魏廣宏 譚虓 譚鐵仁 林曉光 張無垠

（北京市地鐵運營有限公司 北京市 100043）

1 引言

地鐵屏蔽門、列車聯(lián)鎖之間：正常情況下，計算機系統(tǒng)聯(lián)鎖設備檢查屏蔽門的開、關(guān)門狀態(tài)，聯(lián)鎖設備通過（BIDI）設備發(fā)出開門命令判斷列車在站臺停穩(wěn)、停準，屏蔽門開門后，聯(lián)鎖設備通過編碼將列車限制在站臺區(qū)段，當聯(lián)鎖設備沒有接收到（BIDI）設備發(fā)出的開門命令而檢測到屏蔽門打開時，站臺區(qū)段及站臺離去區(qū)段（離去區(qū)段小于一個車長，則增加一個離去區(qū)段）將發(fā)送緊急停車碼，列車將無法駛?cè)胝九_，如果此時列車已進入站臺或車頭還未駛出離去區(qū)段，列車緊急制動。

地鐵屏蔽門系統(tǒng)的滑動門和應急門等門體關(guān)閉并鎖緊后，門體會觸發(fā)安裝在門機內(nèi)的關(guān)門到位行程開關(guān)和鎖閉行程開關(guān)，單側(cè)屏蔽門的所有關(guān)閉且鎖緊行程開關(guān)觸點串聯(lián)組成一個環(huán)路，環(huán)路控制一個安全繼電器，是為安全回路，在所有滑動門和應急門均關(guān)閉且鎖緊后，相應的行程開關(guān)的滾輪觸發(fā)動作，常開觸點閉合，所有觸點閉合串聯(lián)回路控制一個安全繼電器，安全繼電器線圈加電，由該繼電器向信號設備發(fā)送“關(guān)閉且鎖緊”命令，列車接到命令可以順利進入站臺或駛出。

屏蔽門門機設置有一個安全回路接口板，接口板的下端有兩個接線端子，左側(cè)為CN5，右側(cè)為CN6，CN5和CN6的1號端子在電路板內(nèi)部接一個集成電路，即松下PhotoMOS繼電器，繼電器的MOS管端，即圖1的常開點，當本道滑動門和應急門關(guān)閉時，PhotoMOS繼電器的輸入端加電，PhotoMOS繼電器的紅外線發(fā)光二極管照射MOS管，管腳4和6分別接CN5和CN6的1，當該道滑動門和應急門關(guān)閉且鎖緊時MOS管的4和6間導通，CN5和CN6的1號端子間導通。單側(cè)所有滑動門和應急門均關(guān)閉且鎖緊時，所有的PhotoMOS繼電器的MOS管均導通，即圖1的所有常開點均閉合，此時安全回路繼電器的線圈加電，屏蔽門系統(tǒng)向信號專業(yè)發(fā)出“關(guān)閉且鎖緊”命令。

圖1：地鐵屏蔽門單回路型安全回路工作原理圖

圖1所示安全回路為單回路型安全回路，此種安全回路的行程開關(guān)只能切斷安全回路的負極；許多城市的地鐵屏蔽門還采用雙回路型安全回路（圖3），進入安全回路的行程開關(guān)觸點的一半接在電源正極與繼電器線圈正極之間，其余行程開關(guān)接在線圈負極與電源負極之間。

圖2：松下PhotoMOS繼電器AQV201

圖3：雙回路型安全回路

當行程開關(guān)端子虛接、固定螺釘松動、觸點老化電阻變大時，安全回路行程開關(guān)串聯(lián)等效電阻增大或開路，此時，盡管所有滑動門和應急門已經(jīng)關(guān)閉且鎖緊，但安全回路的電流因等效電阻變大而電流變小，小到安全回路繼電器的線圈吸力不足以驅(qū)動繼電器銜鐵動作，繼電器的常開觸點和常閉觸點沒有發(fā)生改變，盡管所有門已經(jīng)關(guān)閉且鎖緊，但繼電器仍然向信號專業(yè)安全回路低電平命令，列車無法駛離車站或駛?cè)胲囌?，安全回路發(fā)生的故障稱為安全回路故障。安全回路故障的發(fā)生將會延誤列車正點運行，載客列車可能較長時間滯留車站或隧道內(nèi)，給乘客快捷、有序出行帶來不便。

