地鐵站臺屏蔽門設備控制系統優化

鐘 淋

地鐵站臺屏蔽門設備控制系統優化

鐘 淋

（廣州地鐵集團有限公司，510310，廣州//工程師）

地鐵站臺屏蔽門系統的運營期間在線高效維修要求越來越高。分析了常見地鐵站臺屏蔽門設備控制系統的中央控制單元及門鎖安全回路設計的缺點，并針對缺點提出了優化建議。建議中央控制單元分為監視與控制2塊電路板，并增加冗余設計；提出門鎖安全回路的優化方案，并作出分析。關鍵詞 地鐵；屏蔽門；中央控制單元；門鎖安全回路；在線高效維護

AbstractHigher and higher quality of the online maintenance during the operations of platform screen door（PSD）is required.By analyzing the design flaws in the central control unit and the lock safety circuit for metro PSD control system,an optimization scheme for the door lock safety circuit is proposed and analyzed，which will divide the central control unit into two circuit boards——monitoring and control，and add redundant design to the central control unit.

Key wordsmetro； platform screen door； central control unit； lock safety circuit； online high maintenance operation

Author′s addressGuangzhou Metro Group Co.，Ltd.，510310，Guangzhou，China

設置屏蔽門系統不僅可有效防止乘客及物品不慎掉入軌行區造成人員傷亡或影響行車；而且，還可有效阻隔車站站臺與區間，減少兩者熱能交換節約能源。

廣州地鐵2號線于2005年投入使用站臺屏蔽門系統，是國內首條使用站臺屏蔽門系統的線路。如今站臺屏蔽門系統已經普及到城市軌道交通線路中，已成為城市軌道交通開通的標配系統。站臺屏蔽門系統與列車信號系統形成聯動，一旦停運維修會直接影響行車服務，故對站臺屏蔽門系統在線高效維護提出了極高的要求。

屏蔽門設備主要由站臺門體機械系統、電源系統及控制系統等3部分構成。文獻［1］及文獻［2］介紹了屏蔽門系統的設計及安全控制設計。

屏蔽門控制系統作為屏蔽門設備的核心，主要由中央控制單元（PEDC）、站臺端頭控制盤（PSL）、車站綜合控制盤（IBP）、站臺滑動門門機控制器（DCU）及執行電機、工控機（MMS）、輸入/輸出模塊、聲光報警裝置和現場冗余總線網絡等構成,完成對整個車站屏蔽門的實時控制與監視。屏蔽門控制系統接收來自信號系統（SIG）的開關門指令，反饋給SIG關閉鎖緊信息，并將所有的實時監控信息上傳其上位機（主控系統）。

1 常見屏蔽門控制流程分析與優化

1.1 常見屏蔽門控制流程問題分析

常見屏蔽門的控制流程圖如圖1所示。該屏蔽門控制系統一旦發生故障就會導致站臺屏蔽門無法正常開關甚至列車緊急制動，直接影響行車服務。經分析，該屏蔽門控制系統存在如下缺點：

（1）中央監視邏輯控制板的PEDC將監視和控制兩部分功能集成到同一塊電路板。這樣，一旦監視部分故障導致電路板損壞，也將造成站臺屏蔽門不能正常開關或列車緊急制動。而且無論哪部分故障導致電路板損壞，工控機均只能看到邏輯控制板PEDC故障信息，而無法精確判斷是監視部分故障還是控制部分故障，更無法準確判斷其影響范圍。這樣勢必導致運營組織采取搶險等應急手段，增加故障排查時間及維護人力成本，降低行車連續性。

（2）上行或下行中央監視邏輯控制板PEDC未有冗余設計，一旦發生故障或損壞將直接導致上行或下行站臺屏蔽門將無法正常開關。

1.2 常見屏蔽門控制流程優化建議

針對上述2種缺點，本文提出屏蔽門控制系統控制框圖優化建議（見圖2）。

由圖2可見，優化后的PEDC分為監視與控制兩塊電路板。這樣，監控故障和控制故障互不干涉，大大降低了整車屏蔽門不能開關或列車緊急制動的風險。還可看出，優化后的上行或下行PEDC均實現了冗余。即使其中任意一塊PEDC發生故障，也還有其冗余的PEDC保證設備運行。這進一步降低了整車屏蔽門不能開關或列車緊急制動的風險，使發生故障的PEDC實現了在線更換維修，提高了故障處理效率。

圖1 常見屏蔽門控制流程圖

圖2 常見屏蔽門控制流程優化建議圖

2 屏蔽門門鎖安全回路分析與優化

2.1 門鎖安全回路的設計問題分析

門鎖安全回路是檢測整側屏蔽門是否關閉鎖緊的電氣回路。該回路保持聯通，則表示整側屏蔽門處于關閉鎖緊的安全狀態，列車就可以正常進出車站。該回路斷開，則表示整側屏蔽門處于非關閉鎖緊的異常狀態，存在列車進站時帶來的隧道活塞風將車站站臺的人或物卷入軌道的安全隱患。斷開的回路會聯動信號系統緊急制動列車。故門鎖安全回路的穩定性直接影響行車安全及行車效率。門鎖安全回路由單個門門鎖關閉鎖緊檢測開關、線纜、接線端子排及整側門關閉鎖緊繼電器組成。可能引起門鎖安全回路發生故障的原因有：DC 24 V電源故障、安全回路線路故障、單個滑動門關閉鎖緊行程開關故障、整側滑動門關閉鎖緊繼電器故障等。其中，DC 24 V電源故障可通過一級負荷設計及后備UPS（不間斷電源）配置解決；在施工安裝過程中，按要求施工可最大限度地降低安全回路線路故障發生概率；整側滑動門關閉鎖緊繼電器故障可通過選用知名品牌的安全繼電器及雙繼電器冗余設計來解決；單個滑動門關閉鎖緊檢測開關故障受運營過程中人為因素的影響極其嚴重（比如：檢測開關因滑動門門體被乘客反復沖撞而松動移位、門鎖被乘客沖撞松動后檢測開關處于臨界狀態導致安全回路閃斷等），其故障率較高，難以通過日常檢修保養控制其故障率，急需通過電路設計提高其可靠性。

