地鐵塞拉門智能集控裝置研究

田紀(jì)云 宋俊鋒 張燕平

摘 要：地鐵塞拉門智能集控裝置是一種自動(dòng)集中控制塞拉門開關(guān)動(dòng)作的測(cè)試裝置，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作的控制，顯示屏可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，檢測(cè)模塊可自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的供電電源。文章通過分析其電路工作原理及程序設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了 3 種工作模式，實(shí)驗(yàn)波形驗(yàn)證了電路的正確性及程序的可行性。將該裝置投入到地鐵檢修一線進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效果良好。

關(guān)鍵詞：地鐵;塞拉門;智能集控裝置;單片機(jī);檢修

中圖分類號(hào)：U231.8

地鐵車門系統(tǒng)是列車動(dòng)作最頻繁和故障率最高的系統(tǒng)之一。通常為確保地鐵新線新車車門的可靠性，確保電客車車門各項(xiàng)功能滿足要求，降低運(yùn)營(yíng)時(shí)車門系統(tǒng)的故障率，必須在車門系統(tǒng)功能試驗(yàn)完成整改后進(jìn)行集控開關(guān)門800次（800次為檢修現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)值，可調(diào)）試驗(yàn)，以提前暴露車門系統(tǒng)的故障隱患，提高車門系統(tǒng)的可靠度。此外，地鐵塞拉門的日常維護(hù)及檢修尤為重要，為了驗(yàn)證地鐵塞拉門是否檢修成功，通常需對(duì)檢修后的塞拉門進(jìn)行數(shù)次開關(guān)門測(cè)試，確保檢修后車門滿足地鐵運(yùn)營(yíng)要求。由于人工集控開關(guān)門需消耗過多人力及時(shí)間，且無法保證開關(guān)門過程的同步性及周期的一致性，因此，本文研究設(shè)計(jì)了地鐵塞拉門智能集控裝置，利用單片機(jī)技術(shù)，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制塞拉門開關(guān)，以提高集控塞拉門試驗(yàn)的效率和精確度，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多種集控模式可選擇的優(yōu)點(diǎn)。

1 工作原理

地鐵塞拉門智能集控裝置主電路如圖1所示。利用單片機(jī)控制技術(shù)，通過編寫程序可實(shí)現(xiàn)按規(guī)定時(shí)間、次數(shù)、自動(dòng)地集中控制塞拉門開關(guān)，程序設(shè)計(jì)如圖2所示。單片機(jī)型號(hào)為STC12C5A60S2，作為指令輸出裝置，通過編程實(shí)現(xiàn)控制塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)和停止。雙運(yùn)算放大器 LM358，可比較塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓與110 V基準(zhǔn)電壓的大小。當(dāng)電壓低于100 V或者高于120V時(shí)，進(jìn)行欠壓或過壓報(bào)警;當(dāng)檢測(cè)電壓在100～120 V時(shí)，可通過矩陣薄膜按鍵輸入裝置進(jìn)行工作模式選擇并設(shè)置動(dòng)作次數(shù)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行開關(guān)門動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到設(shè)定次數(shù)后，結(jié)束工作。復(fù)位按鍵可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位操作，使裝置重新恢復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)測(cè)試人員按下復(fù)位按鍵后，需重新對(duì)塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓進(jìn)行檢測(cè)。輸出裝置為OLED顯示屏，顯示狀態(tài)模式及動(dòng)作次數(shù)、剩余次數(shù)。開門和關(guān)門LED燈亮代表相應(yīng)門動(dòng)作，為司機(jī)提供指示信號(hào)。此外，電路將單片機(jī)發(fā)出的開關(guān)門信號(hào)傳給2個(gè)電磁式繼電器，控制塞拉門驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制塞拉門的開與關(guān)。

2 工作模式

該地鐵塞拉門集控裝置共設(shè)置了3種工作模式。根據(jù)測(cè)試需要，用戶可通過外接矩陣薄膜按鍵選擇工作模式，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

2.1 模式一：?jiǎn)危p）側(cè)開關(guān)門測(cè)試模式

通過設(shè)定動(dòng)作次數(shù)，電路模擬人工給出開門信號(hào)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試（現(xiàn)場(chǎng)人工即如此操作）。電路先輸出1.5 s的開門電平， 5 s（暫定）后再輸出1.5 s關(guān)門電平為1次測(cè)試完成，9 s后重復(fù)輸出，直到達(dá)到設(shè)定次數(shù)，如圖3所示。該模式適用于快速測(cè)試塞拉門易損部件的抗疲勞能力，提前暴露部件故障，建立檔案，為后續(xù)設(shè)計(jì)及檢修提供參考依據(jù)，便于通過大數(shù)據(jù)分析事故原因，從而減少事故的發(fā)生，便于事故追責(zé)。

2.2 模式二：車門防夾測(cè)試模式

通過設(shè)定動(dòng)作次數(shù)，電路模擬人工給出開門信號(hào)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試。電路先輸出1.5 s的開門電平， 5 s（暫定）后再輸出1.5 s關(guān)門電平為1次測(cè)試完成，45s后重復(fù)輸出，直到達(dá)到設(shè)定次數(shù)，如圖4所示。該模式增加了關(guān)門時(shí)間，可以模擬當(dāng)車門夾人夾物時(shí)的延時(shí)時(shí)間，減輕檢修人員的操作負(fù)擔(dān)。

