地铁屏蔽门自动控制系统设计分析

王廷玉

[摘要]随着当前城市交通事业的快速发展，地铁在城市交通中的作用越来越重要，在地铁的运行过程中地铁屏蔽门自动控制系统对地铁的运行安全起到十分重要的作用。

[关键词]地铁；屏蔽门；自动控制系统；设计

中图分类号： U231+.6 文献标识码： A

一、前言

为了给乘客营造一个安全的乘车环境，实现列车在运行过程中的节能减排，减少运行过程中产生的噪音，自动控制系统屏蔽门应运而生。在列车运行的过程中，屏蔽门频繁的使用，有效保证了乘客的安全。本文就地铁屏蔽门自动控制系统设计进行分析。

二、国内屏蔽门系统类型

纵观国内各城市地铁，其所安装的站台屏蔽门主要有两种类型。

1、全高屏蔽门

由自上而下的玻璃隔墙（固定门）和活动门所构成，这种屏蔽门系统在增加了安全性之外，还能隔离冷热空气、活塞风、列车热量，起到节约地铁车站能耗的作用。

2、半高屏蔽门

由一道上不封顶的玻璃隔墙（固定门）和活动门构成，把站台乘客候车区与列车进站停靠区域部分隔开，其安装位置与第一种方式基本相同，造价比第一种要低。

三、地铁屏蔽门控制系统介绍

地铁屏蔽门是一种通过控制系统控制其自动开关的高科技产品,应用于地铁站台中,通过隔开站台和列车运行区间,从而减少空气对流造成的站台冷热气的流失,为乘客进出站时的安全提供了有力的保证,列车运行产生的噪音也大大降低,并且起到了美观的效果。通过设置地铁屏蔽门,35%以上的空调设备冷负荷得到节约,节能效果显著。另外,一条地铁线路是否需要设置屏蔽门,应综合比较以下几个因素:地铁运输能力、人员舒适性要求、当地的气候条件和运行及管理费用。一套完整的屏蔽门单元(包括底部绝缘、固定件、预埋件、顶部绝缘、活动门以及梁柱等)；完整的DCU(门机控制单元)和驱动装置、EMCS(模拟机电设备监控系统)、PSL(站台端头控制盒)、PSA(屏蔽门操作指示盘)以及PSC(中央控制盘)等。

四、屏蔽门系统的优点

1、安全性显著提高

适用于各种类型的车站、各种类型的屏蔽门。以南京地铁为例，在南京地铁一号线未加装屏蔽门前，2005年至2011年共发生乘客落轨身亡事件3起，乘客落轨受伤事件5起，在南京地铁一号线屏蔽门安装完成后至今，未发生一起乘客落轨事件。屏蔽门安装后，可有效避免乘客候车时或在列车到达时探头张望和随车奔跑的危险行为，也避免乘客及所携带物品落入轨行区的风险。部分屏蔽门上还可安装探测各种障碍物的传感器，一旦探测到障碍物存在，传感器发出的信息将使屏蔽门再开闭机构动作，这样可有效地减少车门夹人夹物的概率。

2、起到一定的节能作用

地下站的全高屏蔽门由于地下车站和区间隧道是长条形的地下结构，除车站的出入口、通风亭和隧道的洞口之外，其他位置基本上与外部空气是隔离的，因此需要环境控制系统来保证乘客感官的舒适。全高屏蔽门在地下站安装后会减少夏季的冷量消耗，达到节能的目的。此外，还可以减少空调设备的功率互或容量，从而又可间接减少空调机房土建面积与建设费用。

五、屏蔽门系统的弊端

1、建设与维护费用大。屏蔽门系统的建设投资较大，投入使用后每年还会产生不菲的维修费用。在维护上可采取委托厂家维修或自主维修的方式，也可以采取以上两种方式的结合。

2、屏蔽门系统会使整个地铁系统发生故障的概率提高。由于增加了屏蔽门，信号系统在列车和屏蔽门之间所处的特定状态下会对列车正常运行产生影响，如：列车对标不准、列车紧急制动等。此外，在屏蔽门投入使用初期，须对信号系统进行多次调试。

3、屏蔽门系统在既有线路进行加装的施工难度大。加装时对站台边缘底部支撑的工程要求较高，还牵涉到既有运营线路运休后的施工请点、施工销点清场以及和其他施工的冲突风险和轨行区侵限的风险，造成工期长、现场管控要求高、施工工艺难度大、风险管控工作量大等问题。