2 安全回路故障快速定位的意義、方法

2.1 安全回路故障對運營的影響、意義

分析得出如下結(jié)論，列車在進出車站時發(fā)生安全回路斷開故障，列車立即制動，影響列車正常運行，故障發(fā)生后，列車司機通過電臺聯(lián)系車站的綜控室，綜控員通知安全員到車首的PSL進行互鎖操作，通過搬動互鎖解除開關(guān)發(fā)出互鎖解除命令，列車可以繼續(xù)行車。當遇上下行同時發(fā)生安全回路斷開故障，安全員無法同時操作上、下行的互鎖開關(guān)，且上、下行的互鎖開關(guān)位于車站站臺長方形平面的對角線兩端位置，完成互鎖解除操作需要較長的時間，操作延誤將嚴重影響列車正點運行。據(jù)統(tǒng)計車站平均每月發(fā)生安全回路故障2-7次。

2.2 安全回路故障的監(jiān)控、排查方法

安全回路中的行程開關(guān)，設置有相應的輔助觸點用于檢測行程開關(guān)因固定螺釘松動導致行程開關(guān)位置移動造成的安全回路故障，相關(guān)的滑動門門狀態(tài)指示燈會以2Hz的頻率閃爍，提示安全回路故障的位置，如行程開關(guān)常開點觸點接觸電阻變大或接線端子松動且輔助返信觸點沒有觸發(fā)，安全回路為開路或電阻變大，導致安全回路故障發(fā)生，此時門狀態(tài)指示燈沒有故障提示，無法確認是單側(cè)滑動門的具體某道門發(fā)生故障。

PhotoMOS繼電器串聯(lián)的安全回路，設置有相應的輔助電路用于檢測安全回路故障，當電磁鎖關(guān)門到位與鎖閉行程開關(guān)觸點開路或電阻增大時，相關(guān)的滑動門門狀態(tài)指示燈會以2Hz的頻率閃爍，提示安全回路故障的位置；如PhotoMOS繼電器輸入端的接線端子松動或開路，導致安全回路為開路或電阻變大，安全回路故障發(fā)生，此時門狀態(tài)指示燈不會故障閃爍，檢修人員無法確認是單側(cè)滑動門的具體某道門發(fā)生故障。

2.3 安全回路故障的排查方法

假定安全回路故障發(fā)生時，回路中的導線、端子、電氣元件中只有一處發(fā)生故障。

2.3.1 LCB開關(guān)方法

LCB開關(guān)在沒有進行整側(cè)開關(guān)門操作的前提下，對LCB開關(guān)進行手動關(guān)門操作，從首滑動門至尾滑動門逐道進行手動關(guān)門操作，同時觀察車首的PSL面板的“關(guān)閉且鎖緊指示燈”，當某道滑動門的LCB開關(guān)位于關(guān)門位置時如“關(guān)閉且鎖緊指示燈”點亮，表示該道滑動門發(fā)生安全回路斷開故障。相鄰兩個滑動門的距離約為5米，檢修人員步行時間，插拔鑰匙操作時間，對講機溝通時間，總計約為20秒，如最不利情況發(fā)生，即最后一道滑動門出現(xiàn)安全回路斷開故障，車站一般單側(cè)有24到滑動門，須用時480秒，即進行LCB操作查找安全回路斷開故障用時在20秒至480秒之間。

