出控制開(kāi)、關(guān)門(mén)。以上三級(jí)控制功能如圖1所示。

圖1 原屏蔽門(mén)控制功能圖

2 屏蔽門(mén)控制器故障

地鐵屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)的常見(jiàn)故障有：①屏蔽門(mén)控制器死機(jī)；②屏蔽門(mén)控制器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)門(mén)繼電器故障；③屏蔽門(mén)控制器主機(jī)故障。杭州地鐵2號(hào)線東南段總長(zhǎng)13.338 km，共設(shè)13座車(chē)站，2014年6月開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。其屏蔽門(mén)2015年發(fā)生控制器主機(jī)故障2起,2016年發(fā)生控制器主機(jī)故障13起、控制器死機(jī)5起、繼電器故障1起,2017年發(fā)生控制器主機(jī)故障8起、控制器死機(jī)1起。

屏蔽門(mén)控制器故障會(huì)引起整側(cè)門(mén)無(wú)法通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)門(mén)。為保證地鐵列車(chē)安全、有序運(yùn)營(yíng)，成立了攻關(guān)小組研發(fā)后備控制器,以解決上述屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)故障問(wèn)題。

3 故障處理方法

為消除地鐵屏蔽門(mén)控制器的故障,設(shè)計(jì)和制作了后備控制器。根據(jù)收集的現(xiàn)場(chǎng)需求和理論分析，設(shè)計(jì)的后備控制器應(yīng)具有以下功能：

(1) 后備控制器具有第六級(jí)控制功能。當(dāng)?shù)谌?、四?jí)控制激活時(shí)，后備控制器的輸出被阻斷；當(dāng)?shù)谖寮?jí)控制器PEDC功能正常時(shí)，后備控制器不發(fā)生作用。當(dāng)?shù)谌?、四?jí)控制未被激活，而第五級(jí)控制器PEDC發(fā)生故障時(shí)，后備控制器能自動(dòng)投入；當(dāng)PEDC故障消除時(shí)，后備控制器能自動(dòng)退出。具體功能圖如圖2所示。

(2) 后備控制器投入使用時(shí)，能直接對(duì)PEDC停電重起，或是直接更換處理。在處理過(guò)程中應(yīng)不影響屏蔽門(mén)的自動(dòng)運(yùn)行。

圖2 改進(jìn)后屏蔽門(mén)控制功能圖

(3) 當(dāng)后備控制器投入使用時(shí),能產(chǎn)生聲光報(bào)警,提醒運(yùn)維人員PEDC已經(jīng)發(fā)生故障,無(wú)法使用。

(4) 后備控制器具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，可通過(guò)開(kāi)放的通信協(xié)議與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。將后備控制器每一次投入使用的時(shí)間、狀態(tài)和屏蔽門(mén)系統(tǒng)開(kāi)/關(guān)門(mén)指令、開(kāi)/關(guān)門(mén)狀態(tài)等相關(guān)信息保存在上位機(jī)中，以便事后的追溯和查詢(xún)。

根據(jù)以上功能，設(shè)計(jì)采用西門(mén)子S7200SMART PLC(可編程邏輯控制器)作為后備控制器邏輯控制單元，輸入信號(hào)采用光藕隔離，輸出則采用繼電器隔離。

針對(duì)功能一:將信號(hào)系統(tǒng)開(kāi)/關(guān)門(mén)信號(hào)同時(shí)發(fā)給屏蔽門(mén)主機(jī)控制器(PEDC)和后備控制器，使得主備機(jī)能同時(shí)采到信號(hào)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的開(kāi)/關(guān)門(mén)指令；并將PEDC的使能輸出與開(kāi)/關(guān)門(mén)輸出信號(hào)采到后備控制器中，通過(guò)邏輯計(jì)算后輸出。使能輸出信號(hào)直接至門(mén)頭DCU，而開(kāi)/關(guān)門(mén)輸出信號(hào)要先經(jīng)過(guò)PSL和IBP控制系統(tǒng)的安全繼電器輔助觸點(diǎn);當(dāng)PSL或IBP控制系統(tǒng)被激活時(shí)，利用安全繼電器的輔助觸點(diǎn)切斷后備控制器輸出的開(kāi)/關(guān)門(mén)信號(hào)。

