吕秉略;童东兵;陈巧玉;时慧;祁汝璠;鲍艺康
【摘 要】基于地铁屏蔽门控制系统的现有研究,对屏蔽门的防夹检测装置进行优化.结合屏蔽门控制系统的硬件模块构成,分别对门控单元(DCU)、屏蔽门控制系统(PSC)、屏蔽门就地控制盘(PSL)、防夹探测模块、看门狗模块和总线通信的功能进行研究,设计了一种具有多种防夹方式的地铁屏蔽门控制系统. 【期刊名称】《上海工程技术大学学报》
【年(卷),期】2018(032)002
【总页数】5页(P137-140,156)
【关键词】屏蔽门;防夹探测装置;控制系统
【作 者】吕秉略;童东兵;陈巧玉;时慧;祁汝璠;鲍艺康
【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海立信会计金融学院统计与数学学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620
【正文语种】中 文
【中图分类】U231.4
随着城市轨道交通的建设,地铁成为普遍的交通工具,相关技术也越来越成熟.地铁屏蔽门(Platform Screen Door,PSD)是安装在乘车点边缘处的装置,用于阻隔乘车点处的乘客与地铁,避免乘客落入运行轨道,保证地铁正常运行.该装置的控制系统是多种学科的集合和统一,对模块间的信息传递速率、一致性、稳定性和电磁兼容性等方面要求都非常高.
地铁屏蔽门大大提高了乘坐地铁的安全性,节约了运营成本,但其安装成本及后期维护费用都很高,故障率高且容易造成事故.目前,地铁屏蔽门已经成为研究热点,王恩鸿等[1]针对上海地铁隧道里的环境,设计了城市轨道交通隧道的智能环境综合监测系统;刘沃鸿[2]通过对地铁
屏蔽门控制和监视系统方面的探索,介绍了利用激光的安全防夹装置;郝裕等[3]开展了基于比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制器的站台屏蔽门系统的研究,利用小功率驱动技术和运动控制技术,结合相关的结构及 PID 控制理论,设计了相应的PSD控制系统；王瑞峰等[4]介绍了红外线在监测物体中的应用,提出了用红外线探测障碍物的方法.在以上研究中,地铁屏蔽门系统的效率提高了,但建设成本和维护成本也随着地铁屏蔽门设计的复杂而增加.针对以上问题,为了降低地铁屏蔽门系统的生产成本和维护成本,以符合国内城市交通发展的需求,提高地铁屏蔽门的国产化水平,保障城市轨道交通的正常运行，本研究提出：以可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)作为控制器来实现屏蔽门控制系统(Platform Screen Door Control System,PSC)、屏蔽门就地控制盘(Platform Screen Door Local Control Disk,PSL)、门控单元(Door Control Unit,DCU)等控制模块的功能;以执行正常运行模式、防夹处理、紧急模式、手动模式等控制方式完成对地铁屏蔽门的控制;综合利用电机电流运行曲线、超声波、红外线等方式,设计多方式的防夹探测地铁屏蔽门控制系统.
一个度导航
1 控制系统硬件模块构成
地铁屏蔽门的控制系统主要由DCU、PSC、PSL、防夹探测装置以及看门狗电路等5个模块构成,其逻辑结构如图1所示.
图1 屏蔽门控制系统逻辑结构图Fig.1 Logic structure diagram of PSD control system
5个模块之间采用了系统级控制、站台级控制和手动操作3种控制方式.系统级控制是基本控制方式,在没有特殊状况的情况下,系统接收到信号后自动开/关门.当系统级控制发生故障时,进行站台级操作,工作人员通过PSL对屏蔽门进行开/关门控制.地铁屏蔽门均配有手动机械解锁装置，在发生故障的情况下,必须手动打开.以上操作中,手动操作优先级最高,系统级控制优先级最低.
实际场景中,PLC控制器由于可靠性高，方便调试和维护,应用范围很大.DCU所用到的PLC需要具备对电机驱动器的控制以及对防夹探测装置信号处理的能力，市场主流品牌的中小型PLC均可满足要求,价格相对低廉.PSC则需要大型PLC来处理大量的DCU反馈信号、列车信号以及统一调度的指令.PSL可采用中小型PLC与DCU以及PSC进行信息交互.各模块的PLC采用总线通信协议来进行通信.本研究采用PLC作为控制器,成本较低且易于实现，通过电机驱动器以及各个传感器模块共同实现防夹探测的功能,提出一种综合运用电机电流运
行曲线、超声波探测、红外探测的防夹检测方法，整体结构如图2所示.该设计能够更好地完成防夹功能,提高系统的灵敏度、可靠性和稳定性.
