淺談地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)

1、淺談地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)摘要:地鐵屏蔽門系統(tǒng)對于我國大多數(shù)人來說還是很陌生的，本文以廣州地鐵為例， 闡述了地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能.并對現(xiàn)場總線技術(shù)在其系統(tǒng)中的應(yīng)用及屏蔽門系統(tǒng)與其他 相關(guān)專業(yè)接口問題做了簡明扼要的介紹。關(guān)鍵詞:構(gòu)成、功能、現(xiàn)場總線、接口、原理框圖。1、引言地鐵屏蔽門系統(tǒng)是一個典型的機電一體化產(chǎn)品，其沿站臺邊緣布置，將車站站臺與行車隧道區(qū)域隔離開，降低車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的運行能耗。同時減少了列車運行噪音和活塞風(fēng)對車站的影響，防止人員跌落軌道產(chǎn)生意外事故，為乘客提供了舒適、安全的候車環(huán)境，提高了地鐵的服務(wù)水平。在我國軌道交通建設(shè)中，廣州地鐵2號線是國內(nèi)首次引入屏蔽門系統(tǒng)，并在實

2、際應(yīng)用中取得了良好的經(jīng)濟、社會效益的地鐵線路。 目前已建成的地鐵線路有些正在籌備加裝屏蔽門（或安全門）系統(tǒng)（如廣州一號線），新建線路多數(shù)設(shè)計采用屏蔽門（或安 全門）系統(tǒng)。2、系統(tǒng)構(gòu)成屏蔽門控制系統(tǒng)主要由中央接口盤（PSC）、就地控制盤（PSL）、門控單元（DCU）、通訊介質(zhì)及通訊接口及外圍設(shè)備等組成。中央接口盤（PSC） 又由主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS ）、兩個單元控制器（PEDC ）、接線端子、接口設(shè)備及控制配電回路組成。典型站配置一個中央接口盤（PSC ）、兩個就地控制盤（PSL ）、每扇滑動門一個門控單元（DCU ）。3、系統(tǒng)功能及實現(xiàn)3.1 、控制功能屏蔽門控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)級控制（SIG）、站

3、臺級控制（PSL）、手動操作控制、火災(zāi)模式（ IBP ）。 其中以手動操作控制優(yōu)先級最高，系統(tǒng)級最低。只有在執(zhí)行完優(yōu)先級的操作后，才可以進行低級別的操作。3.1.1 、系統(tǒng)級控制（SIG）系統(tǒng)級控制是在正常運行模式下由信號系統(tǒng)（SIG）直接對屏蔽門進行控制的方式。在系統(tǒng)級控制方式下，列車到站并停在允許的誤差范圍內(nèi)時（如：± 300mm ），信號系統(tǒng)向屏蔽門每側(cè)單元控制器（PEDC ）發(fā)送 “長 /短車開/關(guān)門”命令，單元控制器（PEDC ）通過門控單元（ DCU ）對每扇滑動門進行實時控制，實現(xiàn)屏蔽門的系統(tǒng)級控制操作。單元控制器（ PEDC ）與門控單元（DCU ）通過可靠的硬線連接

4、。站臺級控制是由列車駕駛員或站務(wù)人員在站臺的就地控制盤（ PSL ） 上對屏蔽門進行“開/關(guān)門”的控制方式。當系統(tǒng)級控制不能正常實現(xiàn)時，列車駕駛員或站務(wù)人員可在就地控制盤（ PSL ）上通過“專用鑰匙”及 ”開 /關(guān)門按鈕”對屏蔽門進行“開 /關(guān)門”操作，實現(xiàn)屏蔽門的站臺級控制操作。手動操作是由站臺人員或乘客對屏蔽門進行的操作。當控制系統(tǒng)電源故障或個別屏蔽門操作機構(gòu)發(fā)生故障時，站臺工作人員可在站臺側(cè)用“專用鑰匙”或乘客在軌道側(cè)通過 “開門把手 ”打開屏蔽門。并將相關(guān)狀態(tài)信息上傳。在隧道/車站發(fā)生火災(zāi)時，為了配合車站環(huán)控系統(tǒng)執(zhí)行火災(zāi)模式，屏蔽門系統(tǒng)必須接受控制，由車站工作人員通過在車站綜合控制室

5、的應(yīng)急后備盤(IBP) 上的按鈕對屏蔽門系統(tǒng)進行緊急操作。所有連接采用硬線連接。3.2 、監(jiān)視功能主監(jiān)視系統(tǒng)(MMS)是中央接口盤(PSC)核心部分，完成每側(cè)屏蔽門單元相關(guān)信息的集成， 其通過監(jiān)視單元控制器( PEDC ) 、 門控單元(DCU) 、 電源系統(tǒng)和與主控系統(tǒng)( MCS )及系統(tǒng)維修終端(SMT)的通訊完成以下功能：1) ) 收集 PSC,PSL,IBP 以及屏蔽門電源的信息；2) 通過內(nèi)部屏蔽門網(wǎng)絡(luò)收集全部DCU 信息；3) 提供維修數(shù)據(jù)；4) 允許對 DCU 參數(shù)進行修改；5) 允許下載新的DCU 軟件；6) 把屏蔽門數(shù)據(jù)通過光纖送到MCS ；7) 屏蔽門故障警報儲存，屏蔽門正

