任若晨

（西安思源學(xué)院，陜西 西安 710038）

自動(dòng)化屏蔽門控制系統(tǒng)分析

任若晨

（西安思源學(xué)院，陜西 西安 710038）

自動(dòng)化屏蔽門是城市軌道交通中使用的安全裝置，文章首先通過對(duì)屏蔽門的出現(xiàn)背景以及類型進(jìn)行介紹，進(jìn)而展開自動(dòng)化屏蔽門的控制系統(tǒng)的研究，對(duì)其功能以及軟硬件結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行探討，為自動(dòng)化屏蔽門的研究提供一定的參考依據(jù)。

自動(dòng)化；屏蔽門；控制系統(tǒng)

自動(dòng)化屏蔽門是為了給列車或者地鐵乘客提供一種舒適安全的環(huán)境而出現(xiàn)的，而且其能夠使得列車或者地鐵的運(yùn)行更加節(jié)能減排，提高了能源的利用效率。另外，列車運(yùn)行中，屏蔽門的使用不僅減少了噪音，也提升了地鐵運(yùn)行的安全性。經(jīng)過多年來的自動(dòng)化屏蔽門的研究和應(yīng)用可知，自動(dòng)化屏蔽門的應(yīng)用符合列車運(yùn)行所要求的高安全性以及高精度性，且更加舒適和節(jié)能，因此國(guó)內(nèi)外很多地區(qū)都已經(jīng)大力推廣自動(dòng)化屏蔽門在列車上的應(yīng)用。

1 自動(dòng)化屏蔽門的出現(xiàn)背景與類型

1.1 自動(dòng)化屏蔽門的出現(xiàn)背景

20世紀(jì)80年代，自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)為使用列車的高安全性與乘客的舒適性應(yīng)運(yùn)而生，其是城市軌道交通中使用的安全裝置，通過對(duì)其設(shè)置可以區(qū)分開列車與站臺(tái)候車區(qū)域，并通過自動(dòng)感應(yīng)在列車出發(fā)或者到站時(shí)自動(dòng)關(guān)閉和打開。自動(dòng)化屏蔽門是一項(xiàng)綜合性高科技產(chǎn)品，其將站臺(tái)和列車運(yùn)行區(qū)域分割開來，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟關(guān)閉控制功能，使用自動(dòng)化屏蔽門除了能夠給乘客帶來更舒適更安全的環(huán)境之外，其自動(dòng)化的控制能夠減小列車內(nèi)外空氣流動(dòng)所引起的能量的散失，提高了能量的利用效率，由此可知地鐵屏蔽門系統(tǒng)的重要性。

1.2 自動(dòng)化屏蔽門的類型與發(fā)展

從目前各國(guó)設(shè)置的屏蔽門類型來看，主要有兩種類型，分別是全高封閉式和半高式，全高封閉式屏蔽門自動(dòng)化系統(tǒng)即是一道自上而下的玻璃隔墻和活動(dòng)門，將站臺(tái)與列車軌行區(qū)分隔開來，該種類型的功能是增加安全性，而且還能夠節(jié)約能耗以及加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)；而半高式屏蔽門自動(dòng)化系統(tǒng)，門體高度大約為1.5米，是一種敞開式將站臺(tái)與列車軌行區(qū)的進(jìn)行分隔的保護(hù)性設(shè)備。該種類型的自動(dòng)化屏蔽門既能夠做到保證乘客的安全功能，還能夠做好對(duì)噪聲的控制減弱。隨著軌道交通建設(shè)的大力發(fā)展，對(duì)安全、節(jié)能等因素越來越引起高度重視，而自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)作為一種新興技術(shù)，可以很好地應(yīng)用到城軌建設(shè)中去。自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)在我國(guó)的運(yùn)用稍晚，第一例自動(dòng)屏蔽門始于2003年7月廣州地鐵二號(hào)線開通后，列車屏蔽門系統(tǒng)全線運(yùn)營(yíng)，而現(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)新建的地鐵線大多都安裝了屏蔽門。但是國(guó)內(nèi)企業(yè)在屏蔽門的研制上才剛剛起步，自主制造能力相比國(guó)外還比較差，因此需要企業(yè)在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提高研發(fā)能力但絕不能完全采取追隨式的發(fā)展方式，一定要真正發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，有針對(duì)性地分析市場(chǎng)需求，形成自己獨(dú)到的技術(shù)發(fā)展觀，開發(fā)出更加適合國(guó)內(nèi)城市軌道交通需求的、具有現(xiàn)代水平的屏蔽門設(shè)備。

