王元生，邱成鵬，宋天博，費美扣

(1.鹽城工業(yè)職業(yè)技術學院 汽車與交通學院，江蘇 鹽城 224005；2.鹽城市經(jīng)貿(mào)高級職業(yè)學校，江蘇 鹽城 224041)

0 引言

快速公交系統(tǒng)(Bus Rapid Transit，BRT)具有優(yōu)于普通公交系統(tǒng)的快捷性和舒適性，同時，由于其提供類似于城市軌道交通系統(tǒng)的客運服務模式，且投入的建設成本較低，正逐漸在國內(nèi)外多座城市建設并運營。快速公交站臺安全門是類似于軌道交通站臺屏蔽門系統(tǒng)的關鍵功能裝置，用于保障乘客安全和快速公交系統(tǒng)的正常運行[1]。國內(nèi)部分城市的快速公交系統(tǒng)專用站臺，使用了無安全門的開放式結構或傳統(tǒng)電控安全門，所導致的安全隱患引起了人們關注。本設計項目針對快速公交站臺安全門設施存在防夾防撞功能不足等安全隱患，依據(jù)安全門國家標準，開展安全門防撞防夾自動控制系統(tǒng)的應用研究和控制程序設計，以滿足快速公交系統(tǒng)對安全門工作穩(wěn)定性和安全性要求，對提高快速公交系統(tǒng)高效運營具有現(xiàn)實意義。

1 快速公交站臺安全門結構與工作原理

1.1 快速公交站臺安全門總體結構

快速公交站臺安全門系統(tǒng)采用對開式半高安全門結構，包括驅(qū)動電機、傳動裝置、固定側盒、滑動門、滾輪和導軌等部件[2,3]，如圖1所示。

1.2 工作原理

安全門設計有以下三種開合方式：

(1)公交車輛門開關聯(lián)動控制。當快速公交車輛進站駐車時，首先保證車輛門與站臺安全門的滑動門位置一一對應；再由公交司機操作車輛門開關，使車載紅外發(fā)射裝置發(fā)出信號至站臺安全門系統(tǒng)，控制滑動門與車輛門同步開啟或關閉。

(2)手動控制。當安全門聯(lián)動控制出現(xiàn)故障時，就需要通過手動控制方式發(fā)出開門或關門命令，手動控制方式通過站務監(jiān)控室觸摸屏或遙控裝置完成。

(3)應急解鎖控制?；瑒娱T上設有機械式緊急解鎖裝置，在緊急情況下，站務室工作人員從站臺側打開滑動門緊急解鎖裝置，即可手動推開滑動門[4]。

1-驅(qū)動電機；2-傳動裝置；3-固定側盒；4-滑動門；5-滾輪；6-導軌

2 控制系統(tǒng)設計

2.1 功能設計

安全門系統(tǒng)具有減速閉合和防撞防夾功能，以避免可能發(fā)生的滑動門對人體碰撞而形成的傷害，具體如下:①滑動門開啟和閉合時，工作平穩(wěn)，確保在2.5 s～4 s內(nèi)完成動作[5];②滑動門在閉合過程中，當兩扇門相鄰邊緣的間距為200 mm時，觸壓減速開關，兩門以較慢速度繼續(xù)移動，完成閉合動作;③兩固定側盒的內(nèi)側邊安裝有對射光柵，兩滑動門內(nèi)側邊緣安裝有微動開關,當光柵檢測到有乘客正通過安全門，或微動開關檢測到滑動門碰撞乘客或物品時，關閉動作立即停止，并執(zhí)行開門動作。

2.2 控制原理

安全門系統(tǒng)控制原理框圖如圖2所示。PLC是控制系統(tǒng)的中樞，接收來自指令開關、傳感器和行程開關等元件的輸入信號(X)，在進行信息存儲、邏輯運算和順序控制等處理后，輸出脈沖信號(Y)；通過驅(qū)動器控制步進電機旋轉(zhuǎn)的角位移、角速度和方向，進而驅(qū)動安全門執(zhí)行開啟或關閉操作；通過狀態(tài)指示燈和蜂鳴器等元件，顯示安全門系統(tǒng)工作狀態(tài)；通過上位機可實時監(jiān)控和修改系統(tǒng)的運行參數(shù)。

圖2 安全門系統(tǒng)控制原理框圖

2.3 硬件選型與信號分配

站臺每個候車單元安裝一組安全門，每組安全門包括3對滑動門?，F(xiàn)以控制安全門左側活動門為例，介紹PLC控制程序設計。

根據(jù)系統(tǒng)的控制方案，綜合分析控制要求、輸入輸出點數(shù)和存儲器容量，確定選用臺達DVP28SV11T型PLC為控制器，配套電源模塊及擴展I/O模塊各1件。選用86BYG250H步進電機和MA860H驅(qū)動器。PLC輸入、輸出信號地址分配如表1所示。