2.3.2 單回路型安全回路故障的短封線排查方法

圖1所示工作原理，尾滑動門的安全回路接口板的CN6的端子CN6-1和CN6-3短接，CN6-3接PSC機柜的DC24V負極，形成安全回路的串聯(lián)電路，如果從首滑動門至尾滑動門逐一進行封線作業(yè)，當莫一道門短封時如“關(guān)閉且鎖緊”指示燈點亮，表明該道門發(fā)生安全回路故障，單道門封線作業(yè)的步行和操作時間約為30秒，整側(cè)門的短封檢查時間在30秒至720秒之間。

短封線作業(yè)可以適用快速檢查流程，即跨越式分區(qū)域檢查，逐步縮小檢查范圍。

封線作業(yè)時將每道滑動門門機內(nèi)的安全回路接口板的端子排的CN6-1和CN6-3短接，此時，從1號門至封線門X門之間的PhotoMOS繼電器輸出端進入安全回路，觀察PSL面板的“關(guān)閉且鎖緊”指示燈，燈點亮表示1號門至X門之間安全回路正常，燈熄滅表示1號門至X門之間安全回路有故障。以單側(cè)有24個滑動門為例說明，首先在12號門進行封線，如燈亮表示故障發(fā)生在13號門至24號門之間，如燈熄滅表示12號門安全回路發(fā)生故障；在13至24門之間一半處的18號門進行封線操作，指示燈點亮表示13至18號門安全回路正常，如指示燈寫滅表示18號門的安全回路發(fā)生故障；選擇在18與24號門之間的21號門進行封線作業(yè)，指示燈點亮寶石22至24號門發(fā)生安全回路故障，如燈熄滅表示21號門發(fā)生安全回路故障；在22號門進行封線檢測，指示燈點亮表示故障發(fā)生在23或24號線門發(fā)生故障，指示燈熄滅表示22門發(fā)生安全回路故障；對23號門進行封線檢測，指示燈點亮表示24號門發(fā)生安全回路故障，指示燈熄滅表示23號門發(fā)生安全回路故障。其余滑動門安全回路的檢測方法與上述方法類似。短封線作業(yè)時間估算：檢查了12、18、21、22、23總計5道滑動門，每道門短封作業(yè)時間按照平均30秒鐘計算，總用時，150秒。

2.3.3 雙回路型安全回路故障的短封線排查方法

雙回路型安全回路在首或尾滑動門門機箱內(nèi)設置有尾封頭（設置在距離車站屏蔽門設備間的遠端，上下行兩側(cè)一個設置在遠端，另一個為近端），檢查流程見圖4，尾封頭是一個帶有封線的連接器，使用備用尾封頭代替封線作業(yè)，操作更加簡便，檢修用時更短，效率更高。

圖4：快速定位裝置檢查流程圖

3 安全回路故障快速定位技術(shù)方案與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 快速定位技術(shù)路線

圖1的安全回路開關(guān)元件為PhotoMOS繼電器的輸出端，即MOS管，導通時視同行程開關(guān)的常開點閉合導通。假定發(fā)生安全回路故障時為某一道門的安全回路接口板、端子、導線開路或電阻變大故障，故障發(fā)生時其余所有滑動門已經(jīng)關(guān)閉且鎖緊，即其余所有PhotoMOS繼電器的MOS管導通，安全回路電源的DC24V作用在故障門的安全回路接口板的CN5和CN6的端子CN5-1和CN6-1的進線之間，一般假定相鄰滑動門安全回路接口板之間的端子1和1之間的導線是完好的，因此只要在左側(cè)CN5-1的進線和右側(cè)CN6-1的出線的導線上并聯(lián)無源檢測元件可以監(jiān)測安全回路接口板內(nèi)CN5-1、CN6-1所有導線、端子、電氣元件的故障，當PhotoMOS繼電器的MOS管導通時檢測元件的輸入電壓為0V，當安全回路斷開時電壓為DC24V，無源檢測元件選用固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器的核心元件為光繼電器，也就是與PhotoMOS繼電器類似的元件，輸入端與輸出端沒有電氣連接，有2兆歐的絕緣。

