地铁站台门电气控制系统探究

地铁站台门电气控制系统探究

张锐锋

广州新科佳都科技有限公司

摘要：地铁站台门系统是轨道交通中的高技术新型设备，在我国地铁建设中占有重要地位。站台门系统（简称PSD）安装于地铁、轻轨等轨道交通车站站台边缘，将轨行区与候车区隔离，提供了安全保障和保障运营效率，最大限度地保障旅客的生命健康。同时，具有良好的节能效果，减少噪声对乘客的影响，提供乘客一个舒适的候车环境。此外，在对地铁站台门进行科学的设计时，应遵循安全性、稳定性、先进性、经济型、可维护性、可扩展性的设计思想。

关键词：地铁站台门；电气控制系统；应用研究

前言：站台门系统主要分为机械和电气两个部分。机械主要包括门体结构和门机驱动结构；电气主要包括电源系统、控制系统、监控系统、门控系统等。由于控制系统作为站台门的核心系统，其表现情况将极大地影响站台门的运行表现效果，因此对既有站台门系统的电气系统的构成和典型失效情况进行分析，从而为新项目站台门设计提供一定参考。

1、地铁站台门的概况

在轨道交通中，站台门系统主要包括三种形式：全高封闭式、全高非封闭式、半高式。全高封闭式结构，具有安全、环保、节能、美观的功能，适用于地下站。半封闭式结构，具有安全、美观等特点，适用于地面和高架车站。全高非封闭式上部留有通风区, 站台与轨道间可实现自然通风，悬臂式结构，上部无需连接，适用于各种站台。目前在我国城市地铁中，地下车站以全高封闭式站台门为主。

全高封闭式站台门

2、站台门电气控制系统的构成和功能

站台门电气控制系统包括：中央控制盘（PSC）、单元控制器（PEDC）、 门控单元（DCU）、就地控制盘（PSL）、就地控制盒（LCB）、声光报警装置等组成。每侧站台门具有独立的一套逻辑控制单元，为一个相对独立的控制子系统。每个车站有至少一套远程状态监视系统（即远程监视设备）；每个车站内的站台门系统内具有足够的与其它系统设备进行接口的接线端子、接口设备。每座车站的站台门控制系统由两个控制子系统组成。每个车站的两个PEDC单元及PEDC与系统内其它设备、接线端子、接口设备、PEDC的控制配电回路组合成主控机（PSC）。每座车站均设置一个PSC，PSC内设置显示终端。站台门系统在信号系统的控制下，实现对站台门的自动控制。系统架构图如下：

图1站台门控制系统架构图

2.1门控单元（DCU）

每个滑动门单元配置一个 DCU，执行系统控制和就地控制设备发来的控制命令，实现滑动门的开启和关闭，可进行故障的自我诊断，能够采集并发送门状态信息及各种状态和故障信息至 PSC。DCU主要由微处理器、存储器、网络接口、输入/输出电路、电机驱动电路等组成。主控板具有双处理器结构，一个是数字信号处理器（DSP）和一个MCU。其中DSP负责通信、电机控制以及逻辑处理。MCU对DSP以及门体工作状态进行监控，可以对DSP进行复位以及切除主电路，其具有最高的安全控制级别。

DCU的工作电压输入范围宽，电机驱动芯片具有过流保护功能，DCU的耐候性、稳定性需要有保证。

DCU功能具有如下主要功能：

2.1.1 电机驱动功能

DCU将PEDC发出的控制信号、安全回路信号、DCU内置可调参数以及电机位置反馈信息转换为输出控制信号，并传送给电机。电机具有霍尔开关电机位置传感器，用来反馈位置信息到DCU。

DCU为电源输出级提供脉宽调制传动，随后电源输出到电机。DCU通过光电隔离输入来追踪电机霍尔信号。电机的位置和速度通过测量霍尔信号计算获得，电机转矩是通过对电机电流的监控测量获得。通过电机电流和转速反馈值来探测障碍物，如果该障碍力超出软件设置的数值，系统将启动障碍物探测程序。