圖3、圖4為目前兩種常見的屏蔽門門鎖安全回路。

圖3 常見屏蔽門門鎖安全回路1

圖3 中各個滑動門單元左門及右門的關閉鎖緊行程開關觸點先后串聯在一起，形成1個獨立的回路，可觸發整側門關閉鎖緊，使繼電器線圈K1吸合。K1的2個觸點K1-1、K1-2與信號系統形成雙切回路觸發信號系統，可收到屏蔽門系統的關閉鎖緊信號。在圖3的回路中，任何1個檢測開關發生故障都將導致安全回路斷開，從而影響列車進出站。然而，日常運營中檢測開關的故障率較高，極易影響列車運營。此外，在圖3的回路中，只有1個整側滑動門關閉鎖緊繼電器，未有雙繼電器冗余設計，一旦該繼電器發生故障也將直接影響列車進出站。

圖4 常見屏蔽門門鎖安全回路2

圖4 中，各個滑動門單元左門的關閉鎖緊行程開關觸點先后串聯在一起，形成1個獨立的回路，可觸發整側門關閉鎖緊，使繼電器線圈K1吸合；各個滑動門單元右門的關閉鎖緊檢測開關觸點也先后串聯在一起，形成1個獨立的回路，可觸發整側門關閉鎖緊，使繼電器線圈K2吸合。K1的觸點K1-1、K1-2分別與K2的觸點K2-1、K2-2并聯形成雙切回路，可觸發信號系統收到屏蔽門系統的關閉鎖緊信號。圖4的設計存在一個重大的安全風險：即使整側某個滑動門單元左門無法關閉到位，但如其右門正常關閉到位，同時其他滑動門單元左右門均正常關閉到位，則該側屏蔽門也仍能發出正常的關閉鎖緊信號給信號系統，使列車能正常進出站；但現場站臺若實際有某個滑動門單元左門未關閉到位，則存在落人墮物入軌道的安全隱患（尤其是列車進出站伴隨有強力隧道活塞風的情況下）。

2.2 屏蔽門鎖安全回路設計優化建議

針對圖3及圖4所示回路的缺陷，現提出屏蔽門門鎖安全回路的設計優化建議（見圖5）。

圖5 屏蔽門門鎖安全回路優化建議圖

在圖5中，各滑動門單元左門及右門中的1個關閉鎖緊檢測開關觸點先后串聯在一起，形成第1路獨立的回路，可觸發整側門關閉鎖緊，使繼電器線圈K1吸合；各滑動門單元左門及右門的另1個關閉鎖緊檢測開關觸點也先后串聯在一起，形成第2路獨立的回路，來觸發整側門關閉鎖緊，并使繼電器線圈K2吸合。K1的觸點K1-1、K1-2分別與K2的觸點K2-1、K2-2并聯形成雙切回路以觸發信號系統，進而收到屏蔽門系統的關閉鎖緊信號。很明顯，優化的屏蔽門門鎖安全回路具有以下優點：

（1）任何1個檢測開關發生故障都不會導致屏蔽門系統與信號系統的致關聯鎖信號丟失，也不會影響列車進出站，且能在保證安全回路正常功能的前提下，在線維修發生該故障的檢測開關。

（2）優化后的安全回路有2個整側滑動門關閉鎖緊繼電器K1和K2。任何一個繼電器損壞均不會導致屏蔽門系統與信號系統的致關聯鎖信號丟失。不僅實現了冗余，而且能在保證安全回路正常功能的前提下在線維修發生故障的關閉鎖緊繼電器。

（3）當某個滑動門單元左門無法關閉到位，右門正常關閉到位，而其他滑動門單元左右門均正常關閉到位時，該側屏蔽門不會發出關閉鎖緊信號給信號系統，使列車不能正常進出站，從而保證了安全回路的可靠性。

優化后的安全回路能有效彌補主流安全回路的設計缺點。但需要重點強調的是，優化后的安全回路同一個滑動門單元左（右）門的2個關閉鎖緊檢測開關必須安裝到同一個位置，檢測同一個行程點，以保證第1路獨立的回路與第2路獨立的回路形成真正的冗余關系，才能保證可靠性。

3 結語

地鐵服務的宗旨是“安全、舒適、準點、快捷”。屏蔽門設備是直接影響行車服務質量的重要設備。故其控制系統及零部件（尤其是電氣部件）在設計時必須考慮能否高效在線維修。維修還應根據故障影響大小，酌情考慮采用冗余設計等手段來實現在線高效維修，進而提升服務質量。

［1］李德生.地鐵屏蔽門系統設計分析［J］.城市軌道交通研究，2015（11）：127-131.

［2］羅敏，周勁松.城市軌道交通站臺屏蔽門系統安全控制設計與驗證研究［J］.城市軌道交通研究，2015（3）：13-16.

［3］謝里陽，何雪宏，李佳.機電系統可靠性與安全性設計［M］.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2006.

［4］中華人民共和國住房和城鄉建設部.地鐵設計規范：GB 50157—2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2014.

［5］中華人民共和國機械工業部.低壓配電設計規范：GB 50054—1995［S］.北京：中國計劃出版社，1996.

Optimization of Metro Platform Screen Door Control System

ZHONG Lin

U291.6+3：U231

10.16037/j.1007-869x.2017.09.030

2017-04-22）