周世爽

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運營分公司，518040，深圳∥高級工程師 ）

在自動售檢票（AFC）系統(tǒng)中，每個車站的所有閘機(jī)都必須與該車站內(nèi)的緊急放行控制器連接。緊急按鈕與緊急放行控制器連接，設(shè)在車站控制室的IBP（綜合后備盤）上，是一個無源干觸點按鈕。當(dāng)按下緊急按鈕后，閘機(jī)能馬上進(jìn)入緊急放行狀態(tài)；釋放緊急按鈕，閘機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。緊急按鈕控制器與閘機(jī)之間為硬線連接，緊急按鈕的操作不依賴于閘機(jī)軟件系統(tǒng)，也不依賴于車站計算機(jī)（SC），但緊急按鈕操作時須向SC 發(fā)送信號，使SC 記錄緊急按鈕的動作情況。

1 車站緊急放行系統(tǒng)的構(gòu)成

每個車站緊急放行系統(tǒng)的構(gòu)成主要有：IBP 上的緊急按鈕和聲光報警裝置，AFC 系統(tǒng)內(nèi)的緊急放行控制器、車站服務(wù)器、車站計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及終端設(shè)備，與火災(zāi)報警系統(tǒng)的接口等。如圖1所示。

圖1 緊急放行控制系統(tǒng)構(gòu)成

緊急情況發(fā)生時，可以通過以下5種方式讓閘機(jī)打開閘門，緊急放行乘客。

（1）按下IBP盤上的緊急按鈕，通過緊急放行控制器及控制線纜，使車站全部閘機(jī)的閘門開啟。緊急放行控制器將緊急放行信號分別發(fā)送至FAS（防災(zāi)報警系統(tǒng)）和SC，并使IBP盤發(fā)出聲光報警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過程如圖2所示。

（2）與FAS聯(lián)動。即：緊急放行控制器檢測到FAS報警的聯(lián)動信號后，通過緊急放行控制器及控制線纜，使車站全部閘機(jī)的閘門開啟。緊急放行控制器將緊急放行信號SC 并將已進(jìn)入緊急模式的狀態(tài)反饋給FAS，并使IBP 盤發(fā)出聲光報警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過程如圖3所示。

圖2 通過緊急按鈕啟動緊急放行模式

圖3 與FAS聯(lián)動啟動緊急放行模式

（3）SC 發(fā)送串口命令啟動緊急放行。即：SC通過串口發(fā)送緊急放行命令給緊急放行控制器，然后通過緊急放行控制器及控制線纜，使車站全部閘機(jī)的閘門開啟。緊急控制器將緊急放行信號發(fā)送至FAS，并使IBP盤發(fā)出聲光報警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過程如圖4所示。

（4）SC 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)命令啟動緊急放行。即：SC通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送緊急放行命令給車站內(nèi)的各臺閘機(jī)，使車站全部閘機(jī)的閘門開啟；同時，SC 還需要將進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息通過串口發(fā)送給緊急放行控制器，緊急控制器將緊急放行信號發(fā)送至FAS 和SC，并使IBP盤發(fā)出聲光報警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過程如圖5所示。

（5）由于特殊原因，導(dǎo)致上述4種方式都不能操作的情況下，可以通過切斷電源實現(xiàn)開啟閘機(jī)閘門的目的。具體過程如圖6所示。

圖4 SC 通過串口命令啟動緊急放行模式

圖5 SC 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)命令啟動緊急放行

圖6 人工切斷電源打開閘機(jī)閘門

2 緊急放行控制器

正常情況下，緊急放行控制器輸出DC24 V 的電壓信號到車站的每臺閘機(jī)，當(dāng)閘機(jī)內(nèi)的緊急信號接收電路監(jiān)測到DC24 V 的電壓信號消失，則表示需要該閘機(jī)切換到緊急狀態(tài)。每臺閘機(jī)內(nèi)有一個緊急信號接收電路，工作時該電路時刻監(jiān)視是否有緊急信號輸入的狀態(tài)，并將緊急信號的狀態(tài)送到閘機(jī)控制器和閘門驅(qū)動器。當(dāng)有緊急信號輸入時，閘機(jī)閘門會自動打開。