針對(duì)功能二:在備用控制器里增裝兩路開(kāi)關(guān)電源(DC 60 V和DC 24 V)供信號(hào)采樣和PLC輸入使用，AC 50 V電源接至隔離變壓器輸出端，中間加裝空開(kāi)作為短路和過(guò)載保護(hù)。將所有的操作電源獨(dú)立后，當(dāng)PEDC發(fā)生故障時(shí)，可對(duì)PEDC停電而不影響后備控制器的動(dòng)作。因此,停電后可直接更換PEDC而不用等到晚上運(yùn)營(yíng)結(jié)束，更換后PEDC投入使用，后備控制器自動(dòng)退出。

針對(duì)功能三:當(dāng)后備控制器投入使用時(shí)，PLC開(kāi)關(guān)量輸出控制一個(gè)聲光報(bào)警器和一個(gè)報(bào)警燈，并持續(xù)報(bào)警。為了不影響員工處理故障，聲光報(bào)警器可裝一只轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)臨時(shí)切除或消音；報(bào)警燈不能切除，并持續(xù)2 Hz頻率閃爍,直到故障處理完畢、后備控制器退出后,按復(fù)位按鈕才能消除報(bào)警燈。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)PEDC發(fā)生故障，已將后備控制器接入屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)，并加裝了一個(gè)聲光報(bào)警器至車(chē)控室。當(dāng)后備控制器投入使用時(shí)，車(chē)控室能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，并通知工班處理。

針對(duì)功能四:利用S7200SMART PLC的串口通信功能，采用RS 485差分串行通信，軟件規(guī)約為MODBUS規(guī)約，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)及事件記錄，顯示后備控制器當(dāng)前工作狀態(tài)及投入的具體時(shí)間等信息?？赏ㄟ^(guò)工控機(jī)查詢(xún)當(dāng)前及歷史事件記錄。

為了保證后備控制器投入的可靠性，避免因線路或輸入等元器件故障引發(fā)的誤開(kāi)門(mén)安全事件，經(jīng)過(guò)公司安全委員會(huì)討論，決定在后備控制器的輸出回路中串入ATC開(kāi)門(mén)繼電器輔助觸點(diǎn)(如圖3所示)。如果因線路或元器件故障產(chǎn)生誤開(kāi)門(mén)信號(hào)，則通過(guò)ATC開(kāi)門(mén)信號(hào)繼電器的輔助接點(diǎn)來(lái)阻斷輸出回路，并輸出聲光報(bào)警信號(hào)，使工班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，切除故障點(diǎn)。

圖3 屏蔽門(mén)改造后加入輸出閉鎖控制功能圖

根據(jù)以上設(shè)計(jì)組裝的后備控制器在2號(hào)線蜀山車(chē)輛段樣機(jī)房進(jìn)行了PEDC故障模擬、屏蔽門(mén)開(kāi)至一半或關(guān)至一半時(shí)PEDC故障模擬等運(yùn)行，后備控制器均能及時(shí)投入(投入時(shí)間小于300 ms)使用，故障恢復(fù)后后備控制器自動(dòng)退出運(yùn)行;此外,進(jìn)行了PSL或IBP激活時(shí)后備控制器不工作的試驗(yàn)，共累計(jì)500次，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語(yǔ)

杭州地鐵2號(hào)線東南段2014年開(kāi)通后，屏蔽門(mén)控制器PEDC多次發(fā)生故障，導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)發(fā)給屏蔽門(mén)開(kāi)/關(guān)門(mén)指令后,屏蔽門(mén)無(wú)法自動(dòng)開(kāi)/關(guān)門(mén)，延長(zhǎng)了列車(chē)的?？繒r(shí)間，并影響后續(xù)列車(chē)的正常行駛。為了保證運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)屏蔽門(mén)的工作原理和主機(jī)控制器的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，制作了后備控制器,于2018年5月8日裝在2號(hào)線人民廣場(chǎng)站下行方向。該系統(tǒng)運(yùn)行至2018年6月28日,屏蔽門(mén)主機(jī)控制器因故障而退出運(yùn)行,同時(shí)，后備控制器自動(dòng)投入使用并發(fā)出聲光報(bào)警，功能達(dá)到預(yù)期效果,驗(yàn)證了后備控制器運(yùn)行的有效性。

設(shè)備改造是一個(gè)不斷探索與實(shí)踐的過(guò)程，只有堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向,充分驗(yàn)證確保安全,精益求精,才能把設(shè)備改造做好。