滑動門關(guān)閉后安全回路為1，PhotoMOS繼電器的MOS管導通；滑動門接收到開門命令，滑動門打開，MOS管截止呈現(xiàn)較大電路視為開路；滑動門接收到關(guān)門命令關(guān)閉且鎖緊后，PhotoMOS繼電器的MOS管導通，滑動門關(guān)閉后安全回路為1。因此不同開關(guān)門的工況下，MOS管截止不一定是發(fā)生了安全回路故障，接收到開門命令，MOS管截止是正常的，接收到關(guān)門命令且滑動門已經(jīng)關(guān)閉且鎖緊后如MOS管截止就發(fā)生了安全回路故障。因此需要增加邏輯控制器判斷不同開關(guān)門工況下的MOS管截止狀態(tài)，篩查故障信息，進行邏輯判斷。

每道滑動門上方設置有門狀態(tài)指示燈，當滑動門打開過程中或保持開門狀態(tài)，指示燈常亮；當滑動門關(guān)門過程中，指示燈以1Hz頻率閃爍，滑動門關(guān)閉后指示燈熄滅；當單道滑動門的LCB開關(guān)進行隔離、手動關(guān)門、手動開門操作時，指示燈會以2Hz的頻率閃爍；當滑動門發(fā)生開門故障、關(guān)門故障、遇障礙物故障時，指示燈會以2Hz的頻率閃爍；由于單道門的DCU沒有檢測單道門安全回路故障的檢測功能，因此安全回路故障時沒有單道門的故障報警，無法判斷是某一道門發(fā)生安全回路故障。

本課題研究的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過增加故障檢測元件、可編程邏輯控制器來實時篩選故障信息，正確判斷安全回路故障，并通過門狀態(tài)指示燈顯示安全回路故障。技術(shù)路線是：將電源電壓作為第一個輸入變量I0.0；將安全回路無源檢測元件固態(tài)繼電器的輸出作為第二個輸入變量I0.1；不改變原有的DCU開關(guān)門控制邏輯，將DCU驅(qū)動門狀態(tài)指示燈的驅(qū)動輸出作為可編程控制器的第三個輸入變量I0.2；不增加指示燈，而是借用原門狀態(tài)指示燈，原門狀態(tài)指示燈的原有功能優(yōu)先，即DCU驅(qū)動門狀態(tài)指示燈的所有功能優(yōu)先顯示，包括常亮、1Hz頻率閃爍、2Hz頻率閃爍，當發(fā)生安全回路斷開故障時，如DCU驅(qū)動門狀態(tài)指示燈的沒有輸出脈沖電壓，則可編程控制器驅(qū)動門狀態(tài)指示燈發(fā)出“SOS”報警信息，即3次慢閃3次快閃3次慢閃，如SOS閃爍過程中DCU的門燈驅(qū)動發(fā)出脈沖信息，立即切斷SOS輸出，實現(xiàn)原有的DCU驅(qū)動門狀態(tài)指示燈的所有功能優(yōu)先顯示。

3.2 快速定位方法涉及的關(guān)鍵技術(shù)

無源檢測元件選用固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器，是一種由電子元件組成的無觸點開關(guān)器件，它利用電子元件(三極管、可控硅、MOS管的半導體器件)的開關(guān)特性，達到無觸點無火花地接通和斷開電路的效果，因此被稱為“無觸點開關(guān)”。固態(tài)繼電器是一種有源器件，其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為輸出控制端.它既有放大驅(qū)動作用，又有隔離作用，適合驅(qū)動大功率開關(guān)式執(zhí)行機構(gòu)，較之電磁繼電器可靠性更高，且無觸點、壽命長、速度快、干擾小，得到廣泛應用。

（1）輸入與輸出電路之間采用光電隔離技術(shù)，絕緣電壓2500V以上；

（2）輸出端設置有保護電路；

（3）開關(guān)時間短，約為10ms，可以應用在頻率較高的場合；

（4）固態(tài)繼電器采用無機械部件，結(jié)構(gòu)上采用了灌注全密封方式，具有耐振、耐腐蝕、長壽命及高可靠等優(yōu)點，其開關(guān)壽命高達1010萬次；