六、屏蔽门控制系统

屏蔽门控制系统具有系统级控制、站台级控制、紧急操作控制和手动操作控制四种控制方式。这四种控制方式中以手动操作控制优先级最高，系统级控制最低。

1、系统级控制

系统级控制是在正常运行模式下能自动或经列车司机确认后对屏蔽门进行的自动控制方式。在系统级控制方式下，列车到站并停在允许的误差范围内时，系统自动或经列车司机确认后进行开/关门操作，控制命令由信号系统（SIG）发送，经网络以广播方式传送操作指令，通过DCU进行自动控制，实现屏蔽门的系统级控制操作。

2、站台级控制

站台级控制是由列车司机通过站台PSL对屏蔽门进行的控制操作。当系统级控制不能正常实现时，如SIG系统故障，PSC对DCU控制失败等故障状态下，列车司机应在PSL上进行开/关屏蔽门操作，实现屏蔽门的站台级控制。

3、紧急操作控制

在紧急运行模式下，如隧道内或者站台发生火灾等情况下，可由车站值班员操作车控室内的PCS控制开关对屏蔽门进行开/关控制。

4、手动操作

手动操作是站台工作人员对屏蔽门进行的单独操作，不影响其他门体的运行。

七、地铁屏蔽门自动化控制系统设计的流程

在总体布局地铁屏蔽门自动化控制系统的基础上，我们需要对系统的功能进行设置，并做好微控制器和电机的选型工作，以及理顺无刷直流电机驱动控制原理。

1、控制系统构成

屏蔽门回路控制系统主要由中央接口盘(PSC)、就地控制盘(PSL)、门控单元(DCU)、通讯介质、通讯接口及外围设备等组成。中央接口盘(PSC)又由主监视系统(MMS)、两个单元控制器(PEDC)、接线端子、接口设备及控制配电回路组成。

2、控制系统的设计特点

屏蔽门系统的所有控制线路均通过硬线连接,保证了控制系统的高可靠性,且成本较低。监控系统采用标准的国际工业网络数据总线进行连接,可传输大量信息。采用这种方式保证了系统操作的高可靠性、良好的功能和设备扩展性能。

3、系统功能

在设计屏蔽门自动化控制系统的时候，需要明确的功能主要有两个方面，其中包括控制功能和监测功能。每侧站台屏蔽门均配置独立的单元控制器实现各级别控制及监视功能。在系统正常运行状况下，列车进站后停在允许误差范围内时，列车信号系统向屏蔽门发出开门和关门的指令，屏蔽门系统前端继电器识别为有效指令后，单元控制器发出相应的开门或关门指令，同时屏蔽门系统通过硬线连接向信号系统反馈开门或整侧关闭且锁紧信号，这就是屏蔽门系统级自动化控制。至于站台级别控制，则由包括列车司机和站务人员在内的系统操作人员，通过站台的PSL控制屏蔽门开关。为了达到更可靠的控制，开关门的指令均采用冗余设计，即兩路开门和关门指令。为了辅助补充自动化控制系统，站台也提供手动操作的方式控制屏蔽门，以便在系统或电源发生故障以及其它紧急情况下，站台工作人员可以直接利用钥匙，乘客在轨道侧用门把手打开屏蔽门。

4、微控制器和电机的选型

微控制器的选型，是从屏蔽门自动化控制系统的功能角度分析，对微控制器的要求是运行速度快、运行精度高，而且在通信方面具有良好的功能，这也是屏蔽门实现智能化控制的关键。笔者建议采用LPC2129微控制器，这种控制器由Philips公司提供，具有实时仿真支持功能，以及嵌入了高速的Flash存储器，确保存储器的接口和加速结构都能够在最大始终速率的状态下运行。LPC2129微控制器功耗低，包括2个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、9个外部中断器，适用于屏蔽门自动化控制系统的通信网管、协议转换器、嵌入式软件路由器等。

结束语

在地铁屏蔽门自动控制系统设计中涉及到机械、电子、软件、玻璃等很多的行业，是一个极其复杂的过程。在设计的过程中，我们要不断的采用新技术保证地铁运行的安全。

参考文献

[1]郭朝荣.深圳地铁信号与屏蔽门控制接口浅析[J].都市快轨交通，2005

[2]贺巧云.浅谈轨道交通站台屏蔽门系统[J].技术与市场,2008

[3]邵森林.关于地铁屏蔽门样机性能试验的探讨[J].中国新技术新产品,2009