站臺(tái)門系統(tǒng)接口信息記錄裝置設(shè)計(jì)

曲秋蒔，胡經(jīng)緯，王小娟，劉金梅

（北京交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院，1.副教授，2.講師，北京 100096）

引言

地鐵站臺(tái)門系統(tǒng)是地鐵重要機(jī)電設(shè)備，與列車信號(hào)系統(tǒng)相互配合，是乘客安全與列車運(yùn)行的保障。站臺(tái)門系統(tǒng)與列車信號(hào)系統(tǒng)間共包括四個(gè)接口指令，任一指令信息傳輸故障均會(huì)影響站臺(tái)門開關(guān)與列車運(yùn)行，故障處置延遲時(shí)間較一般故障處置延遲時(shí)間三倍以上，此類故障兼具偶發(fā)性和不確定性即接口故障排查中經(jīng)?；謴?fù)正常，無法判斷是哪方接口問題，一旦恢復(fù)運(yùn)行后易復(fù)發(fā)，嚴(yán)重影響乘客乘車與地鐵運(yùn)行。針對(duì)站臺(tái)門系統(tǒng)無列車信號(hào)系統(tǒng)接口指令信息記錄功能，天津地鐵對(duì)安全回路相關(guān)監(jiān)控展開研究，通過檢測(cè)等效電阻方法進(jìn)行監(jiān)控［1］；寧波地鐵提出新線建設(shè)時(shí)信號(hào)與站臺(tái)門接口故障隱患防范措施和思路［2］；北京地鐵從相對(duì)宏觀層面探討屏蔽門系統(tǒng)和地鐵信號(hào)系統(tǒng)接口發(fā)展特點(diǎn)［3］；沙洲職業(yè)工學(xué)院等單位通過改變控制系統(tǒng)來降低故障率或提高發(fā)車效率，但在指令接口故障點(diǎn)來源方面探討較少［4-5］。以西屋站臺(tái)門系統(tǒng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)一種站臺(tái)門系統(tǒng)接口信息記錄裝置，采用光歐姆龍AQY210型繼電器和西門子S7-200型PLC為核心元件，具有可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可為故障診斷與分析提供可視化數(shù)據(jù)，為站臺(tái)門的智能維護(hù)系統(tǒng)提供信息支撐。

1 工作原理與設(shè)計(jì)思路

1.1 站臺(tái)門系統(tǒng)指令信息收發(fā)原理

西屋站臺(tái)門系統(tǒng)主要包括中央控制器（PEDC）和從動(dòng)繼電器，中央控制器負(fù)責(zé)接收列車信號(hào)系統(tǒng)開門、關(guān)門指令，將指令發(fā)送至整側(cè)站臺(tái)門門控單元控制器（DCU）；從動(dòng)繼電器是監(jiān)測(cè)整側(cè)24 道滑動(dòng)門、6道應(yīng)急門的“關(guān)閉且鎖緊”狀態(tài)，向列車信號(hào)系統(tǒng)反饋“關(guān)閉且鎖緊”指令信息，系統(tǒng)異常時(shí)反饋“互鎖解除”指令信息，4組指令信息收發(fā)原理如圖1所示。

圖1 列車信號(hào)系統(tǒng)、站臺(tái)門系統(tǒng)4組指令信息收、發(fā)原理

1.2 設(shè)計(jì)思路

站臺(tái)門系統(tǒng)接口信息記錄裝置需要在線實(shí)時(shí)記錄“開門”、“關(guān)門”、“關(guān)閉且鎖緊”和“互鎖解除”4組指令信息，指令信息采集點(diǎn)選定在列車信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門系統(tǒng)接口部位，安裝在中央接口盤控制柜內(nèi)對(duì)應(yīng)端子排上即4 組指令的接入端子處，避免因兩個(gè)系統(tǒng)單方故障而相互影響，造成指令信息記錄錯(cuò)誤事件發(fā)生。

1.3 “開門”“關(guān)門”指令信息采集電路設(shè)計(jì)

在中央接口盤控制柜內(nèi)，列車信號(hào)與站臺(tái)門系統(tǒng)間“開門”指令接口電壓為DC24V。信號(hào)系統(tǒng)發(fā)布“開門”指令時(shí)，站臺(tái)門“開門”指令繼電器線圈得電，下發(fā)開門信息，信號(hào)系統(tǒng)發(fā)布“關(guān)門”指令時(shí)，站臺(tái)門“關(guān)門”指令繼電器線圈得電，下發(fā)關(guān)門信息，信息均通過光繼電器進(jìn)行采集，原理如上圖1所示，接線如圖2所示。