6、常系統(tǒng)運行記錄；8) DCU 的自診斷數(shù)據(jù)傳送到MMS ；9) MMS 的儲存采用硬盤。儲存量滿足信息儲存要求；10) ） 打印數(shù)據(jù)；11) ） MMS 能儲存 DCU 的故障診斷信息；12) ） MMS 從 MCS 下載 GPS 時鐘。單元控制器（ PEDC ） 與主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS） 之間的監(jiān)測信號是通過可靠的硬線連接來實現(xiàn)的。 每個單元控制器（ PEDC ） 將為主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS） 的邏輯輸入模塊提供其操作狀態(tài)（邏輯電平信號）。 由主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS） 監(jiān)測屏蔽門系統(tǒng)的基本操作狀態(tài)，如： 來自信號系統(tǒng)（SIG）的開長/短車門刖 關(guān)門”命令信號、來自站臺就地控制盤（PSL）的“PSLB作

7、允許”信號、來自站臺就地控制盤（PSL） 的 “互鎖解除 ”信號、來自就地控制盤（ PSL ）啟動的“開長/短車門”命令及 “關(guān)門 ”命令、來自IBP 盤上啟動的“開門 ”命令及 “關(guān)門 ”命令信號、 “所有 ASD/EED 關(guān)閉且鎖緊”信號等。門控單元（DCU ）與主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS） 之間的監(jiān)視是通過使用通訊網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場總線）來實現(xiàn)的。每個門控單元（DCU ）在網(wǎng)絡(luò)上都有一個唯一的地址，工程上，為了便于管理和標識，每個門控單元（DCU ）的地址可取決于門控單元（DCU ）在站臺上的位置（上/下行線、門單元號）。由主監(jiān)視系統(tǒng)（ MMS）監(jiān)測門控單元（DCU）的相關(guān)狀態(tài)信息。主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS）

8、 與電源系統(tǒng)之間的監(jiān)視是通過觸點形式及總線方式來實現(xiàn)的，主監(jiān)視系統(tǒng) （ MMS ） 與電源系統(tǒng)的監(jiān)控模塊通訊，采集、 監(jiān)視其電源裝置的UPS 輸出電壓、電流，隔離變壓器輸出的電壓、電流，蓄電池浮充電壓、電流等信息。屏蔽門系統(tǒng)的重要故障信息、工作狀態(tài)信息（如：）納入主控系統(tǒng)集成范圍，由主控系 統(tǒng)集中實現(xiàn)對重要故障信息、工作狀態(tài)信息的顯示、報表、統(tǒng)計及打印功能。維修工具（SMT ）是屏蔽門系統(tǒng)日常維護、查詢、修改系統(tǒng)參數(shù)的必備工具，實際上為一臺裝有系統(tǒng)軟件的便攜式筆記本電腦，其通過現(xiàn)場總線接口（或RJ45 口）與主監(jiān)視系統(tǒng)（ MMS ）及門控單元（DCU ）通訊，完成對系統(tǒng)的日常維護、查詢、參數(shù)修

9、改等工作。4、系統(tǒng)信息集成4.1、 、概述如前所述，屏蔽門控制系統(tǒng)必須完成控制和監(jiān)視兩項基本功能，門控單元（DCU ）完成每扇門的具體控制功能，而主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS ）完成整個車站所有門單元的相關(guān)信息集成 , 并提供與主控系統(tǒng)接口的界面，完成屏蔽門系統(tǒng)的監(jiān)視功能。在車站范圍內(nèi)，每個門控單元（ DCU ）的檢測到的對應(yīng)滑動門的狀態(tài)信息必須通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與主監(jiān)視系統(tǒng)進行通訊；在整條地鐵線路范圍內(nèi)，每個車站的主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS ）與主控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口建立通訊。鑒于現(xiàn)場總線技術(shù)的開放性、互可操作性與互用性、高度分散性及對現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性等特性，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并取得了良好的效果，在屏蔽

10、門系統(tǒng)中主監(jiān)視系統(tǒng)（ MMS ）與門控單元（DCU ）的通訊網(wǎng)絡(luò)就使用了現(xiàn)場總線技術(shù)，下面以廣州地鐵為例，簡單介紹LonWorksa 現(xiàn)場總線及CANbus 現(xiàn)場總線。4.2、 LonWorksa 現(xiàn)場總線LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)，它是由美國Ecelon 公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990 年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI 模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，其通訊速率從300bps 至 15Mbps 不等，直接通信距離可達到2700m（78kbps ，雙絞線）,支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外