（5）負載能力強；

（6）低噪聲，干擾極小；

（7）輸入功耗很低，可實現(xiàn)與TTL，COMS電路兼容。

3.3 可編程邏輯控制器PLC的選用與檢測流程

S7-200是小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功使其在獨立運行中，或連接成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜邏輯控制。S7-200 PLC具有下述特性：實時特性；極豐富的指令集易于掌握；極高的可靠性；強大的通訊能力；簡便的編程操作；豐富的內(nèi)置集成功能；豐富的擴展模塊。產(chǎn)品型號：6ES7214-1AD23-0XB8；性能參數(shù)：具有14輸入點和10個輸出點，數(shù)字量；通訊接口：1個RS-485；輸出類型：晶體管；可連續(xù)擴展模塊最大數(shù)量：7個（168點）。

PLC選用西門子S7-200 1AD23晶體管輸出型，I0.0用于檢測快速定位裝置的電源，當電源上電后10秒，產(chǎn)生脈寬500毫秒的復位清零命令，用于地鐵屏蔽門夜間檢修作業(yè)時，觸發(fā)安全回路故障啟動，此時PLC驅(qū)動門燈持續(xù)閃爍，發(fā)出SOS告警信息，通過操作屏蔽門設備間的DC24V空氣開關(guān)斷電再上電，使得整側(cè)屏蔽門的快速定位裝置同時斷電并再上電，同時復位清零，避免逐道門復位清零，縮短維保作業(yè)時間?？焖俣ㄎ谎b置檢查流程圖如圖4所示。

3.4 工作原理圖簡述

PLC設置有3路輸入I0.0、I0.1、I0.2，I0.0用于檢測電源上電，I0.1用于檢測安全回路斷開，I0.2用于檢測門控器DCU輸出門燈驅(qū)動電壓，程序設置為DCU門燈驅(qū)動優(yōu)先，即當DCU輸出驅(qū)動門燈的脈沖信息時，門燈接收DCU驅(qū)動脈沖，當安全回路故障發(fā)生，PLC保持故障啟信息，如滑動門進行開關(guān)門操作或發(fā)生諸如DCU、電機、遇障礙物、電磁鎖故障等原DCU預設故障信息時，門燈由DCU控制；如DCU沒有驅(qū)動門燈脈沖輸出，此時安全回路處于故障斷開狀態(tài)，PLC驅(qū)動門燈發(fā)出SOS故障告警閃爍。安全回路斷開故障發(fā)生后，PLC保持故障告警狀態(tài)，即使故障發(fā)生后自行恢復，PLC仍然記憶故障告警信息，當設備維修人員檢修設備后，按下復位按鈕后，PLC才能復位清零并立即進入故障檢測狀態(tài)，實時檢測安全回路運行狀態(tài)。

經(jīng)過測試，在安全回路故障發(fā)生且持續(xù)保持1000毫秒，門燈發(fā)出SOS故障告警閃爍，提示車站運維人員到場處理，可以通過操作LCB開關(guān)，旁路該道門的安全會回路，避免列車延誤。

4 結(jié)語

地鐵屏蔽門安全回路故障快速定位裝置的研究與應用，在不改變原有門控器DCU控制邏輯的前提下，不改變原有的滑動門開關(guān)門功能，在每道滑動門門機箱內(nèi)設置安全回路故障快速定位裝置，用于實時檢測安全回路斷開故障，利用原有的門狀態(tài)指示燈顯示安全回路故障告警信息，地鐵機電設備維保人員可以有的放矢的檢修設備，恢復設備系統(tǒng)功能，保障地鐵列車安全、正點運行，為地鐵乘客快捷、有序出行復位。地鐵屏蔽門安全回路故障快速定位裝置在運用避免了故障維修的盲目性，縮小了故障排查范圍，對于降本增效，提高地鐵機電設備的維修保養(yǎng)水平有積極意義。