圖2 “關(guān)門”指令信息采集接線示意圖

1.4 “關(guān)閉且鎖緊”指令信息采集電路

列車信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門系統(tǒng)設(shè)有2 條“關(guān)閉且鎖緊”指令信息，每條指令信息包括與站臺(tái)門體聯(lián)通的“關(guān)閉且鎖緊”大回路以及與信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)通的小回路，原理如圖3所示。

圖3 “關(guān)閉且鎖緊”指令信息大回路工作原理示意圖

指令大回路中整側(cè)站臺(tái)門“關(guān)閉且鎖緊”指令信息發(fā)布前提是48扇滑動(dòng)門和12扇應(yīng)急門所關(guān)聯(lián)的120 組行程開關(guān)（分為左、右扇門側(cè)各60 組行程開關(guān)）組成的“關(guān)閉且鎖緊”回路（也稱為安全回路）導(dǎo)通時(shí)，安全繼電器接通，站臺(tái)門發(fā)布“關(guān)閉且鎖緊”指令給信號(hào)系統(tǒng)，安全回路串聯(lián)120個(gè)行程開關(guān)后，通向安全繼電器線圈的正負(fù)極?！瓣P(guān)閉且鎖緊”指令小回路信息由從動(dòng)繼電器與列車信號(hào)系統(tǒng)接口端子排組成，由一個(gè)安全繼電器的兩個(gè)常開觸點(diǎn)雙切所控制的。經(jīng)前期故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比，“關(guān)閉且鎖緊”指令信息故障多發(fā)生在大回路中，設(shè)定指令信息記錄裝置監(jiān)測(cè)回路中行程開關(guān)為閉合狀態(tài)，設(shè)置在安全回路的端子排處，將光繼電器J3直接并聯(lián)在端子排65和66用于“關(guān)閉且鎖緊”指令信息采集。

1.5 “互鎖解除”指令信息采集電路

列車信號(hào)系統(tǒng)與站臺(tái)門系統(tǒng)之間的“互鎖解除”指令信息接口端子排為72、73、74、75，將光繼電器J4 直接并聯(lián)在端子排73、74 上，光繼電器J4 的線圈正極接端子排73，線圈負(fù)極接端子排74，用于“互鎖解除”指令信息采集。

2 接口數(shù)據(jù)的歸檔

數(shù)據(jù)歸檔是指通常按照日期時(shí)間排序的一組記錄，每條記錄代表著一些過程事件，過程事件中記錄了一套過程數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)歸檔向?qū)Фx數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，一條數(shù)據(jù)歸檔記錄是指寫入數(shù)據(jù)歸檔中單獨(dú)的數(shù)據(jù)行。選用S7-200型配有存儲(chǔ)卡槽的PLC，放置256K 存儲(chǔ)卡，通過STEP 7-Micro/Win［6］提供數(shù)據(jù)歸檔向?qū)?，將過程測(cè)量數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)卡中。用數(shù)據(jù)歸檔向?qū)?chuàng)建數(shù)據(jù)歸檔操作方式如下：

①為每個(gè)數(shù)據(jù)歸檔創(chuàng)建一個(gè)符號(hào)表，每張表均包含與數(shù)據(jù)歸檔域名相同的符號(hào)名用于定義儲(chǔ)存當(dāng)前數(shù)據(jù)歸檔所需V 存儲(chǔ)區(qū)地址；包含用于標(biāo)識(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)歸檔的符號(hào)常數(shù)，為每條數(shù)據(jù)歸檔記錄創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊標(biāo)簽，對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)歸檔域分配V存儲(chǔ)器地址，數(shù)據(jù)歸檔配置如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)歸檔配置

②勾選“使每條記錄包括一個(gè)時(shí)間戳記”和“使每條記錄包括一個(gè)日期戳記”選項(xiàng)，在“存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡中的數(shù)據(jù)記錄的最大數(shù)目”選項(xiàng)中設(shè)置最大數(shù)量需求，確保每條數(shù)據(jù)歸檔記錄中包含時(shí)間標(biāo)簽、日期標(biāo)簽，數(shù)據(jù)能留存至少半個(gè)月時(shí)間。

