站台门系统接口信息记录装置设计

曲秋莳，胡经纬，王小娟，刘金梅

（北京交通运输职业学院，1.副教授，2.讲师，北京 100096）

引言

地铁站台门系统是地铁重要机电设备，与列车信号系统相互配合，是乘客安全与列车运行的保障。站台门系统与列车信号系统间共包括四个接口指令，任一指令信息传输故障均会影响站台门开关与列车运行，故障处置延迟时间较一般故障处置延迟时间三倍以上，此类故障兼具偶发性和不确定性即接口故障排查中经常恢复正常，无法判断是哪方接口问题，一旦恢复运行后易复发，严重影响乘客乘车与地铁运行。针对站台门系统无列车信号系统接口指令信息记录功能，天津地铁对安全回路相关监控展开研究，通过检测等效电阻方法进行监控［1］；宁波地铁提出新线建设时信号与站台门接口故障隐患防范措施和思路［2］；北京地铁从相对宏观层面探讨屏蔽门系统和地铁信号系统接口发展特点［3］；沙洲职业工学院等单位通过改变控制系统来降低故障率或提高发车效率，但在指令接口故障点来源方面探讨较少［4-5］。以西屋站台门系统为研究对象，设计一种站台门系统接口信息记录装置，采用光欧姆龙AQY210型继电器和西门子S7-200型PLC为核心元件，具有可靠性高，适应性强的特点，可为故障诊断与分析提供可视化数据，为站台门的智能维护系统提供信息支撑。

1 工作原理与设计思路

1.1 站台门系统指令信息收发原理

西屋站台门系统主要包括中央控制器（PEDC）和从动继电器，中央控制器负责接收列车信号系统开门、关门指令，将指令发送至整侧站台门门控单元控制器（DCU）；从动继电器是监测整侧24 道滑动门、6道应急门的“关闭且锁紧”状态，向列车信号系统反馈“关闭且锁紧”指令信息，系统异常时反馈“互锁解除”指令信息，4组指令信息收发原理如图1所示。

图1 列车信号系统、站台门系统4组指令信息收、发原理

1.2 设计思路

站台门系统接口信息记录装置需要在线实时记录“开门”、“关门”、“关闭且锁紧”和“互锁解除”4组指令信息，指令信息采集点选定在列车信号系统与站台门系统接口部位，安装在中央接口盘控制柜内对应端子排上即4 组指令的接入端子处，避免因两个系统单方故障而相互影响，造成指令信息记录错误事件发生。

1.3 “开门”“关门”指令信息采集电路设计

在中央接口盘控制柜内，列车信号与站台门系统间“开门”指令接口电压为DC24V。信号系统发布“开门”指令时，站台门“开门”指令继电器线圈得电，下发开门信息，信号系统发布“关门”指令时，站台门“关门”指令继电器线圈得电，下发关门信息，信息均通过光继电器进行采集，原理如上图1所示，接线如图2所示。

图2 “关门”指令信息采集接线示意图

1.4 “关闭且锁紧”指令信息采集电路

列车信号系统与站台门系统设有2 条“关闭且锁紧”指令信息，每条指令信息包括与站台门体联通的“关闭且锁紧”大回路以及与信号系统联通的小回路，原理如图3所示。

图3 “关闭且锁紧”指令信息大回路工作原理示意图

指令大回路中整侧站台门“关闭且锁紧”指令信息发布前提是48扇滑动门和12扇应急门所关联的120 组行程开关（分为左、右扇门侧各60 组行程开关）组成的“关闭且锁紧”回路（也称为安全回路）导通时，安全继电器接通，站台门发布“关闭且锁紧”指令给信号系统，安全回路串联120个行程开关后，通向安全继电器线圈的正负极。“关闭且锁紧”指令小回路信息由从动继电器与列车信号系统接口端子排组成，由一个安全继电器的两个常开触点双切所控制的。经前期故障数据统计对比，“关闭且锁紧”指令信息故障多发生在大回路中，设定指令信息记录装置监测回路中行程开关为闭合状态，设置在安全回路的端子排处，将光继电器J3直接并联在端子排65和66用于“关闭且锁紧”指令信息采集。