閘機(jī)緊急信號接收電路的電源由緊急放行控制器提供，不使用閘機(jī)的電源，對閘機(jī)不會產(chǎn)生任何干擾。緊急放行控制器是一個獨立于SC 與閘機(jī)設(shè)備的部件，信號電壓為DC24 V，具有強(qiáng)抗干擾能力。

緊急放行控制器的MCU（微控制單元）使用51系列或ARM（Acom 公司生產(chǎn)的微處理器）單片機(jī)，和SC 通過RS－232串口連接。

3 幾個問題的思考

在實際運營過程中，緊急放行控制器會帶來異常開閘事件，通過長期數(shù)據(jù)收集和分析，將閘機(jī)異常開閘現(xiàn)象分為兩大類：一類是閘機(jī)電源故障造成的，占35%；另一類是由于緊急控制器的相關(guān)故障造成的，占65%；本文主要針對緊急放行控制器的相關(guān)故障進(jìn)行分析說明。

閘機(jī)異常放行的原因調(diào)查統(tǒng)計情況分別見表1、表2。

表1 緊急控制器故障主要原因統(tǒng)計表

表2 閘機(jī)異常開閘故障主要原因統(tǒng)計表

由表1、表2可以看出：接線松脫是造成閘機(jī)意外開閘的最主要原因，這也與在現(xiàn)場調(diào)查和與現(xiàn)場操作人員、現(xiàn)場維護(hù)人員進(jìn)行交流了解到的情況相符合。根據(jù)可靠性理論，設(shè)備故障率曲線如圖7所示。由圖7可知，設(shè)備故障率隨時間的變化大致分早期故障期、偶發(fā)故障期和耗損故障期。

圖7 設(shè)備故障率曲線

早期故障期又叫磨合期。在此期間，開始的故障率很高，但隨著時間的推移，故障率迅速下降。此期間發(fā)生的故障主要是設(shè)計、制造上的缺陷所致，或使用不當(dāng)所造成。

進(jìn)入偶發(fā)故障期后，設(shè)備故障率大致處于穩(wěn)定狀態(tài)。在此期間，故障發(fā)生是隨機(jī)的，故障率最低而且穩(wěn)定，這是設(shè)備的正常工作期或最佳狀態(tài)期。在此間發(fā)生的故障多是因為設(shè)計、使用不當(dāng)及維修不力產(chǎn)生的，可以通過提高設(shè)計質(zhì)量、改進(jìn)管理和維護(hù)保養(yǎng)方法使故障率降到最低。

在設(shè)備使用后期，由于設(shè)備零部件的磨損、疲勞、老化、腐蝕等，故障率不斷上升，設(shè)備進(jìn)入耗損故障期。因此，如果在耗損故障期開始時進(jìn)行大修，可經(jīng)濟(jì)而有效地降低故障率。

由于接線松脫和電源故障是造成緊急放行控制器異常的最主要原因，為加強(qiáng)設(shè)備可靠性，可在設(shè)計階段考慮以下幾點建議。

3.1 緊急放行控制器航空插頭與雙電源的應(yīng)用

閘機(jī)正常工作時，緊急放行接口必須維持一個DC24 V 的輸入信號，否則閘機(jī)會進(jìn)入緊急放行狀態(tài)。該DC24 V 的輸入信號來自緊急放行控制器，所以正常工作情況下，必須要保證緊急放行控制器的正常供電。

