快速公交站臺安全門PLC控制程序設(shè)計*

王元生，邱成鵬，宋天博，費美扣

(1.鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與交通學(xué)院，江蘇 鹽城 224005；2.鹽城市經(jīng)貿(mào)高級職業(yè)學(xué)校，江蘇 鹽城 224041)

0 引言

快速公交系統(tǒng)(Bus Rapid Transit，BRT)具有優(yōu)于普通公交系統(tǒng)的快捷性和舒適性，同時，由于其提供類似于城市軌道交通系統(tǒng)的客運服務(wù)模式，且投入的建設(shè)成本較低，正逐漸在國內(nèi)外多座城市建設(shè)并運營?？焖俟徽九_安全門是類似于軌道交通站臺屏蔽門系統(tǒng)的關(guān)鍵功能裝置，用于保障乘客安全和快速公交系統(tǒng)的正常運行[1]。國內(nèi)部分城市的快速公交系統(tǒng)專用站臺，使用了無安全門的開放式結(jié)構(gòu)或傳統(tǒng)電控安全門，所導(dǎo)致的安全隱患引起了人們關(guān)注。本設(shè)計項目針對快速公交站臺安全門設(shè)施存在防夾防撞功能不足等安全隱患，依據(jù)安全門國家標(biāo)準(zhǔn)，開展安全門防撞防夾自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究和控制程序設(shè)計，以滿足快速公交系統(tǒng)對安全門工作穩(wěn)定性和安全性要求，對提高快速公交系統(tǒng)高效運營具有現(xiàn)實意義。

1 快速公交站臺安全門結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 快速公交站臺安全門總體結(jié)構(gòu)

快速公交站臺安全門系統(tǒng)采用對開式半高安全門結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動電機、傳動裝置、固定側(cè)盒、滑動門、滾輪和導(dǎo)軌等部件[2,3]，如圖1所示。

1.2 工作原理

安全門設(shè)計有以下三種開合方式：

(1)公交車輛門開關(guān)聯(lián)動控制。當(dāng)快速公交車輛進站駐車時，首先保證車輛門與站臺安全門的滑動門位置一一對應(yīng)；再由公交司機操作車輛門開關(guān)，使車載紅外發(fā)射裝置發(fā)出信號至站臺安全門系統(tǒng)，控制滑動門與車輛門同步開啟或關(guān)閉。

(2)手動控制。當(dāng)安全門聯(lián)動控制出現(xiàn)故障時，就需要通過手動控制方式發(fā)出開門或關(guān)門命令，手動控制方式通過站務(wù)監(jiān)控室觸摸屏或遙控裝置完成。

(3)應(yīng)急解鎖控制?；瑒娱T上設(shè)有機械式緊急解鎖裝置，在緊急情況下，站務(wù)室工作人員從站臺側(cè)打開滑動門緊急解鎖裝置，即可手動推開滑動門[4]。

1-驅(qū)動電機；2-傳動裝置；3-固定側(cè)盒；4-滑動門；5-滾輪；6-導(dǎo)軌

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能設(shè)計

安全門系統(tǒng)具有減速閉合和防撞防夾功能，以避免可能發(fā)生的滑動門對人體碰撞而形成的傷害，具體如下:①滑動門開啟和閉合時，工作平穩(wěn)，確保在2.5 s～4 s內(nèi)完成動作[5];②滑動門在閉合過程中，當(dāng)兩扇門相鄰邊緣的間距為200 mm時，觸壓減速開關(guān)，兩門以較慢速度繼續(xù)移動，完成閉合動作;③兩固定側(cè)盒的內(nèi)側(cè)邊安裝有對射光柵，兩滑動門內(nèi)側(cè)邊緣安裝有微動開關(guān),當(dāng)光柵檢測到有乘客正通過安全門，或微動開關(guān)檢測到滑動門碰撞乘客或物品時，關(guān)閉動作立即停止，并執(zhí)行開門動作。

2.2 控制原理

安全門系統(tǒng)控制原理框圖如圖2所示。PLC是控制系統(tǒng)的中樞，接收來自指令開關(guān)、傳感器和行程開關(guān)等元件的輸入信號(X)，在進行信息存儲、邏輯運算和順序控制等處理后，輸出脈沖信號(Y)；通過驅(qū)動器控制步進電機旋轉(zhuǎn)的角位移、角速度和方向，進而驅(qū)動安全門執(zhí)行開啟或關(guān)閉操作；通過狀態(tài)指示燈和蜂鳴器等元件，顯示安全門系統(tǒng)工作狀態(tài)；通過上位機可實時監(jiān)控和修改系統(tǒng)的運行參數(shù)。

圖2 安全門系統(tǒng)控制原理框圖

2.3 硬件選型與信號分配

站臺每個候車單元安裝一組安全門，每組安全門包括3對滑動門。現(xiàn)以控制安全門左側(cè)活動門為例，介紹PLC控制程序設(shè)計。

根據(jù)系統(tǒng)的控制方案，綜合分析控制要求、輸入輸出點數(shù)和存儲器容量，確定選用臺達DVP28SV11T型PLC為控制器，配套電源模塊及擴展I/O模塊各1件。選用86BYG250H步進電機和MA860H驅(qū)動器。PLC輸入、輸出信號地址分配如表1所示。