1.5 “互锁解除”指令信息采集电路

列车信号系统与站台门系统之间的“互锁解除”指令信息接口端子排为72、73、74、75，将光继电器J4 直接并联在端子排73、74 上，光继电器J4 的线圈正极接端子排73，线圈负极接端子排74，用于“互锁解除”指令信息采集。

2 接口数据的归档

数据归档是指通常按照日期时间排序的一组记录，每条记录代表着一些过程事件，过程事件中记录了一套过程数据。由数据归档向导定义数据组织结构，一条数据归档记录是指写入数据归档中单独的数据行。选用S7-200型配有存储卡槽的PLC，放置256K 存储卡，通过STEP 7-Micro/Win［6］提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。用数据归档向导创建数据归档操作方式如下：

①为每个数据归档创建一个符号表，每张表均包含与数据归档域名相同的符号名用于定义储存当前数据归档所需V 存储区地址；包含用于标识每个数据归档的符号常数，为每条数据归档记录创建数据块标签，对每一个数据归档域分配V存储器地址，数据归档配置如图4所示。

图4 数据归档配置

②勾选“使每条记录包括一个时间戳记”和“使每条记录包括一个日期戳记”选项，在“存储在存储卡中的数据记录的最大数目”选项中设置最大数量需求，确保每条数据归档记录中包含时间标签、日期标签，数据能留存至少半个月时间。

③单击“域名”单元格，录入域名，单击“数据类型”单元格，从下拉列表中选择“数据类型”［7］。

④数据归档分配存储区，在“建议地址”选项中创建一个V 存储区地址，一条数据归档记录在被写入存储卡之前，存储在这个存储区地址中，选择数据归档向导推荐的尚未使用的V存储区。

⑤在“项目组件”中选择子程“DAT0_WRITE”选项，生成一个DAT0_WRITE 子程序，将指定的数据归档记录从V 存储区记录到存储卡中，每执行一条“DAT0_WRITE”指令，会在存储卡数据归档中记录一条新的数据记录，数据归档项目组件如图5所示。

图5 数据归档项目组件

3 PLC程序设计

S7-200 型PLC 资源管理器输入端子I0.0、I0.1、I0.2、I0.3 分别为“开门”、“关门”、“关闭且锁紧”和“互锁解除”4 个指令信息输入端子，各使用一个计时器来滤除尖峰脉冲，计时器设置为1秒，采集站台门执行每个开、关循环周期3 样指令信息数据即“011、100、010”，011 表示“开门”指令信息为低电平，“关门”指令信息为高电平，“关闭且锁紧”指令信息为高电平；100 表示“开门”指令信息为高电平，“关门”指令信息为低电平，“关闭且锁紧”指令信息为低电平；010 表示“开门”指令信息为低电平，“关门”指令信息为高电平，“关闭且锁紧”指令信息为低电平。使用T37 计时器消除“开门”指令信息和“开门”指令信息电平上升沿与下降沿不同步问题，设置时间为1秒，避免重复采集，增加存储数据数量［8］。4个指令信息经过两级延时后，每个开、关循环周期由原来10余行周期记录数据减小为3行周期记录数据即“011、100、010”，程序设计梯形图如图6所示。

图6 PLC梯形图设计

4 数据的加载调用

当站台门系统发生故障，故障分析需要调阅根据“日期戳”和“时间戳”记录的相关数据时，使用多主站电缆将S7-200 型PLC 资源管理器与计算机接口（MPI）连接，打开资源管理器，将数据下载至计算机，通过EXCEL 加载数据信息，查看4个指令信息，UA代表“开门”指令、UB代表“关门”指令、UC代表“关闭且锁紧”指令，其中信息记录中的“1”表示变量为DC24V高电平，“0”表示变量为DC24V低电平，加载数据信息如图7所示。

图7 EXCEL中加载的数据信息

5 结论

西屋站台系统接口信息记录装置组装上电调试后，在西屋站台门样机进行模拟测试，对样机门“开门”、“关门”、“关闭且锁紧”和“互锁解除”4 个指令信息实时记录，指令信息准确率100%，日期准确率100%，时间准确率90%，装置满足设计要求，运行可靠稳定，使用效果好，可推广至路网其它地铁线路应用，为设备智能维保提供数据支持。