论文部分内容阅读
【摘 要】 随着科技的不断发展，地铁作为新兴时期下的产物，被广泛的应用在各个城市。本文从地铁屏蔽门的重要性、地铁屏蔽门系统的构成及地铁屏蔽门系统控制回路部件和功能等几方面进行分析。
【关键词】 地铁屏蔽门；控制回路；部件；功能
一、前言
地铁屏蔽门系统是安装于城市轨道交通沿线车站站台边缘，用以提高运营安全系数、改善乘客候车环境、节约运营成本的一套机电一体化的机电设备系统。地铁屏蔽门系统控制回路部件对整个系统的正常运行来说至关重要，因此得到越来越多的地铁运营管理者的关注，尤其关注其功能实现的可靠性和安全性。
二、地铁屏蔽门系统控制系统构成及工作原理
1、控制系统构成
屏蔽门系统控制系统由电气线路连接，主要部件有中央控制盘（PSC）、门机控制器（DCU）、就地控制盒（LCB）、站台端头控制盘（PSL）、应急后备盘（IBP）、车载信号系统接口组成，实现就地级控制、站台级控制、车站级控制、系统级控制四种控制方式，满足列车服务需要。其中，就地级控制优先级最高，其次是车站级控制、站台级控制、系统级控制。
2、系统工作原理
如图1所示，PSC与屏蔽门系统的各门单元DCU、信号系统等通过硬线或总线进行连接。屏蔽门系统与信号系统（SIG）之间的接口共有4个关键安全信号：开门命令、关门命令、关闭锁紧信号和互锁解除信号。PSC为每侧站台提供1组与信号系统连接的接口，其特点是：①“开门”、“关门”命令由信号系统通过硬线发给屏蔽门系统且一直保持，直到下一次发出改变门状态的命令时终止；②屏蔽门向信号系统反馈屏蔽门的关闭锁紧信号，该信号也一直保持到下一次开门命令时终止；③每一侧屏蔽门都有一个互锁解除信号，当某一侧任一扇屏蔽门因故障无法关门，即无法建立关闭锁紧信号时，屏蔽门可向信号系统发出互锁解除信号，使信号系统忽略该故障，从而可以正常发车。该互锁解除信号由屏蔽门发出，并一直保持至故障修复为止。
PSC根据接收到的来自SIG的指令，通过硬线向各门单元DCU发出“允许”和“开门”命令，从而通过各DCU控制各滑动门单元的开/关。同时，PSC还通过双路CAN总线（或其他总线控制）与各门单元DCU通信实现对各个门单元的状态和故障报警信息的收集，连同自身检测到故障和状态信息一起显示在PSC内置的工业计算机上，工业计算机中一般内置了PSA监视软件。另外，PSC通过RS485、以太网等通讯方式将屏蔽门的信息传送给综合监控等系统。
图1 系统接口及工作原理示意图
三、控制部件功能介绍
1、中央控制盘（PSC）
PSC主要由单元控制器（PEDC）、人机界面（平板电脑及监视软件，也称作PSA）、接线端子、接口设备、控制配电回路等组成。一个PSC中包含两个PEDC分别控制两侧站台的屏蔽门。通过人机界面软件可同时监视两侧站台的屏蔽门的运行状况。通常设计时皆基于模块化设计的思想，将PEDC按功能划分为控制部分和监视部分。控制部分主要负责接收SIG发来的各种命令，反馈硬线信息至SIG以及对各屏蔽门单元进行自动控制，完成相应门的开关动作，一般应充分考虑安全冗余设计；监视部分则负责不同总线网络的控制和监视整个屏蔽门系统的工作过程，实现系统内部信息的采集、传输、汇总和分析。
另外，PEDC监视模块通过以太网接口将屏蔽门故障诊断信息以及正常系统运行记录传送到平板电脑的人机界面软件进行显示并存储。
