快速公交站台安全门PLC控制程序设计*

王元生，邱成鹏，宋天博，费美扣

(1.盐城工业职业技术学院 汽车与交通学院，江苏 盐城 224005；2.盐城市经贸高级职业学校，江苏 盐城 224041)

0 引言

快速公交系统(Bus Rapid Transit，BRT)具有优于普通公交系统的快捷性和舒适性，同时，由于其提供类似于城市轨道交通系统的客运服务模式，且投入的建设成本较低，正逐渐在国内外多座城市建设并运营。快速公交站台安全门是类似于轨道交通站台屏蔽门系统的关键功能装置，用于保障乘客安全和快速公交系统的正常运行[1]。国内部分城市的快速公交系统专用站台，使用了无安全门的开放式结构或传统电控安全门，所导致的安全隐患引起了人们关注。本设计项目针对快速公交站台安全门设施存在防夹防撞功能不足等安全隐患，依据安全门国家标准，开展安全门防撞防夹自动控制系统的应用研究和控制程序设计，以满足快速公交系统对安全门工作稳定性和安全性要求，对提高快速公交系统高效运营具有现实意义。

1 快速公交站台安全门结构与工作原理

1.1 快速公交站台安全门总体结构

快速公交站台安全门系统采用对开式半高安全门结构，包括驱动电机、传动装置、固定侧盒、滑动门、滚轮和导轨等部件[2,3]，如图1所示。

1.2 工作原理

安全门设计有以下三种开合方式：

(1)公交车辆门开关联动控制。当快速公交车辆进站驻车时，首先保证车辆门与站台安全门的滑动门位置一一对应；再由公交司机操作车辆门开关，使车载红外发射装置发出信号至站台安全门系统，控制滑动门与车辆门同步开启或关闭。

(2)手动控制。当安全门联动控制出现故障时，就需要通过手动控制方式发出开门或关门命令，手动控制方式通过站务监控室触摸屏或遥控装置完成。

(3)应急解锁控制。滑动门上设有机械式紧急解锁装置，在紧急情况下，站务室工作人员从站台侧打开滑动门紧急解锁装置，即可手动推开滑动门[4]。

1-驱动电机；2-传动装置；3-固定侧盒；4-滑动门；5-滚轮；6-导轨

2 控制系统设计

2.1 功能设计

安全门系统具有减速闭合和防撞防夹功能，以避免可能发生的滑动门对人体碰撞而形成的伤害，具体如下:①滑动门开启和闭合时，工作平稳，确保在2.5 s～4 s内完成动作[5];②滑动门在闭合过程中，当两扇门相邻边缘的间距为200 mm时，触压减速开关，两门以较慢速度继续移动，完成闭合动作;③两固定侧盒的内侧边安装有对射光栅，两滑动门内侧边缘安装有微动开关,当光栅检测到有乘客正通过安全门，或微动开关检测到滑动门碰撞乘客或物品时，关闭动作立即停止，并执行开门动作。

2.2 控制原理

安全门系统控制原理框图如图2所示。PLC是控制系统的中枢，接收来自指令开关、传感器和行程开关等元件的输入信号(X)，在进行信息存储、逻辑运算和顺序控制等处理后，输出脉冲信号(Y)；通过驱动器控制步进电机旋转的角位移、角速度和方向，进而驱动安全门执行开启或关闭操作；通过状态指示灯和蜂鸣器等元件，显示安全门系统工作状态；通过上位机可实时监控和修改系统的运行参数。

图2 安全门系统控制原理框图

2.3 硬件选型与信号分配

站台每个候车单元安装一组安全门，每组安全门包括3对滑动门。现以控制安全门左侧活动门为例，介绍PLC控制程序设计。

根据系统的控制方案，综合分析控制要求、输入输出点数和存储器容量，确定选用台达DVP28SV11T型PLC为控制器，配套电源模块及扩展I/O模块各1件。选用86BYG250H步进电机和MA860H驱动器。PLC输入、输出信号地址分配如表1所示。