表1 I/O信號地址分配

3 控制程序設計

3.1 控制程序編制

3.1.1 控制方式程序

聯(lián)動控制方式由司機操作車輛開關，通過公交車輛與安全門系統(tǒng)關聯(lián)的紅外傳感器發(fā)出信號；手動方式由站務工作人員通過觸摸屏或遙控器進行。控制方式程序設計如圖3所示。站務工作人員手動控制操作的級別優(yōu)先于司機聯(lián)動控制操作；任意一種方式控制安全門開啟或關閉指令發(fā)生后，都可以觸發(fā)計數(shù)器C0作1至2循環(huán)計數(shù)，輪流接通開門(電機正轉(zhuǎn)M16為on)或關門(電機反轉(zhuǎn)M17為on)信號。

圖3 控制方式程序

3.1.2 速度切換控制程序

安全門開啟時，滑動門以較高的速度移動；執(zhí)行閉合動作時，先以較高的速度移動，只有當滑動門觸壓到減速開關時，才以較慢的速度移動?；瑒娱T快速或慢速移動的速率和行程，結合機械裝置傳動比、步進電機固有步距角和驅(qū)動器細分數(shù)設置，經(jīng)計算，控制滑動門快速移動時，指令脈沖輸出頻率為K1000，輸出數(shù)目為K2800；滑動門慢速移動時，指令分別為K300和K400。速度切換控制程序如圖4所示。

圖4 速度切換控制程序

3.1.3 變速開合控制程序

步進電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，通過執(zhí)行脈沖指令PLSY完成。正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)換向、反轉(zhuǎn)快速級與慢速級參數(shù)切換時，需在停止PLSY執(zhí)行后，至少延遲一個掃描周期，再次執(zhí)行。變速開合控制程序如圖5所示。

圖5 變速開合控制程序

當M16為on時，步進電機正轉(zhuǎn)，安全門開啟。若全部脈沖發(fā)出，指令PLSY執(zhí)行完畢時，由執(zhí)行完畢信號M1029使M30置位，停止PLSY的執(zhí)行條件；當安全門觸壓限位開關時，只有部分脈沖發(fā)出，系統(tǒng)由X15常閉觸點斷開，停止指令PLSY執(zhí)行。當M17為on時，步進電機反轉(zhuǎn)，安全門閉合。當輸出信號Y10得電，發(fā)出電機反向信號后，同時通過T0延時500 ms，使指令PLSY停止至少一個掃描周期后，再次執(zhí)行；在滑動門觸壓減速開關后，同樣通過T1延時至少一個掃描周期，再執(zhí)行慢速移動。

電機正、反轉(zhuǎn)換向時，利用M16/M17互鎖功能，通過對應M17/M16下降沿信號，置位M30，接通指令PLSY的執(zhí)行條件。

3.1.4 防撞防夾控制程序

安全門的防撞防夾功能通過光柵和安裝在活動門內(nèi)側邊緣的微動開關實時檢測完成。防撞防夾控制程序如圖6所示。在安全門關閉的過程中，若有乘客突然通行，或發(fā)生碰撞、卡夾乘客或物品時，系統(tǒng)通過計數(shù)器C0直接觸發(fā)電機正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)無條件執(zhí)行開門動作。無論是在開門或是關門的過程中，防撞防夾功能觸發(fā)的開門動作，均需通過T2延時至少一個掃描周期后，再次執(zhí)行指令PLSY。

圖6 防撞防夾控制程序

3.2 程序模擬與調(diào)試

利用編程軟件的仿真器功能，模擬安全門系統(tǒng)運營時的實際工況要求，設置各輸入信號狀態(tài)，監(jiān)控梯形圖程序運行邏輯關系以及輸出信號狀態(tài)變化。仿真結果顯示，程序運行邏輯關系符合設計預期。

為驗證設計的可行性和程序正確性，制作了聯(lián)調(diào)試驗裝置，如圖7所示，以手動開關模擬傳感器和行程開關信號，以指示燈模擬電機執(zhí)行信號。調(diào)試結果表明，該控制系統(tǒng)在聯(lián)動和手動控制方式下，均能實現(xiàn)滑動門開啟和閉合動作；當滑動門觸壓減速擋塊后，減速閉合動作執(zhí)行正常；在閉合過程中，若有行人通過，或滑動門碰撞物品時，后者均能自動返回；控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，滿足安全門技術要求。

圖7 聯(lián)調(diào)試驗裝置

4 結論

本研究設計了以PLC為控制核心的安全門防撞防夾自動控制系統(tǒng)，設計了滿足工作現(xiàn)場需求的聯(lián)動控制和手動控制方式，完成了安全門速度切換、變速開合和防撞防夾等功能模塊程序編制。模擬運行仿真和試驗調(diào)試結果表明，該防撞防夾控制系統(tǒng)能有效地解決快速公交站臺安全門系統(tǒng)存在的安全隱患，滿足安全門工作穩(wěn)定性和安全性要求，顯著提高了快速公交系統(tǒng)運營效率。