站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)的必要性與實(shí)現(xiàn)方式

羅洪志 廣東省佛山市軌道交通發(fā)展有限公司

前言

站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，它具有提供乘客上下車(chē)的通道、為乘客的候車(chē)安全提供保障、美化站臺(tái)環(huán)境、減少站臺(tái)內(nèi)空調(diào)冷量損失、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本等作用。站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)PSC 核心控制邏輯通常采用安全繼電器組、PEDC 集成電路板和PLC 控制三種方式。本文就站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)的必要性和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行探討和設(shè)計(jì)。

一、站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)介紹

(一）控制系統(tǒng)組成

站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)主要由中央接口盤(pán)（PSC）、就地控制盤(pán)（PSL）、就地控制盒（LCB）、門(mén)控單元（DCU）、聲光報(bào)警器、通訊介質(zhì)及通訊接口等設(shè)備組成。其中PSC 由主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS）、兩個(gè)PEDC/PLC（安全繼電器組）、接口設(shè)備及控制配電回路組成；門(mén)機(jī)系統(tǒng)由DCU、電機(jī)、減速器、傳動(dòng)裝置和鎖緊裝置、行程開(kāi)關(guān)等組成。典型車(chē)站有一個(gè)PSC、兩個(gè)PSL、每扇滑動(dòng)門(mén)一個(gè)DCU。

(二）系統(tǒng)控制模式

站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的控制模式設(shè)置有系統(tǒng)級(jí)、站臺(tái)級(jí)、手動(dòng)操作三種正?？刂颇Ｊ郊盎馂?zāi)控制模式。分別為：(1)系統(tǒng)級(jí)控制模式是正常運(yùn)行模式下由信號(hào)系統(tǒng)直接對(duì)站臺(tái)門(mén)進(jìn)行控制的模式。(2)站臺(tái)級(jí)控制模式是由列車(chē)駕駛員或者站務(wù)人員在站臺(tái)PSL 上對(duì)站臺(tái)門(mén)進(jìn)行開(kāi)/關(guān)門(mén)的控制方式。(3)手動(dòng)操作是由站務(wù)人員或者乘客對(duì)站臺(tái)門(mén)進(jìn)行的操作，當(dāng)控制系統(tǒng)電源故障或者單個(gè)站臺(tái)門(mén)發(fā)生故障時(shí)，站務(wù)人員在站臺(tái)側(cè)使用專(zhuān)用鑰匙或乘客在軌道側(cè)拉動(dòng)開(kāi)門(mén)把手對(duì)站臺(tái)門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)操作，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作控制模式。(4)根據(jù)環(huán)控系統(tǒng)模式要求，在火災(zāi)模式或應(yīng)急狀態(tài)下由車(chē)站值班人員在車(chē)站控制室操作綜合后備盤(pán)（IBP）的站臺(tái)門(mén)緊急控制開(kāi)關(guān)，配合打開(kāi)滑動(dòng)門(mén)，配合環(huán)控系統(tǒng)排煙或者疏散。

二、冗余設(shè)計(jì)

(一）安全繼電器組

安全繼電器組是整個(gè)控制系統(tǒng)都是由繼電器來(lái)接收開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)和控制門(mén)控單元開(kāi)、關(guān)門(mén)，全部采用硬線連接。安全繼電器屬于安全部件，與一般繼電器不同，它具有強(qiáng)制導(dǎo)向接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，即使在接點(diǎn)熔接時(shí)也能確保安全功能。

按標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)的安全繼電器組控制回路（如圖1）IBP、PSL 和SIG 開(kāi)、關(guān)門(mén)的繼電器是共用K0370 和K0371。這種控制回路，不論是正常SIG 控制、PSL 控制，還是IBP 控制都會(huì)使開(kāi)門(mén)繼電器K0370、K0371 頻繁地得電、失電，故障幾率大大增加，而一旦其中一個(gè)開(kāi)門(mén)繼電器發(fā)生故障，任一控制方式都會(huì)失去對(duì)站臺(tái)門(mén)開(kāi)關(guān)的控制，嚴(yán)重影響地鐵行車(chē)。

圖1 ：標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站控制回路

對(duì)控制回路進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)（如圖2）的控制回路，將IBP 控制、PSL 控制都單獨(dú)設(shè)置回路，IBP 新增兩個(gè)開(kāi)（關(guān)）門(mén)繼電器K0372 和K0373，PSL 新增兩個(gè)開(kāi)（關(guān)）門(mén)繼電器K0374 和K0375，這樣所有開(kāi)（關(guān)）門(mén)模式均進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，做到完全冗余，在任何一種控制模式下都有冗余的開(kāi)門(mén)繼電器，在任一種控制模式失效的情況下都不影響其他控制模式。同時(shí)系統(tǒng)監(jiān)視每個(gè)繼電器的工作狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常，將實(shí)時(shí)報(bào)警。

圖2 控制回路完全冗余

(二）PEDC 集成電路板

PEDC 由邏輯部分和控制部分組成，邏輯部分處理信號(hào)開(kāi)關(guān)門(mén)的邏輯判斷，帶CPU 和存儲(chǔ)器和輸入/輸出（I/O）設(shè)備，能通過(guò)CAN總線和DCU 通信，實(shí)時(shí)監(jiān)控站臺(tái)門(mén)狀態(tài)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上傳給BAS?？刂撇糠钟啥鄠€(gè)繼電器組成，配合邏輯板完成站臺(tái)門(mén)開(kāi)關(guān)門(mén)的指令輸出。

