武漢地鐵運營有限公司 孫 詩 沈何一

1.系統(tǒng)概述

隨著軌道交通的快速發(fā)展，給市民出行帶來了快捷和便利。但隨著投入建設(shè)和運營使用的地鐵線路逐漸增加，地鐵成本支出顯著增長，同時給地鐵公司也帶來了巨大的壓力。對此，成本管控、開源節(jié)流變成了地鐵運營重點研究的話題。目前地鐵運營占比較高的幾類主要成本支出為：人力成本、車輛和設(shè)施設(shè)備維修維護成本、設(shè)備大修大改支出成本以及生產(chǎn)能源使用成本。本節(jié)能系統(tǒng)通過對自動售檢票設(shè)備各模塊自動化管控，讓設(shè)備各模塊能在運營時間內(nèi)自動上電，運營結(jié)束時間內(nèi)自動斷電，節(jié)省電力，在能源使用方面有效的對運營成本進行管控。

1.1 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)主要通過特制的電源主控單元快速地讀取自動售檢票設(shè)備主控單元（工控機）儲存的模塊運營控制時間等重要信息指定，并借助電源開關(guān)控制模塊對單程票、硬幣等模塊單獨電力控制。通過RS232數(shù)據(jù)接口，進行信息數(shù)據(jù)及指令的交互，實現(xiàn)自動開啟和關(guān)閉指定模塊的電源。

1.2 系統(tǒng)優(yōu)越性

本系統(tǒng)運用范圍廣泛，不僅僅局限于某一城市某一類型自動售檢票設(shè)備應(yīng)用。系統(tǒng)主要對電源模塊源頭輸出進行控制，起到橋接的作用，可應(yīng)用于不同廠家生產(chǎn)的自動售檢票設(shè)備內(nèi)。

本系統(tǒng)程序簡單，適配性強。系統(tǒng)控制時間為通過讀取信息數(shù)據(jù)XML文件中的時間點關(guān)鍵字，與實際設(shè)備時間對比進行程序開啟或關(guān)閉控制。

本系統(tǒng)成本低，實用性高。本系統(tǒng)采用的電子元件及數(shù)據(jù)傳輸接口等硬件，原料采購方便，且制作費用較低。

2.硬件設(shè)計

該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個部分：電源主控單元、電源開關(guān)控制模塊、串口通訊線、穩(wěn)壓電路等。

自動售檢票設(shè)備節(jié)能系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 電源主控單元

電源主控單元主要采用ARM9及以上芯片，具有體積小、低功耗、低成本、高性能的優(yōu)點。通過RS232串口實現(xiàn)與上位機（自動售檢票工控機）之間的信息交互工作，實時監(jiān)控上位機存儲的模塊運營時間控制參數(shù)，當參數(shù)信息發(fā)生變化，電源主控單元可以迅速接收變化信息并做出比對判斷，同時根據(jù)實時信息作出相應(yīng)的指令并反饋給各個繼電器。

圖1

2.2 電源開關(guān)控制模塊

電源開關(guān)控制模塊采用8個繼電器組裝而成，分別獨立控制硬幣、單程票等不同模塊。一般繼電器具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動關(guān)系。運用到本系統(tǒng)控制電路中時，繼電器做為控制電流聯(lián)通與否的中間件，一種用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”，對電路起到自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器在未收到模塊斷電指令時，處于斷電常開狀態(tài)；當接收到某模塊斷電的指令時，控制該模塊的繼電器處于上電閉合狀態(tài)。此設(shè)計在于繼電器故障時，連接的設(shè)備模塊仍可以正常工作使用，減少可能存在的故障點。

2.3 串口通訊

工控機與電源主控單元之間為RS232通信傳輸方式，主要采用RXD、TXD兩路數(shù)據(jù)傳輸方式。

2.4 穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路在系統(tǒng)中起到穩(wěn)定電源及將電源供電轉(zhuǎn)換成電路板所需電壓的作用。

圖2

3.軟件設(shè)計

本系統(tǒng)通過實時監(jiān)控，判斷工控機接收的運營時間控制參數(shù)是否發(fā)生變化，依據(jù)時間及模塊信息在指定的某一時間改變繼電器的開閉合狀態(tài)，進而實現(xiàn)電源開關(guān)控制。

系統(tǒng)軟件處理流程圖如圖2所示。

3.1 模塊運營時間控制參數(shù)

模塊運營時間控制參數(shù)通過ACC下發(fā)LC到SC再到各車站自動售檢票設(shè)備，存儲于設(shè)備工控機內(nèi)，以XML文件形式用于設(shè)置設(shè)備內(nèi)各模塊的運營工作和結(jié)束切換時間。此系統(tǒng)主要用到參數(shù)中的運營開始時間參數(shù)“Opentime”以及運營結(jié)束時間參數(shù)“Closetime”，以及模塊代碼單程票模塊“0201”、硬幣模塊“0202”等。

3.2 處理流程設(shè)計

電源主控單元實時讀取模塊運營時間參數(shù)中各模塊的運營時間點，并寫入芯片的控制程序中。當檢測到運營時間點發(fā)生變化的時候，電源主控單元會將新的時間點覆蓋上次記錄的時間點，并寫入控制程序中，確保參數(shù)根據(jù)運營需求實時進行更新。若時間參數(shù)無變化，系統(tǒng)則以最后一次記錄的參數(shù)時間為準。當系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)時間和記錄的最新運營控制時間一致時，電源主控單元會立刻對電源開關(guān)控制模塊作出對應(yīng)模塊的控制指定。例如當系統(tǒng)時間與時間控制參數(shù)中單程票模塊“0201”的“Closetime”時間點一致時，電源主控單元給電源開關(guān)控制模塊發(fā)出單程票模塊運營結(jié)束的指定，連接單程票模塊的繼電器將從斷電常開狀態(tài)變?yōu)樯想婇]合狀態(tài)，控制單程票模塊斷電。同時，由工控機接收到單程票模塊未工作反饋狀態(tài)，及時更新設(shè)備模塊服務(wù)狀態(tài)。反之，開始運營時則會指定相應(yīng)繼電器斷開。如果系統(tǒng)時間未達到參數(shù)中對應(yīng)的時間點，那么電源控制單元保持最后一次指定狀態(tài)。

4.總結(jié)

本文闡述了地鐵自動售檢票節(jié)能控制系統(tǒng)的整體設(shè)計，包括硬件和軟件的實現(xiàn)，該系統(tǒng)用于地鐵自動售檢票系統(tǒng)車站設(shè)備內(nèi)部，將節(jié)省地鐵運營的能源成本和人力成本。

[1]陳旻瑜.地鐵運營成本特性分析[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2006(4):91.