胡芳鐵

(杭州地鐵集團有限責(zé)任公司運營分公司，310017，杭州//工程師)

地鐵站臺屏蔽門是安裝于地鐵車站站臺邊緣的連續(xù)屏障,將列車的軌行區(qū)與乘客候車區(qū)域隔離。屏蔽門和列車車門會在小于1 s內(nèi)同步開啟，屏蔽門和列車門關(guān)閉的時間差也大致相同[4]。屏蔽門的活動門數(shù)量多，運營中平均每2 min須開關(guān)門一次，因此,其控制系統(tǒng)必須十分安全可靠[1]。

1 屏蔽門控制邏輯分析

控制系統(tǒng)是屏蔽門設(shè)備的核心，主要由中央控制單元(PEDC)、站臺端頭控制盤(PSL)、車站綜合控制盤(IBP)、站臺滑動門門機控制器(DCU)及執(zhí)行電機、工控機(MMS)、列車自動控制系統(tǒng)(ATC)、輸入/輸出模塊、聲光報警裝置和現(xiàn)場環(huán)網(wǎng)總線等構(gòu)成，完成對整個站臺屏蔽門的實時控制和監(jiān)視[2]。

當信號系統(tǒng)與屏蔽門由于故障原因無法實現(xiàn)聯(lián)動時，需要駕駛員人工控制屏蔽門開關(guān)，從而導(dǎo)致列車停站時間延長，乘客體驗度下降；而消除聯(lián)動故障需要維修人員去設(shè)備現(xiàn)場復(fù)位控制主機，又將導(dǎo)致屏蔽門短時間暫停使用。因此,在運營高峰期內(nèi),該故障往往不能即時處理[3]。

杭州地鐵2、4號線采用英國西屋站臺屏蔽門公司生產(chǎn)的屏蔽門設(shè)備。在正常情況下,其屏蔽門控制系統(tǒng)可通過5個優(yōu)先級方案實現(xiàn)站臺屏蔽門的開、關(guān)操作，如表1所示。

以上五級控制方式中，第一級(最高級)是通過手動解鎖的方式，利用手動機械推拉方式開、關(guān)單個門，是在其他控制方式全部失效情況下的緊急機械處理方式；第二級是通過屏蔽門門頭上的LCB開關(guān)直接控制單個屏蔽門的DCU來實現(xiàn)單扇屏蔽門的操作。以上兩種控制方式是在別的控制方式都發(fā)生故障時采用的針對單扇門的就地操作，在此不進行分析。

第三和第四級是通過裝在中央接口盤柜里的PILZ安全繼電器來實現(xiàn)邏輯控制和開、關(guān)門輸出控制。第五級控制方式是PEDC接收信號系統(tǒng)開、關(guān)門指令后通過邏輯運算輸出控制開、關(guān)門。以上三級控制功能如圖1所示。

圖1 原屏蔽門控制功能圖

2 屏蔽門控制器故障

地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)的常見故障有：①屏蔽門控制器死機；②屏蔽門控制器內(nèi)部的開關(guān)門繼電器故障；③屏蔽門控制器主機故障。杭州地鐵2號線東南段總長13.338 km，共設(shè)13座車站，2014年6月開始運營。其屏蔽門2015年發(fā)生控制器主機故障2起,2016年發(fā)生控制器主機故障13起、控制器死機5起、繼電器故障1起,2017年發(fā)生控制器主機故障8起、控制器死機1起。

屏蔽門控制器故障會引起整側(cè)門無法通過信號系統(tǒng)自動開/關(guān)門。為保證地鐵列車安全、有序運營，成立了攻關(guān)小組研發(fā)后備控制器,以解決上述屏蔽門控制系統(tǒng)故障問題。

3 故障處理方法

為消除地鐵屏蔽門控制器的故障,設(shè)計和制作了后備控制器。根據(jù)收集的現(xiàn)場需求和理論分析，設(shè)計的后備控制器應(yīng)具有以下功能：

(1) 后備控制器具有第六級控制功能。當?shù)谌?、四級控制激活時，后備控制器的輸出被阻斷；當?shù)谖寮壙刂破鱌EDC功能正常時，后備控制器不發(fā)生作用。當?shù)谌?、四級控制未被激活，而第五級控制器PEDC發(fā)生故障時，后備控制器能自動投入；當PEDC故障消除時，后備控制器能自動退出。具體功能圖如圖2所示。

(2) 后備控制器投入使用時，能直接對PEDC停電重起，或是直接更換處理。在處理過程中應(yīng)不影響屏蔽門的自動運行。

圖2 改進后屏蔽門控制功能圖

(3) 當后備控制器投入使用時,能產(chǎn)生聲光報警,提醒運維人員PEDC已經(jīng)發(fā)生故障,無法使用。

(4) 后備控制器具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，可通過開放的通信協(xié)議與上位機聯(lián)網(wǎng)通信。將后備控制器每一次投入使用的時間、狀態(tài)和屏蔽門系統(tǒng)開/關(guān)門指令、開/關(guān)門狀態(tài)等相關(guān)信息保存在上位機中，以便事后的追溯和查詢。

