基于PLC和力控的地铁屏蔽门系统设计

赵丹

（江苏联合职业技术学院南京分院 电气工程系，江苏南京，210019）

地铁作为城市交通工具，其主要功能是减轻地面交通的压力，具有方便、快捷、准时的特点，因此具有一定的客流吸引力。地铁屏蔽门是环绕地铁站台边沿设置的局部开关可控的连续屏障，它将隧道行车区间与乘客候车站台分隔开来，在列车到达和出发时可自动开启和关闭，为乘客营造了一个安全、舒适的候车环境。地铁屏蔽门是一套复杂的分布式参数控制系统，由于其控制的活动门数量较多，且开关门动作较频繁，所以对控制系统的要求也比较高。

1 系统整体结构及思路设计

针对列车和乘客的安全和能耗问题，依托站台建立屏蔽门，并通过主控机建立相关系统来解决乘客安全的上下列车和减少相关的人力使用。使得屏蔽门能够自动地执行开关门的操作。同时，其中的监视系统能将各个屏蔽门的运行信息发送到相关的监控点，用于人机交流、软件升级、门参数修改和数据记录等。

通过使用可编程控制器PLC控制各种光电开关、限位开关等开关量接点。并在每个活动门内都安置一个门控器来控制电机正反转，进而来控制活动门的左右移动。安装指示灯和蜂鸣器，用于显示屏蔽门的开关门状态和故障，并能在紧急状态下用设置的紧急按钮对屏蔽门直接进行操控。

单扇屏蔽门布局结构示意图如图1所示，其中包含了几个不同的模组。主体是由2个单独的活动门组成一扇屏蔽门，每一个活动门都由单独的电机来控制其动作。

图1 屏蔽门结构图

屏蔽门上的各个活动门上都配有一个单独的电机来控制屏蔽门的左右移动。通过控制活动门上电机的正反转来控制各个屏蔽门的打开或关闭。当1号三相电机M1正转2号三相电机M2反转，此时1号活动门左移，2号活动门右移，屏蔽门将打开，当1号三相电机M1反转2号三相电机M2正转，此时1号活动门右移，2号活动门左移，屏蔽门将关闭。通过PLC控制电机的正反转来实现屏蔽门的打开和关闭，当障碍物检测模块检测到障碍物时则执行开门动作，当屏蔽门故障时则通过设置的停止按钮切断该屏蔽门的通讯，且其他屏蔽门不受影响，以方便其检测维修。

2 系统硬件设计

■ 2.1 系统设计

屏蔽门控制系统设计如图2所示。

图2 屏蔽门控制系统设计图

该屏蔽门控制系统有PLC作为主控设备，将限位开关和障碍检测模块的信号传递给PLC，之后由PLC给出的输出信号到电机和峰峰器以及指示灯，电机控制屏蔽门的开门或关门动作，蜂鸣器主要是提醒开门动作或关门动作正在进行，指示灯分别表示开门动作或关门动作的不同阶段的状态。

■2.2 PLC接线图

电气原理图如图3所示。其中SB为按钮，KM为线圈，且各个电机的正反转形成互锁。I0 3~I2 6为开关门限位开关信号的输入地址和避障检测信号的输入地址，Q3 0~Q5 3的信号输出到指示灯，Q6 0~Q6 3的信号输出到蜂鸣器。

图3 PLC接线图

3 系统软件设计

■ 3.1 程序流程图

屏蔽门运行流程图如图4所示。当列车到站时，由人按下开门按钮，此时判断开门是否到位，没开好则指示灯亮红灯蜂鸣器鸣叫。门完全打开时，指示灯绿灯亮，蜂鸣器停止鸣叫，乘客上下车。当乘客上车完毕后，由人按下关门按钮，此时屏蔽门障碍检测模块检测是否有障碍物，有障碍物则执行开门操作，无障碍物则判断关门是否到位，没关好则指示灯亮红灯蜂鸣器鸣叫，关好则红灯熄灭蜂鸣器停止鸣叫那列车允许离站。