1.3 自動(dòng)化屏蔽門的結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化屏蔽門的結(jié)構(gòu)主要包括4大類，分別為固定門、滑動(dòng)門、應(yīng)急門及端門。所謂的固定門即為兩對(duì)滑動(dòng)門之間的不能夠打開的屏蔽結(jié)構(gòu)；滑動(dòng)門對(duì)應(yīng)于列車上的車輛門，數(shù)量上和位置上都是一一對(duì)應(yīng)的；應(yīng)急門其實(shí)質(zhì)指的是疏散通道，當(dāng)列車在停車站出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)的停車錯(cuò)誤，而且列車也不可能再進(jìn)行位置的調(diào)整，主要包括列車不完全進(jìn)站或不完全出站這兩類事故發(fā)生時(shí)，通過應(yīng)急門這一疏散通道保障乘客的安全；端門則設(shè)置在列車站臺(tái)的兩端口位置，垂直連接于靠站臺(tái)的屏蔽門，且與外墻結(jié)構(gòu)共同構(gòu)建成一個(gè)完整的封閉式的屏蔽系統(tǒng)。

2 自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)分析

2.1 自動(dòng)化屏蔽門控制系統(tǒng)的概述

自動(dòng)化屏蔽門是一項(xiàng)綜合性高科技產(chǎn)品，其將站臺(tái)和列車運(yùn)行區(qū)域分割開來，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟關(guān)閉控制功能，使用自動(dòng)化屏蔽門除了能夠給乘客帶來更舒適更安全的乘客環(huán)境之外，其自動(dòng)化的控制能夠減小列車內(nèi)外空氣流動(dòng)所引起的能量的散失，其能夠降低空調(diào)工作的30%的工作負(fù)荷，從而提高了能量的利用率，由此可知地鐵屏蔽門系統(tǒng)的重要性。而且自動(dòng)化屏蔽門的使用不僅減少了噪音，也提升了地鐵運(yùn)行的安全性。所以，列車屏蔽門自動(dòng)控制系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，是提升列車運(yùn)行質(zhì)量的必要工作。

在本次自動(dòng)化屏蔽門的控制系統(tǒng)的探討研究中，鑒于其涉及的學(xué)科知識(shí)比較廣、跨度大，筆者對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)從其最主要的組成部分進(jìn)行探討分析，其主要包括DCU門控單元、PSL就地借口盤、PSC中央接口盤等。地接口盤和中央接口盤以及門控單元之間使用的連接方式是硬線連接，中央接口盤與門控單元之間采用控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)通信。自動(dòng)屏蔽門PSD自動(dòng)切換功能的實(shí)現(xiàn)通常由信號(hào)系統(tǒng)控制，而信號(hào)系統(tǒng)向自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送“打開門”和“關(guān)閉門”的控制指令，直到下一次門狀態(tài)命令改變?yōu)橹埂Ｅc此同時(shí)，自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)將向信號(hào)系統(tǒng)提供PSD開關(guān)門狀態(tài)信息，并持續(xù)到下一次門狀態(tài)命令改變?yōu)橹?。如果自?dòng)化屏蔽門出現(xiàn)系統(tǒng)故障，此時(shí)即會(huì)有互鎖解除的指令從屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送至信號(hào)系統(tǒng)，從而將兩者互鎖的關(guān)系進(jìn)行解除。

2.2 自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)功能探討

在自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)中，功能應(yīng)用中的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括兩部分的內(nèi)容：控制功能和監(jiān)控功能。自動(dòng)控制系統(tǒng)功能包括SIG系統(tǒng)級(jí)控制、PSL站臺(tái)級(jí)控制、IBP手動(dòng)操作控制和火災(zāi)模式控制，其中手動(dòng)操作控制優(yōu)先級(jí)最高，而系統(tǒng)級(jí)別控制優(yōu)先級(jí)為最低。當(dāng)優(yōu)先操作完成時(shí)，再依次完成其他低級(jí)操作。系統(tǒng)級(jí)控制指的是處于正常運(yùn)行模式下，通過信號(hào)系統(tǒng)SIG直接控制屏蔽門的方式，當(dāng)列車進(jìn)站之后屬于在允許誤差范圍之內(nèi)停車時(shí)，兩側(cè)屏蔽門單元控制器PEDC通過DCU從而控制屏蔽門的運(yùn)行，它們兩者之間的連接線采用的是硬線連接。站臺(tái)級(jí)控制是通過手動(dòng)操作平臺(tái)在本地控制面板上的PSL控制屏門開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽門的控制。手動(dòng)操作控制由平臺(tái)人員通過“特殊鑰匙”或乘客通過“開門把手”這類控制鍵在自動(dòng)化屏蔽門出現(xiàn)故障問題時(shí)來打開屏蔽門。當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)火災(zāi)故障，那么火災(zāi)模式控制功能就體現(xiàn)出了重要性；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由車站工作人員使用緊急備份磁盤IBP來控制屏蔽門，自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)中站臺(tái)每側(cè)屏蔽門單元中每個(gè)設(shè)備的狀態(tài)信息由CAN總線監(jiān)控并將信息發(fā)送到相應(yīng)的PSC上，監(jiān)控設(shè)備通過個(gè)人計(jì)算機(jī)終端狀態(tài)從PSC獲取相關(guān)信息。自動(dòng)化屏蔽門的正常運(yùn)行或出現(xiàn)故障狀態(tài)的信息將通過電纜或光纜通道從PSC傳輸?shù)綑C(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)EMCS上，EMCS再將實(shí)時(shí)顯示的屏幕門狀態(tài)和故障狀態(tài)信息發(fā)送至控制站的系統(tǒng)上，從而使工作人員能夠及時(shí)通過屏幕信息了解和掌握列車的運(yùn)行和自動(dòng)化屏蔽門的工作狀態(tài)，并可以提供故障報(bào)警提示，還可以生成列車運(yùn)行的每月報(bào)告和故障記錄以備留存。