通过PSC与信号系统控制接口实现系统级控制，当其他控制方式处于非使能状态时，可以控制屏蔽门系统进行开关门操作，即处于最低控制优先级。该控制方式在屏蔽门系统、列车车载信号以及信号系统正常时使用，是地铁运营服务的正常运行模式。
当列车进站并停在允许的误差范围内时，列车司机点动司机室开门按钮，列车车载信号经无线发送器发出开门指令；信号系统经无线接收器接收开门指令，转换为电气回路高低电平，输入到屏蔽门系统单元控制器（PEDC）；当单元控制器（PEDC）查询其他控制方式为非使能状态时，通过输出接口经信号电缆向每个门单元的门机控制器（DCU）发出开门指令；每个门单元的门机控制器（DCU）接收开门指令，驱动电机进行每个门单元的开门操作。
当列车需要离开站台时，列车司机点动司机室关门按钮，依次经开门操作相同的信号传递过程，驱动电机进行每个门单元的关门操作。
2、站台端头控制盘（PSL）
站台端头控制盘（PSL）安装在车站首尾端轨道侧墙，对应列车停站时首尾司机室车门位置。当系统级控制发生故障时，列车司机可以方便地操作站台端头控制盘（PSL）进行屏蔽门开关门，从而不影响运营服务。车站首尾端各设置一个站台端头控制盘（PSL），为冗余设计，在其中一个站台端头控制盘（PSL）出现故障时，可以操作另一个站台端头控制盘（PSL）控制屏蔽门开关门（两个站台端头控制盘（PSL）操作时互锁）。该控制方式为站台级控制，优先级高于系统级控制，因而使用该控制方式时，系统级控制命令无效。
司机通过操作站台端头控制盘（PSL）上万能转换开关，经信号电缆向单元控制器（PEDC）发出开关门命令；再由单元控制器（PEDC）向每个门单元的门机控制器（DCU）发出开关门命令，控制屏蔽门开关门。万能转换开关处于“禁止”位时，表示该控制方式处于非使能状态；处于“关门”位时，表示该控制方式处于使能状态，同时向屏蔽门系统发出关门命令；处于“开门”位时，也表示该控制方式处于使能状态，同时向屏蔽门系统发出开门命令。
3、应急后备盘（IBP）
应急后备盘（IBP）安装在车站控制室，方便车站工作人员在出现紧急情况时控制屏蔽门开关门。例如當列车、区间隧道、站台、站厅等处发生火灾时，车站工作人员直接操作应急后备盘（IBP），打开屏蔽门进行乘客疏散和排烟工作。该控制方式为车站级控制，优先级高于站台级控制和系统级控制，因而使用该控制方式时，站台级控制和系统级控制命令无效，从而确保在紧急情况下车站工作人员可控制屏蔽门进行应急工作。 该控制方式与站台级控制一样，依次经过应急后备盘（IBP）上万能转换开关、信号电缆、单元控制器（PEDC）、门机控制器（DCU），来控制屏蔽门开关门。
4、就地控制盒（LCB）
每档屏蔽门均配置一套就地控制盒（LCB）。就地控制盒主要有模式开关和单档屏蔽门控制开关组成。模式开关有自动/隔离/开门/关门四档可选择。在正常情况下，用钥匙将模式开关置于“自动”状态，屏蔽门可接收其他控制方式的命令进行开关门。当某档屏蔽门发生故障需维修或保养时，可将该档屏蔽门的模式开关置于“隔离”状态，与整个控制系统隔离，而不影响其他屏蔽门的正常功能。也可将该档屏蔽门的模式开关置于手动位（“开门”或“关门”状态），不接收其他控制方式的命令，由单档屏蔽门控制开关向门机控制器（DCU）发出开关门命令，控制屏蔽门开关门。可见，该控制方式优先级最高，但只对单档屏蔽门进行控制，为就地级控制。
5、门机控制器（DCU）
