地铁防淹防护密闭门驱动控制系统技术研究

潘 峰 毕晶晶 马小娇 解 峰

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010）

0 背景

越来越多的地铁线路跨江过河，如果自然灾害或突发事故破坏隧道过河段的主体结构，出现漏水涌水问题，将造成重大灾难。结合地铁全线防护单元的划分，需要在地铁线路过河段两端设置防淹防护密闭门（以下简称防淹门），以便在发生事故时能紧急关闭，封闭过河隧道区间，保护地铁线内的列车、车站设备安全以及人员安全，防止事故扩大。起到平时防灾、战时防空的双重作用[1]。

由于防淹门关闭时，将引起地铁供电接触网断开，造成列车停运，同时还需要保证列车的安全。因此，防淹门只能在地铁隧道破裂或严重渗水、且区间内无列车的情况下，才能够关闭。此时能否及时、准确、安全地关闭防淹门，其启闭控制系统将发挥重要作用。基于此，我们研制了一种智能防淹门驱动控制系统，其可以根据地铁隧道内水位的变化及区间内列车的运行情况自动启闭。

1 系统结构原理

1.1 系统组成

图1 控制系统框架原理图

防淹门为升降式，主要由门扇、门框、下压机构、机械锁定装置（挡板小车）、启闭机、信号采集装置、控制系统以及供电系统等部分组成。门框作为埋件预先埋设在土建结构中，门扇在启闭机的作用下，在门框内上下滑动，实现门扇的升降，通过下压机构克服水的阻力，确保关门到位。挡板小车装置用于门扇平时开启状态的安全锁定，通过挡板小车装置将门扇顶至轨行区上方，确保门扇固定牢固，减轻启闭机钢丝绳的受力。可以采用自动与就地手动2 种控制方式实现门扇的开关与升降。

防淹门控制系统原理如图1 所示。新型防淹门启闭控制系统由冗余热备PLC、隧道水位检测装置、启闭设备、防淹防护密闭门、电动锁定装置组成。并通过车控室、综合监控系统实现对防淹门状态及启闭的监视与控制。

防淹门供电系统原理图如图2 所示。控制系统由1 路AC400V 电源系统和1 路UPS 电源供电。

1.2 简要技术说明

图2 供电系统原理图

主要包括5 个方面的内容。1）PLC 上设置了冗余热备双CPU，检测装置包括安装在防护区间隧道最低处的水位传感器，水位传感器与PLC 相连接，PLC 分别与启闭设备和电动锁定装置相连接，启闭设备与防淹门相连接，电动锁定装置锁定防淹门，PLC 分别与车控室、综合监控系统和信号系统进行通信[2]。2）控制柜表面设置了触摸屏和多个指示灯，触摸屏和各个指示灯分别由PLC 进行控制。3） 防淹门上设置了位置行程传感器，其位置信号接入PLC 系统。4）控制柜上设置了选择开关，选择开关设置了检修、就地和远方控制3 个档位。5）水位传感器采用3 套同型号水位传感器与PLC 相连，3套传感器采用3选2的表决方式决定水位信号的有效性和可靠性，PLC 程序经过特殊设计处理能够完成表决计算和运行。

1.3 系统安全装置原理

防淹门安装在地铁隧道上端，通过启闭设备控制其升降。为防止防淹门非正常关闭，在防淹门底端设置有承载的平板小车等安全锁定机构。正常情况下，防淹门由电动锁定装置锁定在检修平台上，防淹门落于小车上，确保防淹门不会下滑关门。