11、線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。LonWorks 技術(shù)所采用的LonTalk 協(xié)議被封裝在稱之為Neuron 的芯片中并得以實現(xiàn)。集成芯片中有3個8位CPU; 一個用于完成開放互連模型中第 12層的功能，稱為媒體 訪問控制處理器，實現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理；第二個用于完成第 36層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計量時、網(wǎng)絡(luò)管理，并負責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等;第三個是應(yīng)用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，以實現(xiàn)CPU 之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如 Mot

12、orola 公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2 就包含了2KRAM 和2KEEPROM 。按照 LonWorksa 標準網(wǎng)絡(luò)變量來定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也可以解決和不同廠家產(chǎn)品的互操作性問題，可以與其它按照LonMark 規(guī)范設(shè)計的產(chǎn)品容易地集成，用戶不必為日后的維護和擴展費用擔(dān)心。屏蔽門系統(tǒng)中LonWorksa 總線拓撲為星型，傳輸介質(zhì)為冗余屏蔽雙絞線，每個門控單元（ DCU ）作為一個節(jié)點掛在LonWorksa 總線上，并遵尋主監(jiān)視系統(tǒng)（MMS ）為主，門控單元（DCU ）為從的通訊方式。4.3、 CANbus 現(xiàn)場總線CAN 是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork 的簡稱， 最

13、早由德國BOSCH 公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO 國際標準組織制訂為國際標準，得到了Motorola 、 Intel 、 Philips 、 Siemens 、 NEC 等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。CAN 協(xié)議也是建立在國際標準組織（ISO） 的開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI） 基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3 層，只取OSI 底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達1Mbps/40m ，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps, 可掛接設(shè)備最多可達110 個。CAN 支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)

14、點均在任意時刻主動向其它節(jié)點發(fā)送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當出現(xiàn)幾個節(jié)點同時在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時，優(yōu)先級高的節(jié)點可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級低的節(jié)點則主動停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。屏蔽門系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為總線型，物理層為EIA RS232C/RS485 協(xié)議，使用雙絞線。5、系統(tǒng)外接口處理屏蔽門系統(tǒng)作為車站重要設(shè)備。考慮到各車控室及控制中心（OCC ）能夠有效、科學(xué)、合理地對各車站進行管理、調(diào)度， 屏蔽門系統(tǒng)必須與車站其他系統(tǒng)建立密切的聯(lián)系，配合車站及控制中心完成相應(yīng)的應(yīng)急模式的執(zhí)行，必然牽涉到與相關(guān)專業(yè)接口問題，接口問題的處理好壞， 直接影

15、響了屏蔽門系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及在緊急情況下乘客及工作人員的安全。屏蔽門系統(tǒng)與主控、信號、低壓配電、車站建筑、限界及軌道等都存在接口，以下簡單介紹與主控系統(tǒng)及信號系統(tǒng)的接口處理。5.1 、屏蔽門系統(tǒng)與主控系統(tǒng)（MCS ）的接口屏蔽門系統(tǒng)與主控系統(tǒng)接口共兩種類型：以太網(wǎng)接口（PSD/MCS.1 ）及硬線接口（ PSD/MCS.2 ）。5.1.2、 接口功能PSD/MCS.1: 屏蔽門系統(tǒng)按約定好的數(shù)據(jù)格式，準備設(shè)備故障及設(shè)備運行狀態(tài)（含門的開、關(guān)狀態(tài)等）信息； MCS 系統(tǒng)至少每隔500ms ，對與 PSD 系統(tǒng)間的通道進行檢測。 車站 MCS 負責(zé)對 PSD 的運營統(tǒng)計報表工作，屏蔽門系統(tǒng)提供相關(guān)數(shù)

16、據(jù)。 MCS 能監(jiān)視屏蔽門的運行狀態(tài)，并在車控室的顯示終端進行顯示。 MCS 對屏蔽門系統(tǒng)進行故障報警，可實施故障查詢和記錄。 屏蔽門系統(tǒng)從MCS 接收主控系統(tǒng)時鐘信號。PSD/MCS.2:在車站緊急模式下，由主控系統(tǒng)設(shè)在車站綜合控制室的綜合后備盤（HP）對屏蔽門系統(tǒng)進行緊急操作。PSD/MCS.1:RJ45 以太網(wǎng)接口,通訊協(xié)議為Modbus TCP/IP;PSD/MCS.2: 可靠的硬線連接，無源節(jié)點形式。5.2 、屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng) （SIG）的接口車站正常運行模式下，屏蔽門系統(tǒng)由信號系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)屏蔽門系統(tǒng)的系統(tǒng)級控制功能。屏蔽門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口類型為可靠的硬線連接實現(xiàn)，均為無源節(jié)點形式，接口位置在中央接口盤（PSC ）內(nèi)的兩個單元控制器（PED