通过主控芯片的片内Flash可存储多条开关门曲线，还包含开关门力矩的配置等关键参数的配置。为了保证安全，通过单独的MCU进行安全监控，当系统运行异常或者有突发安全故障，可以通过安全继电器切断电机供电。制动工作通过单独的制动电路，有制动电阻消耗门体动能，达到安全保护的目的。电机工作原理见下图：

图2 电机工作原理图

2.2.2逻辑控制功能

在正常模式下，开关门硬线信号由PEDC提供，有DOOR OPEN命令时，门开始打开并保持在打开状态，直到取消DOOR OPEN命令，门开始关闭。

电磁铁用于解锁，由DCU主控板提供驱动电源，当电磁铁解锁后门才能打开。行程开关用于判断门是否到达指定位置；手动解锁开关用于紧急情况下手动开门，手动打开滑动门时；行程开关用于判断的状态。

LCB模式开关作用是切换不同的运行模式。在自动模式时为正常情况下运行；在隔离模式时，此滑动门处于隔离状态，不受任何信号控制；在手动开/关模式时，为人工调试状态，此时测试开关用于控制开门和关门。

门头有LED灯显示当前门的状态。所以逻辑控制状态和命令的输入和输出都有光耦隔离电路，提高系统抗干扰的能力。

2.2.3.通信功能

DCU主控板与PEDC之间采用冗余设计，通过一对串行CAN数据总线进行通讯。DCU主控板具有与这两条链路接口所的硬件和软件。链路采用冗余形式是为了保证在其中一条出现故障的情况下系统信息交换仍然有效。PSC监测链路是否出现故障。如果检测到其中一条链路通讯出现故障，则另一条链路将无扰动的自动切换发送状态信息，保证通讯的可靠性和稳定性。如果两条链路均出现故障，DCU主控板根据故障发生前选择的运动曲线和障碍物探测参数对硬线信号做出响应。

非硬线控制命令和状态的传输通过PEDC与DCU主控板之间的一对双向接口通讯链路进行，各链路采用标准的CAN协议连接。

图3 CAN总线数据总线接口

2.3.中央控制盘（PSC）

中央控制盘可监测各设备的工作状况和故障情况，并保存30天的状态和1年的警报；还可远程调整DCU工作参数；查看故障的历史资料，如电力故障报警、 UPS故障报警、控制网络故障、DCU、逻辑控制单元等故障，并能进行故障的显示或记录；软件故障的模块化自我检查；通过与综合监测设备的通讯，将站台门的工作状况和相关的故障情况传送给主控中心。

2.3.1主监控（MMS）

PEDC通过对上、下行线的控制系统进行数据的采集和分析，将这些数据传输给主要监控（MMS）。监视系统支持开放的传输协议，能顺利完成与综合监控系统的通信，将站台门的运营状态及有关故障信息发送至综合监控系统。

2.3.2 单元控制器（PEDC）

PEDC 是 PSC 内的逻辑控制部件，是执行、反馈站台门系统内部、外部关键命令的重要部件，对系统安全可靠指标有重大影响。每侧站台需要配置单独的 PEDC。PEDC由继电器模块组、接口设备等相关设备组成。继电器组中所有继电器必须采用专门用于信号系统用的安全继电器，满足安全可靠性、抗电磁干扰、无误动作的要求，获得 EN50205 等国际安全认证。每套 PEDC 上均应配置与信号系统的物理接口，接受信号系统传来的开/关门的命令，能正确地控制每侧站台门的 DCU 实现相应操作，并向信号系统可靠反馈站台门的状态信息。

同时，每个 PEDC 上应配有独立的硬线回路与 PSL、IBP 相连，以便于在异常及火灾状况下，发送命令到任一侧站台门系统，打开站台相应侧的站台门，并反馈状态信息。

2.4就地控制盘（PSL）

PSL主要实现两个功能：手动开关门和互锁解除。在信号系统故障或失效时，工作人员可操作PSL,实现对整侧站台门的开关门控制。若列车进站或出站过程中，安全回路中断导致信号连锁而紧急停车。在人工确认安全情况下，工作人员可手动操作PSL的互锁接触开关，用以解除列车连锁信号，使列车可以正常启动。