当发生紧急事故需要关闭防淹门时，先通过安装在防护区间隧道最低处内的水位传感器检测水位，同时水位传感器将检测到的隧道内的实时水位值发送给控制柜内的PLC。下面结合具体数据进行说明：水位传感器设在各防护区间隧道最低处区间的水泵房内，共设置3 套液位传感器，控制系统按3 选2 的表决方式确认水位报警信号。区间水位按四级监视、两级报警设置，区间最低处钢轨底面以下100 mm 处为一级水位（此时区间隧道开始出现集水），区间最低处钢轨顶面以上60 mm 处为四级水位（此水位将危及列车行车）。一级与四级水位之间，水位高程差为336 mm（100 mm+钢轨高度176 mm+60 mm）。一级、二级、三级间水位差为+100 mm，三级、四级间水位差为136 mm。区间水位达到一级水位时，系统自动发出区间水位预报警信号。区间水位达到四级水位或区间水位在一级与四级水位之间，但水位上涨速度≥系统设定的某一值（暂定100 mm/0.1 h）时，系统自动向车控室及信号系统发出区间危险水位报警信号（水位上涨速度仅监测平均水位上涨速度，各级水位高程和水位上涨速度属可调参数）。从预报警水位起，PLC 根据水位传感器发送的隧道内的实时水位值，自动计算在设定时间内水位的上涨值，计算出水位上涨速度，当水位上涨速度超过设定值，即区间隧道列车运行安全已受到威胁时，PLC 自动将危险报警水位发送至车控室以及综合监控系统。当需要关闭防淹门时，车控室向信号系统发出请求关门信号，当PLC 接收到信号系统发送的允许关门信号时，PLC 自动控制启闭设备关闭防淹门。当事故处理完毕后需要开启防淹门时，车控室向防淹门控制系统发送开门信号，此时PLC 控制启闭设备开启防淹门。

1.3.1 关门操作流程

具体流程包括9 步。1） 就地或者在车控室发送关门请求信号。 2） 信号系统检测到隧道区间无列车且可以关闭防淹门时，发送关门允许信号。3）防淹门控制系统收到关门允许信号，开始自动关门操作。4）防淹门提升至全开位置。5）挡板小车退回到原位。6）防淹门下降至全关位置。7）挡板小车推出至下压位。8）下压机构下压，直至下压到位。9）控制系统发出防淹门全关且锁闭信号，关门操作完成。

1.3.2 开门操作流程

具体流程包括8 步。1）车控室发送开门命令。2）防淹门控制系统收到开门信号，开始自动开门操作。3）下压机构收回至下压收回位。4）挡板小车退至原位。5）防淹门提升至全开位。6）挡板小车推出至托位。7）防淹门下降至小车上，确保防淹门不会非正常下落。8）控制系统发出防淹门全开且锁闭信号，开门操作完成。

2 系统可靠性分析

主要从以下5 个方面进行分析。1）实现了防淹门的自动启闭功能，发生事故时能够紧急关闭，封闭过河隧道，保护地铁线内的列车等设备以及人身安全。2）研制的PLC 采用冗余热备双CPU 设计，一用一备，当处于工作模式的CPU出现故障时，处于备用模式的CPU 自动切换为工作模式，且切换为无扰动切换，不影响系统运行。并自动切除故障模块同时发出报警，以确保系统可靠运行。3）系统采用地铁供电系统和UPS 电源的双电源设计，当地铁供电系统停电时，控制柜内自配的UPS 电源通过自动切换电路自动切换供电，确保系统的正常运行。4） 系统控制柜上设置了多个指示灯和触摸屏，指示灯包括故障、水位报警指示、防淹门及安全小车状态等，用来显示当前的工作状态，触摸屏用于查询防淹门的启闭时间和次数，故障报警统计等。5）系统设置了位置行程传感器来实时检测防淹门启闭过程中的实时位置，可将防淹门的实时位置发送给PLC，PLC 根据防淹门的实时位置来启闭设备并控制电动锁定装置。

3 研究结果

防淹防护密闭门作为地铁线路中最为重要的一道关卡，必须确保其可靠性。该文介绍的驱动控制系统技术能较好地解决系统的安全稳定性、测量操控性、环境适应性等问题。其主要贡献包括3 个方面。1）PLC 采用冗余热备CPU 设计，确保控制系统可靠运行。PLC 上的部分关键控制流程采用不可清除模式固化在PLC 中，避免程序出现断电丢失或电脑病毒感染，需要时直接调用处理。除具有数据采集和处理功能外，还具有故障自诊断功能，包括模件故障、接口故障、通信控制故障等，当诊断出故障点时，能自动闭锁控制出口，并将故障信息发送至综合监控系统。2） 控制系统具有多种模式。包括就地检修、就地和远方控制3 个档位，能实现就地或者远程操作，方便维护检修和紧急控制。3）控制柜表面设置了触摸屏和多个指示灯，可实现故障报警统计、显示当前工作状态等功能。