每档屏蔽门均配置一套门机控制器（DCU）。DCU由CPU组、存贮单元、接口单元及相关软件等组成，经信号电缆接收来自单元控制器（PEDC）的开关门命令，控制电机按运行曲线进行开关门，并确保门体夹紧力阀值最大不超过150N；重关门间隔时间0.5S（可在0.3～2S内可调）；重关门延迟时间2S（可在0.1～5S内可调）；重关门次数三次（1～5次可调）等参数。
门机控制器（DCU）控制执行回路采用环路冗余方式，从而防止该回路某段线路故障影响后续屏蔽门的开关。且每一道屏蔽门/安全门采用分支电缆并联到该开关门信号回路上，如果某单档屏蔽门开关门信号线路故障，不会影响其他滑动门的正常使用。
四、地铁屏蔽门系统的发展趋势
地铁屏蔽门是集计算机、网络、机械和自动控制等高新技术的机电一体化设备，保证可靠性在设计阶段、元器件选择、运营维护阶段都将其作为重要工作内容之一，可靠性水平将直接影响到地铁的运行水平和服务质量。同时，随着网络控制技术的不断成熟，将可考虑逐步取代目前基于硬线+网络的双重架构，在进一步降低成本的同时，保证门控的可靠性及配置的灵活性。随着近几年国内地铁的大规模建设水平和运营水平的提高，将对地铁屏蔽门可靠性有更加深刻的认识。
五、结束语
通过对地铁屏蔽门系统控制回路部件及功能的问题分析，进一步明确了地铁屏蔽门在地铁运行中的重要性。因此，在地铁的后续发展中，要加大地铁屏蔽门的研究，确保地铁的稳定运行。
参考文献：
[1]何宗光，汪松滋.城市軌道交通车站机电设备运行与管理[J].中国建筑工业出版社，2013（3）：45-47.
[2]欧阳科华.轨道交通站台屏蔽门系统接口设计[J].河南科技，2010（5）：78-81.
[3]秦武.城市轨道交通中的屏蔽门系统[J].上海铁道科技，2012（4）：102-105.
[4]刘承东.屏蔽门系统在地铁中的应用[J].城市轨道交通研究，2009（1）：98-99.
【关键词】 地铁屏蔽门；控制回路；部件；功能
一、前言
地铁屏蔽门系统是安装于城市轨道交通沿线车站站台边缘，用以提高运营安全系数、改善乘客候车环境、节约运营成本的一套机电一体化的机电设备系统。地铁屏蔽门系统控制回路部件对整个系统的正常运行来说至关重要，因此得到越来越多的地铁运营管理者的关注，尤其关注其功能实现的可靠性和安全性。
二、地铁屏蔽门系统控制系统构成及工作原理
1、控制系统构成
屏蔽门系统控制系统由电气线路连接，主要部件有中央控制盘（PSC）、门机控制器（DCU）、就地控制盒（LCB）、站台端头控制盘（PSL）、应急后备盘（IBP）、车载信号系统接口组成，实现就地级控制、站台级控制、车站级控制、系统级控制四种控制方式，满足列车服务需要。其中，就地级控制优先级最高，其次是车站级控制、站台级控制、系统级控制。
2、系统工作原理
如图1所示，PSC与屏蔽门系统的各门单元DCU、信号系统等通过硬线或总线进行连接。屏蔽门系统与信号系统（SIG）之间的接口共有4个关键安全信号：开门命令、关门命令、关闭锁紧信号和互锁解除信号。PSC为每侧站台提供1组与信号系统连接的接口，其特点是：①“开门”、“关门”命令由信号系统通过硬线发给屏蔽门系统且一直保持，直到下一次发出改变门状态的命令时终止；②屏蔽门向信号系统反馈屏蔽门的关闭锁紧信号，该信号也一直保持到下一次开门命令时终止；③每一侧屏蔽门都有一个互锁解除信号，当某一侧任一扇屏蔽门因故障无法关门，即无法建立关闭锁紧信号时，屏蔽门可向信号系统发出互锁解除信号，使信号系统忽略该故障，从而可以正常发车。该互锁解除信号由屏蔽门发出，并一直保持至故障修复为止。