2.3 模式三：?jiǎn)伍T開關(guān)門測(cè)試模式

不需設(shè)定次數(shù)。當(dāng)按下某一按鍵（暫定為“1”）持續(xù)0.5 s，輸出開門1.5 s電平，然后等待。當(dāng)按下另一按鍵（暫定為“2”）持續(xù)時(shí)間為0.5 s，輸出關(guān)門電平1.5s，如圖5所示。該模式適用于靈活開關(guān)門，可根據(jù)用戶需求（例如觀察塞拉門某部件的動(dòng)作狀態(tài)）進(jìn)行開關(guān)門，同時(shí)也為設(shè)計(jì)人員留有觀察車門動(dòng)作的時(shí)間。

3 參數(shù)設(shè)置

該地鐵塞拉門智能集控裝置原理樣機(jī)如圖6所示。LED1、LED2為貼片式高亮指示燈，LED1亮表示單片機(jī)輸出開門電平（高電平），LED2亮表示單片機(jī)輸出關(guān)門電平（高電平）。復(fù)位按鍵采用自復(fù)式。

4 應(yīng)用實(shí)踐

為了驗(yàn)證該地鐵塞拉門智能集控裝置的實(shí)用性，以及電路原理的正確性及程序的可行性，特于2019年9 月在寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司檢修二車間分別對(duì)3種工作模式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，如圖8所示。利用示波器將裝置發(fā)出的開關(guān)門指令進(jìn)行測(cè)試，運(yùn)行效果良好。塞拉門開閉時(shí)間間隔相同且穩(wěn)定無異?，F(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的檢修人員操縱門開關(guān)按鈕的目的。

5 結(jié)語

本文提出了一種地鐵塞拉門智能集控裝置，可通過多次集控開關(guān)門，提前暴露車門故障隱患。該裝置大大減少了多次開關(guān)塞拉門的人力消耗，節(jié)約了塞拉門測(cè)試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了每次測(cè)試中數(shù)據(jù)采集的高效性和周期的一致性。且該裝置電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕便可靠，操作方便靈活，具有3種工作模式，顯示屏可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，可視性較好，可為地鐵塞拉門日常維保提供便利。

參考文獻(xiàn)

[1]肜景鑫.地鐵車輛塞拉門安裝工藝與調(diào)試技術(shù)[J].珠江水運(yùn)，2019（10）：71-72.

[2]鐘俊杰，嚴(yán)國(guó)希.地鐵塞拉門系統(tǒng)可靠性分析及應(yīng)對(duì)措施[J].機(jī)械，2018，45（11）：72-76.

[3]陳長(zhǎng)駿.電動(dòng)塞拉門關(guān)鍵易損部件故障預(yù)測(cè)方法研究[D].浙江杭州：中國(guó)計(jì)量學(xué)院，2016.

[4]趙雪雅，郁漢琪.基于故障樹的地鐵塞拉門系統(tǒng)可靠性分析[J].科技與企業(yè)，2015（21）：157，161.

[5]牛士軍，厲呈臣，張勝英.地鐵車輛塞拉門安裝調(diào)試過程中常見故障與工藝難點(diǎn)分析[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2015，38（5）：54-56，69.

[6]龔興華，張逸遷，張少東，等.基于FTA與CA的地鐵車輛塞拉門系統(tǒng)可靠性研究[J].鐵道機(jī)車車輛，2015，35（4）：79-83.

[7]賈亞麗，趙剛，李淑俊.成都地鐵車輛塞拉門故障分析及整改措施[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2015，38（2）：85-86.

[8]張嘉翊，王杭.地鐵車門設(shè)備健康管理（EHM）系統(tǒng)研究[J].鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，32（1）：24-27.

[9]寧善平，齊群，江偉，等.基于改進(jìn)物元可拓的地鐵車門系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（4）：16-20，105.

[10] 梁桂琦.廣州地鐵21號(hào)線車門系統(tǒng)典型故障與維護(hù)措施[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2019（5）：64-67.

[11] 李寶泉，周強(qiáng)，唐立國(guó)，等.城市軌道交通車輛的車門智能診斷技術(shù)[J].城市軌道交通研究，2020，23（6）：151-154.

[12] 朱江洪，李延來.基于區(qū)間二元語義與故障模式及影響分析的地鐵車門故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2019，25（7）：1630-1638.

[13] 高偉民，茅飛.地鐵車門PHM系統(tǒng)應(yīng)用[J].城市軌道交通，2019（5）：33-35.

[14] 姜春霞，張程光，張帆.地鐵車門故障診斷及管理軟件的研究與應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2019（2）：157-158.

[15] 魏冠義，文輝.在ATO模式下地鐵車門故障分析及處理措施[J].鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，30（2）：1-3.

[16] 牟穎. 地鐵列車車門故障診斷與可靠性分析[D].遼寧大連：大連交通大學(xué)，2018.

[17] 班勃，金慶，王欽若.廣州地鐵APM線車門系統(tǒng)可靠性分析[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（12）：1-3.

[18] 薛海峰，黃挺，尹洪權(quán)，等.地鐵車輛車門維修工作重要及關(guān)鍵零部件的確定方法研究[J].鐵道機(jī)車車輛，2016，36（5）：115-120，125.

[19]洪展鵬，陳正華.灰色馬爾可夫模型的地鐵車門故障預(yù)測(cè)[J].裝備制造技術(shù)，2017（3）：223-226.

[20]李海龍.天津地鐵3號(hào)線車門系統(tǒng)檢修調(diào)節(jié)的應(yīng)用研究[J].江西建材，2017（13）：136，141.

收稿日期 2020-02-17

責(zé)任編輯 宗仁莉