站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)PEDC 控制原理示意圖（如圖3），虛線框部分為PEDC 邏輯板處理部分，控制上（下）行站臺(tái)門(mén)信號(hào)開(kāi)關(guān)，信號(hào)開(kāi)關(guān)門(mén)有兩組繼電器，其中一組繼電器故障，另一組可以作為備用。站臺(tái)級(jí)控制模式PSL 和火災(zāi)控制模式IBP 都是用硬線直接控制。

圖3 PEDC 控制原理示意圖

當(dāng)PEDC 邏輯板處理部分發(fā)生故障時(shí)，會(huì)影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，在PEDC 邏輯板上增加一個(gè)中央處理器，功能與原中央處理器一致，并互為備用（如圖4），可以保障整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)其中一個(gè)控制回路發(fā)生故障時(shí)，備用控制回路可接入電路繼續(xù)使用。同時(shí)，對(duì)PSL 使能、PSL 開(kāi)門(mén)、PSL 關(guān)門(mén)觸點(diǎn)進(jìn)行雙觸點(diǎn)配置，對(duì)PSL 使能繼電器、IBP 使能繼電器、PSL 開(kāi)關(guān)門(mén)繼電器、IBP 開(kāi)關(guān)門(mén)繼電器進(jìn)行雙繼電器配置，所有開(kāi)關(guān)門(mén)相關(guān)功能繼電器都有雙份冗余配置，降低某個(gè)繼電器故障導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)關(guān)門(mén)的現(xiàn)象。這樣通過(guò)電路部分或整體配備的冗余性可將電氣電路的一個(gè)接點(diǎn)故障概率控制在最小限度，提高了站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

圖4 PEDC 控制冗余示意圖

（三）PLC

運(yùn)用PLC（可編程邏輯控制器）作為站臺(tái)門(mén)單元控制器（PEDC）邏輯處理器，可以同時(shí)具備多接口接入、信號(hào)處理、信息管理等功能?？刂撇糠钟啥鄠€(gè)繼電器組成，配合PLC 完成信號(hào)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)門(mén)的指令輸出。站臺(tái)門(mén)PSL 和IBP 控制模式也運(yùn)用繼電器組采用硬線構(gòu)成邏輯判斷功能模塊，在PLC 出現(xiàn)故障時(shí)迅速替代PLC 完成邏輯判斷任務(wù)，如圖5所示。

圖5 中虛線框部分是PLC 控制部分，通過(guò)PLC 實(shí)現(xiàn)SIG 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)門(mén)及一側(cè)站臺(tái)門(mén)的狀態(tài)監(jiān)控。當(dāng)處于正常的信號(hào)系統(tǒng)控制模式時(shí)，PLC 接收到信號(hào)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的開(kāi)（關(guān)）門(mén)命令做出判斷，閉合開(kāi)（關(guān)）門(mén)開(kāi)關(guān)使開(kāi)（關(guān)）門(mén)繼電器得電、站臺(tái)門(mén)打開(kāi)（關(guān)閉）。

圖5 PLC 為核心的中央控制系統(tǒng)示意圖

當(dāng)PLC1 發(fā)生故障時(shí)，會(huì)影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，如圖6所示。正常情況下兩個(gè)PLC分別控制一側(cè)站臺(tái)門(mén)的監(jiān)控點(diǎn)，當(dāng)其中一個(gè)PLC 控制模塊發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)PLC 迅速代替故障部分完成邏輯運(yùn)算任務(wù)。同時(shí)，對(duì)PSL 使能、PSL 開(kāi)門(mén)、PSL 關(guān)門(mén)觸點(diǎn)進(jìn)行雙觸點(diǎn)配置，對(duì)PSL 使能繼電器、IBP 使能繼電器、PSL 開(kāi)關(guān)門(mén)繼電器、IBP 開(kāi)關(guān)門(mén)繼電器進(jìn)行雙繼電器配置，所有開(kāi)關(guān)門(mén)相關(guān)功能繼電器都有雙份冗余配置，降低某個(gè)繼電器故障導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)關(guān)門(mén)的現(xiàn)象。

圖6 PLC 控制系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)

三、結(jié)論

站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)是屬于乘客界面的頻繁動(dòng)作的設(shè)備，故障發(fā)生幾率較高，且一旦發(fā)生故障，將影響運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量，因此，有必要對(duì)PSC 核心控制邏輯進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。三種控制方式：(1)安全繼電器組完全冗余后，任何繼電器故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，只需更換故障繼電器，同時(shí)對(duì)設(shè)備安裝成本影響不大。(2)“PEDC 集成電路板”完全冗余后，邏輯控制板或任一繼電器故障，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，只需更換邏輯板或故障繼電器，故障排查處理簡(jiǎn)單。（3）“PLC”完全冗余后，一個(gè)PLC 故障或任何繼電器故障，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，只需更換故障PLC 或故障繼電器。

可見(jiàn)PSC 核心控制邏輯采用的三種控制方式完全冗余后利大于弊，不會(huì)因故障導(dǎo)致?lián)屝薏患皶r(shí)而影響行車(chē)，極大地減輕維保人員的搶修壓力，有效提高了站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此，采用冗余設(shè)計(jì)具備必要性，且實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單可行。