軌道交通車站站臺門核心電氣設備探析

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摘要：軌道交通車站站臺門是集網絡、機械和自動控制等技術于一體的機電設備。介紹了軌道交通車站站臺門核心電氣設備的操作原理，分析了站臺門核心電氣設備的技術性能，重點闡述了站臺門核心電氣設備中的PEDC、電磁鎖及手解鎖技術，為后期該設備更新和優化提供了解決思路與方向。

關鍵詞：軌道交通;車站;站臺門;電氣設備;傳動裝置;電磁鎖;手解鎖

城市軌道交通車站站臺門設備主要由站臺門體機械系統、控制系統及電源系統三部分構成。控制系統作為站臺門設備的關鍵技術，對站臺門系統運行的穩定性、可靠性起著極其重要的作用。本文通過對軌道交通車站站臺門核心電氣設備的分析和對比，提出若干合理化建議。

1城市軌道交通車站站臺門核心電氣設備組成

站臺門控制系統作為站臺門設備的核心，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、電磁鎖、工控機（內含監視系統）（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，完成對整個車站站臺門的實時控制與監視。站臺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至其上位機（主控系統）。

1.1站臺門電氣設備

1.1.1傳動系統該系統由電機、減速器、傳動輪、及皮帶組成，驅動電機采用中置方式，位于門機梁中部，減速器將電機旋轉的方向轉向90度。兩個主動輪直接固定在減速器輸出軸上，通過同步齒形皮帶和從動輪連接，滑動門掛在同步齒形帶上，由同步齒形帶（傳動皮帶）帶動滑動門作同步運動。1.1.2電機及減速器電機采用德國進口德恩科直流無刷電機BG65×75（42V），額定功率189W，額定轉矩0.4N·m，電機選型主要考慮的因素除了電機的參數外，還應重點參考滑動門打開時的運行阻力，除了包括滑動門重力在運行導軌上的阻力外，還包括水平方向風荷載下，門檻與滑動門導靴的阻力，導軌和掛輪的阻力。減速器選用AlcatelDunkermotoren公司與電機配套的渦輪渦桿式SG80減速器，減速比為10∶1。電機輸出軸連接減速器輸入軸，帶齒滑輪裝配在減速器輸出軸上，將電機旋轉的方向轉向90度。主動輪直接固定在減速器輸出軸上，通過同步齒形皮帶和從動輪連接，滑動門掛在傳動皮帶上，由傳動皮帶帶動滑動門作同步運動。1.1.3皮帶傳動皮帶采用重載圓形齒皮帶，采用耐磨、阻燃、低煙、無毒材料，抗拉體強度高，受載后變形小，能保持齒的節距不變，傳動比準確，傳動平穩，速度快，噪音小，不需潤滑，清潔維護簡單，結構緊湊，張緊力和壓軸力小，耐摩擦，效率高達98％～99％，并具有皮帶張緊力的調節功能，以消除皮帶打滑的隱患。傳動系統示意見圖1。

1.2控制系統

1.2.1中央控制單元（PEDC）每個車站配置兩套邏輯控制單元，每套均配置與信號系統的接口、與就地控制盤（PSL）的接口、與車站控制室IBP盤接口的繼電器組。接口設備相互獨立，設備不能互用，在接收到SIG傳來的開/關門的關鍵命令后，正確地控制相應門單元進行動作。PEDC控制板為控制車站一側站臺所有DCU的核心部件，外部接口指令都通過硬線連接到PEDC板卡，根據接口指令的優先級，PEDC發送命令到ASD。PSC柜內安裝有2塊PEDC板卡，分別對應上行方向和下行方向的PSD。每塊PEDC板卡設有冗余控制芯片（CPLD），所有輸入和輸出都同時連接到兩個CPLD。當主CPLD工作正常時，輸出由其邏輯輸出驅動，從機CPLD處于待機狀態，；如果主機與從機的通信停止，從機CPLD將會被激活，外部輸出由從機CPLD驅動。PEDC輸出繼電器采用德國進口的Hengstler安全繼電器H-480，機械壽命可達1000萬次。值得一提的是為了滿足在PEDC故障以后，IBP能應急操作上、下行滑動門，還在PSC柜里單獨搭建了一套繼電器組來實現此功能，增加了PEDC的可靠性。1.2.2門機控制器（DCU）DCU是現場門控單元，執行來自遠端和就地的控制命令，并將收集來的門單元信息發送給PSC；同時，DCU也是滑動門電機的監控裝置，每個滑動門單元均配置一個DCU。DCU由CPU、存儲單元、驅動控制單元及相關軟件等組成，DCU的微處理器采用arm架構的STM32芯片，微處理器根據門的位置，按照設定的速度曲線發出脈寬調制信號，通過IGBT以脈寬調制（PWM）方式控制電機的電流，克服滑動門運動時產生的摩擦力及慣性力而帶動滑動門開門/關門。DCU內存儲了一條開門速度曲線和一條關門速度曲線，將按照開門/關門速度曲線對電機進行速度控制。1.2.3就地控制盒（LCB）LCB是安裝在滑動門附近用于就地控制滑動門的就地控制裝置，用來單獨對本道滑動門進行開關門操作。LCB安裝在滑動門門楣下方，方便工作人員操作。LCB設“自動、手動關、手動開、隔離”4位鑰匙開關，鑰匙從“自動”位順時針旋轉45°為“手動關”位，再順時針旋轉45°為“手動開”位；從“手動開”不能直接旋轉至“隔離”位；從“自動”位逆時針旋轉45°為“隔離”位，鑰匙可在任意位置拔出。1.2.4電磁鎖電磁鎖是站臺門系統最重要的部件之一，往往決定了站臺門系統的可靠性和穩定性。電磁鎖由鎖機構、電磁鐵、行程開關組成，電磁鎖由鎖軸帶動鎖機構上下往復運動完成鎖閉與解鎖動作。鎖機構與電磁鐵的鎖軸聯動，鎖機構與滑動門上的鎖鉤配合完成門體機械上的鎖閉和解鎖動作。它與滑動門鎖鉤配套有專門的觸發機構，在關門狀態下可觸發門體關閉行程開關的滾輪動作，行程開關用于檢測滑動門的鎖閉與解鎖位置，鎖機構下方有鎖片，依靠鎖機構的重力觸發電磁鎖落鎖行程開關。電動開門/關門時電磁鎖的工作原理：1）門控器DCU接收到開門命令，經邏輯單元處理后，驅動電磁鎖的電磁鐵鎖軸動作，鎖軸帶動鎖鉤動作，鎖機構提升觸發行程開關，行程開關向DCU發送解鎖信號，鎖機構隨電磁鐵提起后，滑動門不再受電磁鎖的約束，滑動門在電機驅動下完成開門動作，與此同時鎖機構在提起后的1s后，會自動釋放，依靠重力自由下落，壓實行程開關，整個開門周期完成；2）門控器DCU接收到關門命令，DCU驅動電機旋轉，皮帶動作，皮帶牽引滑動門完成關門動作，DCU收到關門命令后同時也會驅動電磁鐵吸起鎖軸，滑動門運動到門關閉位置，關門到位行程開關觸發，并向DCU發出關門到位信號，DCU控制電磁鎖的電磁鐵線圈斷電，依靠鎖軸和鎖機構的重力作用觸發行程開關，發出鎖閉信號，整個關門周期完成。1.2.5手動解鎖裝置手動解鎖裝置是該系統的一大特點，由手動解鎖機構和觸發開關組成。手動解鎖機構隱藏在滑動門門框內，用于緊急時的門體解鎖。手動解鎖原理：緊急情況下乘客可在軌道側扳動解鎖把手，帶動鎖桿鎖舌運動，頂開電磁鎖圖1傳動系統示意圖毛夏川：軌道交通車站站臺門核心電氣設備分析鎖鉤，解鎖滑動門，切斷安全回路。為了將正常的電磁鎖不落鎖故障與手動解鎖故障區分開，特意在解鎖機構內配置了行程開關，用于檢測解鎖機構是否動作。當解鎖把手動作時，帶動行程開關動作，安全回路斷開并將觸發信號發送至DCU，實現手動解鎖故障監測。大多數廠家的手動解鎖機構僅設置在左滑動門上，板動右門把手是不能實現緊急解鎖操作的。為此，考慮到緊急情況下乘客不易辨別有效的解鎖把手，在左、右滑動門上均設置了一套滑動門手動解鎖機構。