PSC根据接收到的来自SIG的指令，通过硬线向各门单元DCU发出“允许”和“开门”命令，从而通过各DCU控制各滑动门单元的开/关。同时，PSC还通过双路CAN总线（或其他总线控制）与各门单元DCU通信实现对各个门单元的状态和故障报警信息的收集，连同自身检测到故障和状态信息一起显示在PSC内置的工业计算机上，工业计算机中一般内置了PSA监视软件。另外，PSC通过RS485、以太网等通讯方式将屏蔽门的信息传送给综合监控等系统。
图1 系统接口及工作原理示意图
三、控制部件功能介绍
1、中央控制盘（PSC）
PSC主要由单元控制器（PEDC）、人机界面（平板电脑及监视软件，也称作PSA）、接线端子、接口设备、控制配电回路等组成。一个PSC中包含两个PEDC分别控制两侧站台的屏蔽门。通过人机界面软件可同时监视两侧站台的屏蔽门的运行状况。通常设计时皆基于模块化设计的思想，将PEDC按功能划分为控制部分和监视部分。控制部分主要负责接收SIG发来的各种命令，反馈硬线信息至SIG以及对各屏蔽门单元进行自动控制，完成相应门的开关动作，一般应充分考虑安全冗余设计；监视部分则负责不同总线网络的控制和监视整个屏蔽门系统的工作过程，实现系统内部信息的采集、传输、汇总和分析。
另外，PEDC监视模块通过以太网接口将屏蔽门故障诊断信息以及正常系统运行记录传送到平板电脑的人机界面软件进行显示并存储。
通过PSC与信号系统控制接口实现系统级控制，当其他控制方式处于非使能状态时，可以控制屏蔽门系统进行开关门操作，即处于最低控制优先级。该控制方式在屏蔽门系统、列车车载信号以及信号系统正常时使用，是地铁运营服务的正常运行模式。
当列车进站并停在允许的误差范围内时，列车司机点动司机室开门按钮，列车车载信号经无线发送器发出开门指令；信号系统经无线接收器接收开门指令，转换为电气回路高低电平，输入到屏蔽门系统单元控制器（PEDC）；当单元控制器（PEDC）查询其他控制方式为非使能状态时，通过输出接口经信号电缆向每个门单元的门机控制器（DCU）发出开门指令；每个门单元的门机控制器（DCU）接收开门指令，驱动电机进行每个门单元的开门操作。
当列车需要离开站台时，列车司机点动司机室关门按钮，依次经开门操作相同的信号传递过程，驱动电机进行每个门单元的关门操作。
2、站台端头控制盘（PSL）
站台端头控制盘（PSL）安装在车站首尾端轨道侧墙，对应列车停站时首尾司机室车门位置。当系统级控制发生故障时，列车司机可以方便地操作站台端头控制盘（PSL）进行屏蔽门开关门，从而不影响运营服务。车站首尾端各设置一个站台端头控制盘（PSL），为冗余设计，在其中一个站台端头控制盘（PSL）出现故障时，可以操作另一个站台端头控制盘（PSL）控制屏蔽门开关门（两个站台端头控制盘（PSL）操作时互锁）。该控制方式为站台级控制，优先级高于系统级控制，因而使用该控制方式时，系统级控制命令无效。
司机通过操作站台端头控制盘（PSL）上万能转换开关，经信号电缆向单元控制器（PEDC）发出开关门命令；再由单元控制器（PEDC）向每个门单元的门机控制器（DCU）发出开关门命令，控制屏蔽门开关门。万能转换开关处于“禁止”位时，表示该控制方式处于非使能状态；处于“关门”位时，表示该控制方式处于使能状态，同时向屏蔽门系统发出关门命令；处于“开门”位时，也表示该控制方式处于使能状态，同时向屏蔽门系统发出开门命令。