③單擊“域名”單元格，錄入域名，單擊“數(shù)據(jù)類型”單元格，從下拉列表中選擇“數(shù)據(jù)類型”［7］。

④數(shù)據(jù)歸檔分配存儲(chǔ)區(qū)，在“建議地址”選項(xiàng)中創(chuàng)建一個(gè)V 存儲(chǔ)區(qū)地址，一條數(shù)據(jù)歸檔記錄在被寫入存儲(chǔ)卡之前，存儲(chǔ)在這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)地址中，選擇數(shù)據(jù)歸檔向?qū)扑]的尚未使用的V存儲(chǔ)區(qū)。

⑤在“項(xiàng)目組件”中選擇子程“DAT0_WRITE”選項(xiàng)，生成一個(gè)DAT0_WRITE 子程序，將指定的數(shù)據(jù)歸檔記錄從V 存儲(chǔ)區(qū)記錄到存儲(chǔ)卡中，每執(zhí)行一條“DAT0_WRITE”指令，會(huì)在存儲(chǔ)卡數(shù)據(jù)歸檔中記錄一條新的數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)歸檔項(xiàng)目組件如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)歸檔項(xiàng)目組件

3 PLC程序設(shè)計(jì)

S7-200 型PLC 資源管理器輸入端子I0.0、I0.1、I0.2、I0.3 分別為“開門”、“關(guān)門”、“關(guān)閉且鎖緊”和“互鎖解除”4 個(gè)指令信息輸入端子，各使用一個(gè)計(jì)時(shí)器來濾除尖峰脈沖，計(jì)時(shí)器設(shè)置為1秒，采集站臺(tái)門執(zhí)行每個(gè)開、關(guān)循環(huán)周期3 樣指令信息數(shù)據(jù)即“011、100、010”，011 表示“開門”指令信息為低電平，“關(guān)門”指令信息為高電平，“關(guān)閉且鎖緊”指令信息為高電平；100 表示“開門”指令信息為高電平，“關(guān)門”指令信息為低電平，“關(guān)閉且鎖緊”指令信息為低電平；010 表示“開門”指令信息為低電平，“關(guān)門”指令信息為高電平，“關(guān)閉且鎖緊”指令信息為低電平。使用T37 計(jì)時(shí)器消除“開門”指令信息和“開門”指令信息電平上升沿與下降沿不同步問題，設(shè)置時(shí)間為1秒，避免重復(fù)采集，增加存儲(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)量［8］。4個(gè)指令信息經(jīng)過兩級(jí)延時(shí)后，每個(gè)開、關(guān)循環(huán)周期由原來10余行周期記錄數(shù)據(jù)減小為3行周期記錄數(shù)據(jù)即“011、100、010”，程序設(shè)計(jì)梯形圖如圖6所示。

圖6 PLC梯形圖設(shè)計(jì)

4 數(shù)據(jù)的加載調(diào)用

當(dāng)站臺(tái)門系統(tǒng)發(fā)生故障，故障分析需要調(diào)閱根據(jù)“日期戳”和“時(shí)間戳”記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，使用多主站電纜將S7-200 型PLC 資源管理器與計(jì)算機(jī)接口（MPI）連接，打開資源管理器，將數(shù)據(jù)下載至計(jì)算機(jī)，通過EXCEL 加載數(shù)據(jù)信息，查看4個(gè)指令信息，UA代表“開門”指令、UB代表“關(guān)門”指令、UC代表“關(guān)閉且鎖緊”指令，其中信息記錄中的“1”表示變量為DC24V高電平，“0”表示變量為DC24V低電平，加載數(shù)據(jù)信息如圖7所示。

圖7 EXCEL中加載的數(shù)據(jù)信息

5 結(jié)論

西屋站臺(tái)系統(tǒng)接口信息記錄裝置組裝上電調(diào)試后，在西屋站臺(tái)門樣機(jī)進(jìn)行模擬測(cè)試，對(duì)樣機(jī)門“開門”、“關(guān)門”、“關(guān)閉且鎖緊”和“互鎖解除”4 個(gè)指令信息實(shí)時(shí)記錄，指令信息準(zhǔn)確率100%，日期準(zhǔn)確率100%，時(shí)間準(zhǔn)確率90%，裝置滿足設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，使用效果好，可推廣至路網(wǎng)其它地鐵線路應(yīng)用，為設(shè)備智能維保提供數(shù)據(jù)支持。