表1 I/O信号地址分配

3 控制程序设计

3.1 控制程序编制

3.1.1 控制方式程序

联动控制方式由司机操作车辆开关，通过公交车辆与安全门系统关联的红外传感器发出信号；手动方式由站务工作人员通过触摸屏或遥控器进行。控制方式程序设计如图3所示。站务工作人员手动控制操作的级别优先于司机联动控制操作；任意一种方式控制安全门开启或关闭指令发生后，都可以触发计数器C0作1至2循环计数，轮流接通开门(电机正转M16为on)或关门(电机反转M17为on)信号。

图3 控制方式程序

3.1.2 速度切换控制程序

安全门开启时，滑动门以较高的速度移动；执行闭合动作时，先以较高的速度移动，只有当滑动门触压到减速开关时，才以较慢的速度移动。滑动门快速或慢速移动的速率和行程，结合机械装置传动比、步进电机固有步距角和驱动器细分数设置，经计算，控制滑动门快速移动时，指令脉冲输出频率为K1000，输出数目为K2800；滑动门慢速移动时，指令分别为K300和K400。速度切换控制程序如图4所示。

图4 速度切换控制程序

3.1.3 变速开合控制程序

步进电机正转和反转，通过执行脉冲指令PLSY完成。正转与反转换向、反转快速级与慢速级参数切换时，需在停止PLSY执行后，至少延迟一个扫描周期，再次执行。变速开合控制程序如图5所示。

图5 变速开合控制程序

当M16为on时，步进电机正转，安全门开启。若全部脉冲发出，指令PLSY执行完毕时，由执行完毕信号M1029使M30置位，停止PLSY的执行条件；当安全门触压限位开关时，只有部分脉冲发出，系统由X15常闭触点断开，停止指令PLSY执行。当M17为on时，步进电机反转，安全门闭合。当输出信号Y10得电，发出电机反向信号后，同时通过T0延时500 ms，使指令PLSY停止至少一个扫描周期后，再次执行；在滑动门触压减速开关后，同样通过T1延时至少一个扫描周期，再执行慢速移动。

电机正、反转换向时，利用M16/M17互锁功能，通过对应M17/M16下降沿信号，置位M30，接通指令PLSY的执行条件。

3.1.4 防撞防夹控制程序

安全门的防撞防夹功能通过光栅和安装在活动门内侧边缘的微动开关实时检测完成。防撞防夹控制程序如图6所示。在安全门关闭的过程中，若有乘客突然通行，或发生碰撞、卡夹乘客或物品时，系统通过计数器C0直接触发电机正转，实现无条件执行开门动作。无论是在开门或是关门的过程中，防撞防夹功能触发的开门动作，均需通过T2延时至少一个扫描周期后，再次执行指令PLSY。

图6 防撞防夹控制程序

3.2 程序模拟与调试

利用编程软件的仿真器功能，模拟安全门系统运营时的实际工况要求，设置各输入信号状态，监控梯形图程序运行逻辑关系以及输出信号状态变化。仿真结果显示，程序运行逻辑关系符合设计预期。

为验证设计的可行性和程序正确性，制作了联调试验装置，如图7所示，以手动开关模拟传感器和行程开关信号，以指示灯模拟电机执行信号。调试结果表明，该控制系统在联动和手动控制方式下，均能实现滑动门开启和闭合动作；当滑动门触压减速挡块后，减速闭合动作执行正常；在闭合过程中，若有行人通过，或滑动门碰撞物品时，后者均能自动返回；控制系统运行稳定，满足安全门技术要求。

图7 联调试验装置

4 结论

本研究设计了以PLC为控制核心的安全门防撞防夹自动控制系统，设计了满足工作现场需求的联动控制和手动控制方式，完成了安全门速度切换、变速开合和防撞防夹等功能模块程序编制。模拟运行仿真和试验调试结果表明，该防撞防夹控制系统能有效地解决快速公交站台安全门系统存在的安全隐患，满足安全门工作稳定性和安全性要求，显著提高了快速公交系统运营效率。