图4 正弦波总谐波失真

图4 屏蔽门运行流程图

■3.2 I/O地址分配表

I/O地址分配表如表1所示。

表1 I/O地址分配表

■ 3.3 PLC 梯形图

当开门按钮按下，各电机开门中间继电器得电，各活动门执行开门操作。当各活动门碰到各开门限位开关时，活动门则停止开门动作。

从梯形图中能够看出，紧急停止按钮为最高优先级，当发生紧急情况时按下该按钮可切断各个信号的传递。第二优先级控制为各扇门的单独控制，为此设置了各扇门的停止按钮，方便单扇门的维修及其他情况的处理。

图5 开门动作梯形

当关门按钮按下，1号电机关门反转中间继电器和2号电机关门正转中间继电器得电，一号门执行关门操作；3号电机关门反转中间继电器和4号电机关门正转中间继电器得电，二号门执行关门操作；5号电机关门反转中间继电器和6号电机关门正转中间继电器得电，三号门执行关门操作；7号电机关门反转中间继电器和8号电机关门正转中间继电器得电，四号门执行关门操作。当1号电机关门右限位开关和2号电机关门左限位开关得到信号时，1号电机关门反转中间继电器和2号电机关门正转中间继电器失电，一号门停止关门操作，此时一号门完成关门；3号电机关门右限位开关和4号电机关门左限位开关得到信号时，3号电机关门反转中间继电器和4号电机关门正转中间继电器失电，二号门停止关门操作，此时二号门完成开门；5号电机关门右限位开关和6号电机关门左限位开关得到信号时，5号电机关门反转中间继电器和6号电机关门正转中间继电器失电，三号门停止关门操作，此时三号门完成开门；7号电机关门右限位开关和8号电机关门左限位开关得到信号时，7号电机关门反转中间继电器和8号电机关门正转中间继电器失电，四号门停止关门操作，此时四号门完成开关门。

图6 关门动作梯形图

从图中可以看出，各个电机的正反转都各自形成自锁，且开门动作与关门动作的各个电机的正转和反转都相互形成互锁。这样可以避免电路短路，从而保护电路。

■3.4 力控监控系统设计

考虑到力控组态软件具有开放性好、适应性强、开发周期短、经济等优点，本设计采用力控软件。

图7 开门组态画面

当开门按钮按下时，各电机正反转实行开门操作，指示灯红灯亮蜂鸣器鸣叫，总状态指示灯红灯亮。当各个开门限位开关被碰到时，则开门完成。指示灯绿灯亮蜂鸣器停止动作。总状态指示灯绿灯亮。

图8 关门完成组态画面

图9 遇障组态画面

当关门按钮按下时，各电机正反转实行关门操作，指示灯红灯亮蜂鸣器鸣叫，总状态指示灯红灯亮。当各个关门限位开关被碰到时，则关门完成。指示灯绿灯亮蜂鸣器停止动作。总状态指示灯绿灯亮。

如图10所示，关门操作时，1号门检测到障碍物，则1号门实行开门操作。当障碍清除后则继续执行关门操作。

图10 单扇门停止运行时组态画面

当1号门停止按钮按下，则1号门切断与主回路的联系，且不影响其他门的正常运行。该情况主要用于单扇门事故或故障。当发生紧急情况时，按下紧急停止按钮。则屏蔽门系统停止运行，此时只能手动操作各屏蔽门。

4 结语

本论文所设计的地铁屏蔽门控制系统不仅能实现自动开关门的基础操作，还能检测障碍物防止乘客被夹伤，同时还有紧急停止按钮应对紧急的突发情况，以及设置了单扇屏蔽门的停止按钮帮助解决个别问题以及故障维修，同时指示灯和蜂鸣器能对乘客和工作人员对当前屏蔽门的工作状态给予提醒，理论上满足了地铁屏蔽门作为保障乘客候车安全作用，同时也给乘客带来了较为舒服的候车环境，例如隔绝了绝大多数噪音等等。