2.5现场控制室（LCB)

每档滑动门配备一个LCB盒子，一般为两种形式：一是四档钥匙开关（自动/隔离/开门/关门），二是自动/隔离/手动,开门按钮，关门按钮。用以实现对本档滑动门的控制。

2.7声光警报设备

每档滑动门设置一个指示灯和蜂鸣器。当开启和关闭时，可给乘客提供警告。

3、典型的控制失效分析

当站台门失效时，要遵循以“保安全、后处置”的处理原则。

3.1单档门故障

3.1.3滑动门开/门故障

当滑动门出现多次开/关门故障，SIG及PSL命令发送正常。从信号（SIG）开关门及PSL开关门指令传输至单档滑动门门头共享相同的开关门硬线环线回路来判断，故障原因为站台门开/关门命令信号回路接线插头故障。应对故障站台门处的输入插头进行检查，查出故障点。若线路端子虚接问题，将端子重新压接入插头。若插头松动或内部铜片氧化，则进行更换。

3.1.4在开关门缓慢且关闭后故障指示灯亮

滑动门的门槛间隙较大，与滑动门导靴之间的摩擦力大或夹人、夹物等都会造成开门和关门的缓慢，并且由于滑动门无法关闭锁紧导致门头灯亮。可对故障门进行隔离或利用行车间隔清除导轨杂质后将门本体重新调好。

3.2多档门故障

3.2.1全侧站台门无法开启或关闭

造成全侧站台门无法开关的主要原因为控制命令故障。控制命令故障由PSC内的PEDC发出，通过硬线连接至站台侧第一个DCU，随后级联至最后一个门的DCU。首先需要判断，信号SIG命令和PSL命令是否可以控制开关门。若其中一种能正常控制整侧门开启/关闭，则故障点为PEDC的逻辑控制板，信号继电器控制板或PSL继电器控制板故障。若SIG和PSL均无法开启，检查PEDC控制电源供电情况。控制电源正常情况下，检查PEDC到第一个DCU插头硬线连接情况。一般为线路短路或插头故障引起。

3.2.2每节车厢有一个门不能打开

如1,6,11,16,21,26等站台门无法正确打开。此故障未驱动电源故障，无法为这6级的滑动门提供正常的供电。检查此路驱动电源的空开及电缆连接情况，

3.3安全回路故障

站台门的安全回路是由硬线串接的方式连接在每档滑动门和紧急门的行程开关构成的。当安全回路导通时，该安全回路继电器向该信号系统发送该侧站台门安全回路信息，该信号将判定该侧站台门处于安全状态（关闭锁紧状态），从而使该列车能够安全进入或离开。

当关闭锁紧持续丢失导致列车紧制时，故障分析为行程开关的接头线鼻子接触不良导致关闭锁紧信号丢失。查看滑动门DCU母板上两个关闭锁紧接头左关闭、右关闭、锁紧检测开关接线是否有松脱，将松脱的线鼻子拔出并将接头用钳子压紧再接回。

4、地铁站台门在地铁中的作用

在轨道交通运营期间，站台门是一种集合了各方面技术的综合运用于地铁车站的防护门，它可以起到很好的隔断作用，然后通过控制装置来操作站台门的开关。站台门采用科学、合理的方式设置，可以在一定范围内实现站台与地道之间的分隔，在列车进站时，列车车厢与站台门保持一致，可有效防止旅客从安全区内伸出，也可以防止乘客和物体掉进轨道，造成安全隐患。

结束语：总之，地铁站台门是列车与乘客的重要防护措施，是确保列车安全和人身安全的重要保障。这就要求有关部门对电气控制系统的完整性和可靠性进行有效的保障，从而在某种意义上提升了轨道交通的整体服务。目前我国站台门的技术已实现国产化。面对海外轨道交通市场，还存在着很大的发展潜力。因此，可加大对轨道交通站台门的研究，提高产品科技技术竞争力，力争在全球海外市场占有一席之地。

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