3、应急后备盘（IBP）
应急后备盘（IBP）安装在车站控制室，方便车站工作人员在出现紧急情况时控制屏蔽门开关门。例如當列车、区间隧道、站台、站厅等处发生火灾时，车站工作人员直接操作应急后备盘（IBP），打开屏蔽门进行乘客疏散和排烟工作。该控制方式为车站级控制，优先级高于站台级控制和系统级控制，因而使用该控制方式时，站台级控制和系统级控制命令无效，从而确保在紧急情况下车站工作人员可控制屏蔽门进行应急工作。 该控制方式与站台级控制一样，依次经过应急后备盘（IBP）上万能转换开关、信号电缆、单元控制器（PEDC）、门机控制器（DCU），来控制屏蔽门开关门。
4、就地控制盒（LCB）
每档屏蔽门均配置一套就地控制盒（LCB）。就地控制盒主要有模式开关和单档屏蔽门控制开关组成。模式开关有自动/隔离/开门/关门四档可选择。在正常情况下，用钥匙将模式开关置于“自动”状态，屏蔽门可接收其他控制方式的命令进行开关门。当某档屏蔽门发生故障需维修或保养时，可将该档屏蔽门的模式开关置于“隔离”状态，与整个控制系统隔离，而不影响其他屏蔽门的正常功能。也可将该档屏蔽门的模式开关置于手动位（“开门”或“关门”状态），不接收其他控制方式的命令，由单档屏蔽门控制开关向门机控制器（DCU）发出开关门命令，控制屏蔽门开关门。可见，该控制方式优先级最高，但只对单档屏蔽门进行控制，为就地级控制。
5、门机控制器（DCU）
每档屏蔽门均配置一套门机控制器（DCU）。DCU由CPU组、存贮单元、接口单元及相关软件等组成，经信号电缆接收来自单元控制器（PEDC）的开关门命令，控制电机按运行曲线进行开关门，并确保门体夹紧力阀值最大不超过150N；重关门间隔时间0.5S（可在0.3～2S内可调）；重关门延迟时间2S（可在0.1～5S内可调）；重关门次数三次（1～5次可调）等参数。
门机控制器（DCU）控制执行回路采用环路冗余方式，从而防止该回路某段线路故障影响后续屏蔽门的开关。且每一道屏蔽门/安全门采用分支电缆并联到该开关门信号回路上，如果某单档屏蔽门开关门信号线路故障，不会影响其他滑动门的正常使用。
四、地铁屏蔽门系统的发展趋势
地铁屏蔽门是集计算机、网络、机械和自动控制等高新技术的机电一体化设备，保证可靠性在设计阶段、元器件选择、运营维护阶段都将其作为重要工作内容之一，可靠性水平将直接影响到地铁的运行水平和服务质量。同时，随着网络控制技术的不断成熟，将可考虑逐步取代目前基于硬线+网络的双重架构，在进一步降低成本的同时，保证门控的可靠性及配置的灵活性。随着近几年国内地铁的大规模建设水平和运营水平的提高，将对地铁屏蔽门可靠性有更加深刻的认识。
五、结束语
通过对地铁屏蔽门系统控制回路部件及功能的问题分析，进一步明确了地铁屏蔽门在地铁运行中的重要性。因此，在地铁的后续发展中，要加大地铁屏蔽门的研究，确保地铁的稳定运行。
参考文献：
[1]何宗光，汪松滋.城市軌道交通车站机电设备运行与管理[J].中国建筑工业出版社，2013（3）：45-47.
[2]欧阳科华.轨道交通站台屏蔽门系统接口设计[J].河南科技，2010（5）：78-81.
[3]秦武.城市轨道交通中的屏蔽门系统[J].上海铁道科技，2012（4）：102-105.
[4]刘承东.屏蔽门系统在地铁中的应用[J].城市轨道交通研究，2009（1）：98-99.