表1 I/O信號地址分配

3 控制程序設(shè)計

3.1 控制程序編制

3.1.1 控制方式程序

聯(lián)動控制方式由司機操作車輛開關(guān)，通過公交車輛與安全門系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的紅外傳感器發(fā)出信號；手動方式由站務(wù)工作人員通過觸摸屏或遙控器進行?？刂品绞匠绦蛟O(shè)計如圖3所示。站務(wù)工作人員手動控制操作的級別優(yōu)先于司機聯(lián)動控制操作；任意一種方式控制安全門開啟或關(guān)閉指令發(fā)生后，都可以觸發(fā)計數(shù)器C0作1至2循環(huán)計數(shù)，輪流接通開門(電機正轉(zhuǎn)M16為on)或關(guān)門(電機反轉(zhuǎn)M17為on)信號。

圖3 控制方式程序

3.1.2 速度切換控制程序

安全門開啟時，滑動門以較高的速度移動；執(zhí)行閉合動作時，先以較高的速度移動，只有當(dāng)滑動門觸壓到減速開關(guān)時，才以較慢的速度移動?；瑒娱T快速或慢速移動的速率和行程，結(jié)合機械裝置傳動比、步進電機固有步距角和驅(qū)動器細分數(shù)設(shè)置，經(jīng)計算，控制滑動門快速移動時，指令脈沖輸出頻率為K1000，輸出數(shù)目為K2800；滑動門慢速移動時，指令分別為K300和K400。速度切換控制程序如圖4所示。

圖4 速度切換控制程序

3.1.3 變速開合控制程序

步進電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，通過執(zhí)行脈沖指令PLSY完成。正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)換向、反轉(zhuǎn)快速級與慢速級參數(shù)切換時，需在停止PLSY執(zhí)行后，至少延遲一個掃描周期，再次執(zhí)行。變速開合控制程序如圖5所示。

圖5 變速開合控制程序

當(dāng)M16為on時，步進電機正轉(zhuǎn)，安全門開啟。若全部脈沖發(fā)出，指令PLSY執(zhí)行完畢時，由執(zhí)行完畢信號M1029使M30置位，停止PLSY的執(zhí)行條件；當(dāng)安全門觸壓限位開關(guān)時，只有部分脈沖發(fā)出，系統(tǒng)由X15常閉觸點斷開，停止指令PLSY執(zhí)行。當(dāng)M17為on時，步進電機反轉(zhuǎn)，安全門閉合。當(dāng)輸出信號Y10得電，發(fā)出電機反向信號后，同時通過T0延時500 ms，使指令PLSY停止至少一個掃描周期后，再次執(zhí)行；在滑動門觸壓減速開關(guān)后，同樣通過T1延時至少一個掃描周期，再執(zhí)行慢速移動。

電機正、反轉(zhuǎn)換向時，利用M16/M17互鎖功能，通過對應(yīng)M17/M16下降沿信號，置位M30，接通指令PLSY的執(zhí)行條件。

3.1.4 防撞防夾控制程序

安全門的防撞防夾功能通過光柵和安裝在活動門內(nèi)側(cè)邊緣的微動開關(guān)實時檢測完成。防撞防夾控制程序如圖6所示。在安全門關(guān)閉的過程中，若有乘客突然通行，或發(fā)生碰撞、卡夾乘客或物品時，系統(tǒng)通過計數(shù)器C0直接觸發(fā)電機正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)無條件執(zhí)行開門動作。無論是在開門或是關(guān)門的過程中，防撞防夾功能觸發(fā)的開門動作，均需通過T2延時至少一個掃描周期后，再次執(zhí)行指令PLSY。

圖6 防撞防夾控制程序

3.2 程序模擬與調(diào)試

利用編程軟件的仿真器功能，模擬安全門系統(tǒng)運營時的實際工況要求，設(shè)置各輸入信號狀態(tài)，監(jiān)控梯形圖程序運行邏輯關(guān)系以及輸出信號狀態(tài)變化。仿真結(jié)果顯示，程序運行邏輯關(guān)系符合設(shè)計預(yù)期。

為驗證設(shè)計的可行性和程序正確性，制作了聯(lián)調(diào)試驗裝置，如圖7所示，以手動開關(guān)模擬傳感器和行程開關(guān)信號，以指示燈模擬電機執(zhí)行信號。調(diào)試結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)在聯(lián)動和手動控制方式下，均能實現(xiàn)滑動門開啟和閉合動作；當(dāng)滑動門觸壓減速擋塊后，減速閉合動作執(zhí)行正常；在閉合過程中，若有行人通過，或滑動門碰撞物品時，后者均能自動返回；控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，滿足安全門技術(shù)要求。

圖7 聯(lián)調(diào)試驗裝置

4 結(jié)論

本研究設(shè)計了以PLC為控制核心的安全門防撞防夾自動控制系統(tǒng)，設(shè)計了滿足工作現(xiàn)場需求的聯(lián)動控制和手動控制方式，完成了安全門速度切換、變速開合和防撞防夾等功能模塊程序編制。模擬運行仿真和試驗調(diào)試結(jié)果表明，該防撞防夾控制系統(tǒng)能有效地解決快速公交站臺安全門系統(tǒng)存在的安全隱患，滿足安全門工作穩(wěn)定性和安全性要求，顯著提高了快速公交系統(tǒng)運營效率。