根據(jù)以上功能，設(shè)計采用西門子S7200SMART PLC(可編程邏輯控制器)作為后備控制器邏輯控制單元，輸入信號采用光藕隔離，輸出則采用繼電器隔離。

針對功能一:將信號系統(tǒng)開/關(guān)門信號同時發(fā)給屏蔽門主機控制器(PEDC)和后備控制器，使得主備機能同時采到信號系統(tǒng)發(fā)來的開/關(guān)門指令；并將PEDC的使能輸出與開/關(guān)門輸出信號采到后備控制器中，通過邏輯計算后輸出。使能輸出信號直接至門頭DCU，而開/關(guān)門輸出信號要先經(jīng)過PSL和IBP控制系統(tǒng)的安全繼電器輔助觸點;當PSL或IBP控制系統(tǒng)被激活時，利用安全繼電器的輔助觸點切斷后備控制器輸出的開/關(guān)門信號。

針對功能二:在備用控制器里增裝兩路開關(guān)電源(DC 60 V和DC 24 V)供信號采樣和PLC輸入使用，AC 50 V電源接至隔離變壓器輸出端，中間加裝空開作為短路和過載保護。將所有的操作電源獨立后，當PEDC發(fā)生故障時，可對PEDC停電而不影響后備控制器的動作。因此,停電后可直接更換PEDC而不用等到晚上運營結(jié)束，更換后PEDC投入使用，后備控制器自動退出。

針對功能三:當后備控制器投入使用時，PLC開關(guān)量輸出控制一個聲光報警器和一個報警燈，并持續(xù)報警。為了不影響員工處理故障，聲光報警器可裝一只轉(zhuǎn)換開關(guān)臨時切除或消音；報警燈不能切除，并持續(xù)2 Hz頻率閃爍,直到故障處理完畢、后備控制器退出后,按復(fù)位按鈕才能消除報警燈。為了及時發(fā)現(xiàn)PEDC發(fā)生故障，已將后備控制器接入屏蔽門控制系統(tǒng)，并加裝了一個聲光報警器至車控室。當后備控制器投入使用時，車控室能第一時間發(fā)現(xiàn)，并通知工班處理。

針對功能四:利用S7200SMART PLC的串口通信功能，采用RS 485差分串行通信，軟件規(guī)約為MODBUS規(guī)約，實時顯示當前運行狀態(tài)及事件記錄，顯示后備控制器當前工作狀態(tài)及投入的具體時間等信息?？赏ㄟ^工控機查詢當前及歷史事件記錄。

為了保證后備控制器投入的可靠性，避免因線路或輸入等元器件故障引發(fā)的誤開門安全事件，經(jīng)過公司安全委員會討論，決定在后備控制器的輸出回路中串入ATC開門繼電器輔助觸點(如圖3所示)。如果因線路或元器件故障產(chǎn)生誤開門信號，則通過ATC開門信號繼電器的輔助接點來阻斷輸出回路，并輸出聲光報警信號，使工班人員及時發(fā)現(xiàn)故障，切除故障點。

圖3 屏蔽門改造后加入輸出閉鎖控制功能圖

根據(jù)以上設(shè)計組裝的后備控制器在2號線蜀山車輛段樣機房進行了PEDC故障模擬、屏蔽門開至一半或關(guān)至一半時PEDC故障模擬等運行，后備控制器均能及時投入(投入時間小于300 ms)使用，故障恢復(fù)后后備控制器自動退出運行;此外,進行了PSL或IBP激活時后備控制器不工作的試驗，共累計500次，達到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

杭州地鐵2號線東南段2014年開通后，屏蔽門控制器PEDC多次發(fā)生故障，導(dǎo)致信號系統(tǒng)發(fā)給屏蔽門開/關(guān)門指令后,屏蔽門無法自動開/關(guān)門，延長了列車的?？繒r間，并影響后續(xù)列車的正常行駛。為了保證運營安全，對屏蔽門的工作原理和主機控制器的故障現(xiàn)象進行分析，制作了后備控制器,于2018年5月8日裝在2號線人民廣場站下行方向。該系統(tǒng)運行至2018年6月28日,屏蔽門主機控制器因故障而退出運行,同時，后備控制器自動投入使用并發(fā)出聲光報警，功能達到預(yù)期效果,驗證了后備控制器運行的有效性。

設(shè)備改造是一個不斷探索與實踐的過程，只有堅持問題導(dǎo)向,充分驗證確保安全,精益求精,才能把設(shè)備改造做好。