图2 屏蔽门控制系统整体结构Fig.2 Overall structure of PSD control system
2 控制系统软件设计
2.1 DCU功能研究与设计
DCU内部采用桥式电路进行脉冲宽度调制(PWM)斩波输出所需要的直流控制电压[5],对电机的控制方式为电流转速双闭环直流调速,主要用于接收来自PSC与PSL的控制信号以及来自屏蔽门防夹探测装置的信号,处理后再反馈给PSC和PSL,并控制屏蔽门进行防夹动作.控制流程设计如下:PSC与PSL下达开门指令后,DCU执行预定的开门动作,控制屏蔽门电机打开屏蔽门,同时PSC与PSL开始计时;当PSC与PSL下达关闭地铁门的指令后,DCU执行关门动作来控制屏蔽门关闭.此时,若屏蔽门防夹探测装置被触发,则执行预设的防夹动作，即控制屏蔽门暂停关门动作,同时向站台控制器发送报警信息,提醒站台管理人员进行查看，此时控制器发出信号让屏蔽门先张开一定的缝隙,等障碍物移走再继续进行关门动作;若关门成功
则取消报警并向站台控制器反馈关门成功信号.DCU控制流程图如图3所示.若系统处于手动模式,则DCU不受PSC及PSL的控制,可以通过DCU和在屏蔽门外侧的开门把手进行控制.蚕蛹虫草
彩钢管
图3 DCU控制流程图Fig.3 Flow chart of DCU control珠光膜
DCU的接口、逻辑、驱动等单元部件都可处理不同的信号,并互联通信,产生控制信号.逻辑单元监测速度,驱动单元监测电流,两个单元可以互相代替一段时间.但如果两个单元都发生故障,那电机将无法工作.地铁屏蔽门系统对地铁的正常运行至关重要，由于PSC与PSL实现对地铁屏蔽门系统的逻辑控制都需要用到DCU模块,DCU控制电机系统并使其正常工作,所以地铁屏蔽门系统的DCU模块是实现控制功能不可缺少的核心部件,直接影响地铁屏蔽门的性能、功能及安全状况.
2.2 PSC功能研究与设计
PSC是一个接口装置,它可以通过信号系统自行操作地铁,完成两扇滑动门自行开/关门动作,主要用于接收双向列车到站信号以及开门指令并对站台两侧屏蔽门的DCU进行统一调度.PSC能够装配在特定的地铁屏蔽门系统的机柜房内,也能够和屏蔽门系统的动力设备共
车载厕所同装配在屏蔽门系统的设备房内.其控制流程为PSC接收到列车入站信号后判断当前入站方向,当列车下达开门指令后,PSC接收到指令并将指令下达给此方向的所有DCU,DCU再进行开门动作；当列车下达关门指令后,PSC则下达关门指令给DCU.
在DCU防夹警报被触发或DCU出现故障时,PSC获得此DCU发出的异常报警,并显示其所在位置.站台控制管理员可通知当前站台上距离最近的安全员进行查看疏导并进行后续操作.PSC控制流程图如图4所示.
大数据日志分析图4 PSC控制流程图Fig.4 Flow chart of PSC control
PSC在硬件设计上需要具有信号系统、机电设备监控系统、端头控制盒、操作报警盘和安全回路等.
2.3 PSL功能研究与设计
PSL的主要功能是为乘务长提供单侧屏蔽门控制入口,PSL设置在地铁车头门外，提供开关门相关控制键.
当地铁没有完全与地铁屏蔽门对齐时,需要乘务长手动对此方向的屏蔽门发出指令,地铁则不向任何屏蔽门的PSC发送控制指令,由乘务长手动操作站台上的PSL,即对DCU进行手动控制.同时,在某个地铁屏蔽门出现故障不能被完全关闭,从而导致地铁不能发车的情况下,工作人员可以使用PSL解除地铁保护锁定,以保障地铁能够正常运行.PSC与PSL联动控制的逻辑关系见表1.表中1为触发,0为未触发,X为任意状态.
表1 PSC与PSL联动控制逻辑Table 1 Linkage control logic between PSC and PSL控制对象PSC控制开门关门PSL控制开门关门PSC离站信号PSL离站信号PSC开门指令10XXXXPSC关门指令01XXXXPSC离站锁定指令11110XPSL开门指令XX10XXPSL关门指令XX01XXPSL控制启动001101PSL解除离站锁定0000X1
2.4 防夹探测模块功能研究与设计
防夹探测模块主要功能在于给地铁屏蔽门提供感知入口,保障地铁屏蔽门安全可靠地运行,避免发生夹人等事故.
探测方式有以下几种:安全光栅探测、屏蔽门电机电流对比探测和超声波探测等.安全光栅探
测是指持续发出的红外线,在光栅中间有障碍物阻挡红外线的发射与接收的情况下,红外保护装置发出报警信号.当光栅发出的红外线被人体或障碍物阻挡时,光栅向DCU反馈0信号，表明在列车车厢与站台屏蔽门之间存在障碍物,需要暂停关门指令.屏蔽门电机电流对比探测是指利用屏蔽门电机在运动过程中遇到障碍物时电机电流会陡然增加的特性.将正常工作状态时的曲线与当前探测到的工作曲线进行对比，从而判断当前屏蔽门运行轨道中是否存在障碍物.超声波探测是指在屏蔽门内侧(朝向站台一侧)安装超声波传感器,使用超声波测距的方式判断物体和屏蔽门之间的距离，如果障碍物进入了超声波传感器的距离警戒范围内,则会触发报警并控制屏蔽门进入防夹模式,此类探测方式主要针对发生乘客冲门的情形,能够起到一定的保护作用.
2.5 看门狗模块功能研究与设计
看门狗模块的主要功能是保障控制系统正常运行,避免进入死循环，当控制系统进入死循环时,可以通过看门狗电路复位此电路系统.某些PLC电路具有看门狗电路,此时看门狗功能可以利用内置模块实现.本研究采用SP706S作为看门狗复位电路，将芯片SP706S的复位输出引脚与PLC复位电路的人工复位引脚RESET连接起来.在硬件设计方面,采用跳线器的方
式设计看门狗的开关.当处于软件下载状态时,选择将跳线帽拔下,在模板正常运行的状态下再插上.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议