在設(shè)計時，可使用航空插頭接插雙電源同時給緊急放行控制器供電，以增加電源的可靠性。其中任何一個電源出現(xiàn)故障時，都能由另一個電源繼續(xù)供電。兩路電源的電源輸入也采取不同的方式，其中一路使用市電供電，另一路通過UPS（不間斷電源）供電。緊急放行控制器對雙電源的輸出以及UPS是否正常進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)電源或UPS 出現(xiàn)故障時，緊急放行控制器會立即將故障狀態(tài)傳送到SC，以便能夠及時維修。

3.2 緊急按鈕常開或常閉觸點的選擇

在目前國內(nèi)實際運營的AFC 系統(tǒng)中，緊急按鈕既有使用常開觸點的也有采用常閉觸點的。

3.2.1 緊急按鈕采用常開與常閉的區(qū)別

（1）緊急按鈕采用不同性質(zhì)的觸點：常開方案采用常開觸點，常閉方案采用常閉觸點。

（2）緊急放行控制器主控單元檢測緊急按鈕是否動作的檢測電平正好相反，需要在軟件上注意區(qū)別；

（3）輸出到閘機(jī)組或閘機(jī)上的緊急放行信號電平正好相反，對于常閉方案，閘機(jī)檢測到輸入接口有DC24 V 電平則保持正常，無DC24 V 電平則進(jìn)入緊急放行；對于常開方案，閘機(jī)檢測到輸入接口無DC24 V 電平則保持正常，有DC24 V 電平則進(jìn)入緊急放行。這樣就要求閘機(jī)的緊急按鈕輸入接口要做相應(yīng)的變化。

3.2.2 使用常開與常閉方案的對比

（1）常開方案在閘機(jī)不需要緊急放行時閘機(jī)的緊急輸入接口不帶電，而常閉方案需要維持DC24 V 的電源，所以，閘機(jī)在正常使用時，使用常開方式更節(jié)電。

（2）由于從緊急按鈕到閘機(jī)的緊急輸入接口之間的連線發(fā)生故障時，使用常閉方式可以檢測到連線故障，而使用常開方式只有到需要按下緊急按鈕時才能檢測到，所以，使用常閉方式可以及時發(fā)現(xiàn)連線故障而進(jìn)行維護(hù)。

從安全的角度考慮，使用常閉方式更能及時發(fā)現(xiàn)故障，保證緊急放行時能及時響應(yīng)，也符合“故障導(dǎo)向安全”的原則。

3.3 與FAS的聯(lián)動

在設(shè)計時，需要考慮緊急放行控制器與FAS之間的聯(lián)動。

FAS提供一個干接點信號給緊急放行控制器，當(dāng)該接點打開時，F(xiàn)AS未要求閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)；干接點閉合時，F(xiàn)AS請求閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)，閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)并維持直到該干接點打開。緊急放行控制器也向FAS提供一個干接點信號，干接點打開時，表示閘機(jī)處于正常狀態(tài)；干接點閉合時，表示閘機(jī)已經(jīng)處于緊急放行狀態(tài)。

在實際運營過程中，閘機(jī)緊急放行不采取與FAS聯(lián)動的方式，一般情況下是采取人工聯(lián)動。即：FAS出現(xiàn)緊急報警時，由車站工作人員對FAS的緊急報警信號進(jìn)行確認(rèn)，然后確認(rèn)是否需要閘機(jī)緊急放行，需要閘機(jī)緊急放行時就人工按下緊急放行按鈕讓閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)。這樣做主要目的是為了防止誤啟動閘機(jī)緊急放行。

［1］白洪波.關(guān)于地鐵AFC設(shè)備國產(chǎn)化研究［J］.都市快軌交通，1998（02）：2.

［2］周末.城市軌道交通AFC系統(tǒng)運用分析［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2003（11）：86.

［3］伍敏.自動售檢票設(shè)備應(yīng)用中存在問題及應(yīng)對措施的探討［J］.都市快軌交通，2002（4）：45.

［4］榮毅.城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)進(jìn)一步國產(chǎn)化的路徑探究［J］.城市軌道交通研究，2013（9）：14.