3 自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)探討

3.1 自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

自動(dòng)化屏蔽門控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基本思想是通過檢測(cè)方式檢測(cè)輸入端口的狀態(tài)，并根據(jù)檢測(cè)到的相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)及時(shí)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理。通常情況之下，都采用定時(shí)中斷的檢測(cè)方式來檢測(cè)重要信號(hào)，從而能夠在指定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行重要型號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)。自動(dòng)化屏蔽門的軟件系統(tǒng)主要包括PID算法、CAN總線程序、系統(tǒng)初始化程序和開關(guān)門過程控制程序等一些重要的組成部分。上電復(fù)位后，自動(dòng)屏蔽門系統(tǒng)開始實(shí)施初始化操作，接著就開始執(zhí)行門寬參數(shù)自學(xué)習(xí)程序；如果系統(tǒng)無法顯示故障位置和狀態(tài)，自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)就可以正常運(yùn)行；而架設(shè)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中遇到的障礙，防擠壓程序就會(huì)自啟動(dòng)識(shí)別并提示如何處理該問題。當(dāng)處理完問題且沒有再遇到故障，那么則各組成部分的狀態(tài)顯示正常，且能夠?qū)崿F(xiàn)正常的PID控制和手動(dòng)操作信號(hào)的檢測(cè)，也就進(jìn)一步保護(hù)自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.2 自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括電源、控制及驅(qū)動(dòng)這3大模塊。這其中，自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)中電源模塊的設(shè)計(jì)采用雙輸入電源模式，通過兩個(gè)外部電源分別將低壓交流電轉(zhuǎn)換為48 V和12 V直流電壓，然后在各種模塊下進(jìn)行不同的電壓轉(zhuǎn)換所需的電源；而對(duì)于自動(dòng)化屏蔽門控制系統(tǒng)中的控制模塊，主要包括ARM7微控制器LPC2129，控制面板接口電路和外部存儲(chǔ)器等一些組成部分，該模塊的主要功能是接收系統(tǒng)信息并控制程序，從而按照相應(yīng)的步驟進(jìn)行操作；最后一個(gè)重要的組成部分為驅(qū)動(dòng)模塊，在自動(dòng)化屏蔽門控制系統(tǒng)硬件組成部分，其主要包括的部分有CPLD，功率驅(qū)動(dòng)電路、速度檢測(cè)電路及過流檢測(cè)電路這幾個(gè)方面。一般而言，列車自動(dòng)化屏蔽門系統(tǒng)都是選擇CPLDEPM240T100作為分配電路的方案，單片機(jī)只需要輸出PWM信號(hào)，使能之能夠轉(zhuǎn)向；CPLD可以完成所有具體時(shí)序的任務(wù)，其優(yōu)點(diǎn)是可擴(kuò)展性和靈活性強(qiáng)。然而，從CPLD輸出的PWM信號(hào)是TTL電平信號(hào)，無法實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)，需要使用半導(dǎo)體功率驅(qū)動(dòng)電路來達(dá)成電源轉(zhuǎn)換功率，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的目的。

4 結(jié)語

地鐵屏蔽門自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，涉及的學(xué)科眾多，包括機(jī)械、電子、軟件等，可知地鐵屏蔽門自動(dòng)控制系統(tǒng)是一項(xiàng)極為復(fù)雜的工作，必須要采取更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)措施來完善地鐵屏蔽門系統(tǒng)自動(dòng)化的研究。筆者在本次論文中通過上述的研究，希望能夠?yàn)橐院蟮钠帘伍T的研究提供一定的幫助和參考價(jià)值。

[1]戴慧，田麗鴻.地鐵屏蔽門PSC綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012（3）：63-66.

[2]王嘯.屏蔽門門控單元在線固件更新方法的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（20）：46-49.

Analysis of automation screen door control system

Ren Ruochen
（Xi’an Siyuan University, Xi’an 710038, China）

The automation screen door is the safety device used in urban rail transit. This paper introduces the background and type of the screen door, and then starts the study on the control system of the automation screen door, discusses its function and hardware and software structure. To provide some reference for the study of automation screen door.

automation; screen door; control system

任若晨（1993— ），男，陜西咸陽，本科；研究方向：智能化。