2站臺門設備分析

2.1傳動方式

目前的站臺門傳動方式有兩種：一是蝸輪蝸桿式，二是皮帶輪傳動。皮帶輪傳動比較廣泛。大多數的傳動系統電機都位于門機梁右部，1個驅動輪，1個從動輪，1條通長的齒形皮帶。本文闡述的傳動系統有2個同軸驅動輪，2個從動輪，2條傳動皮帶。相對于1條皮帶，長度減半，增大了皮帶的張力，降低了皮帶受關門遇阻的沖擊后脫扣和打滑的概率。

2.2電磁鎖

電磁鎖采用拼裝式設計，零件較多，組裝復雜，在現場組裝難度大，精度要求高，完成安裝后還需要接入并調整好行程開關的位置。整個電磁鎖的安裝調整需要耗費大量人力。大多數廠家采用的是集成式電磁鎖，鎖殼內集成了電磁鐵、鎖軸、行程開關、接線端子等部件。這種集成式的電磁鎖安裝、接線方便，行程開關在工廠組裝并測試完成。拼裝式電磁鎖唯一的優點是電磁鎖故障后排查故障方便，可以針對故障零件進行更換，不必將整個電磁鎖返廠維修，節約維修成本。

2.3PEDC

PEDC是整個控制系統的核心，每家系統都做冗余設計，只是每個廠家對冗余的理解不同，比如有的做了輸出繼電器冗余，卻沒做控制板卡冗余；有的是將上、下行的PEDC控制板卡互備冗余，繼電器缺沒冗余；還有的是將PEDC的三級控制（SIG/PSL/IBP）分開做成了3塊板卡，這樣來實現互不影響的冗余。該PEDC的冗余設計是做在了PEDC板卡上的芯片冗余，為了保證在整個PEDC故障以后，還能實現IBP的開關門操作，又用繼電器組單獨搭建了IBP的控制回路。這在一定程度上彌補了冗余功能的不足，但并未完全實現冗余。

2.4DCU

DCU采用STM32F407芯片，具有性能高、運算速度快、接口豐富、功耗低等優點，能在發生開、關門障礙的時候，通過預設電流閥值快速做出判斷，發出障礙物指令，控制電機停轉或反轉。DCU有2路CAN總線接口，可直接將一側的DCU和PEDC組成控制總線環網，與PEDC及相鄰DCU通信，實現數據的上傳與下載。DCU外殼采用不銹鋼材質，專用穿線位置防水設計，電氣接頭均位于DCU外殼內，這種外殼和接線方式有效保護了DCU板卡及接頭，減少了被水氣氧化的概率。

2.5手動解鎖

左右滑動門均設置了手動解鎖裝置，為只有一扇門把手能解鎖的方案打上了補丁，應得到行業的認可和推廣。手動解鎖的行程開關是嚴謹的，只是行程開關的線束是活動的，在隨著滑動門往復運動的過程中容易受損，損壞后會中斷安全回路，影響行車，加之區分手動開門和電磁鎖解鎖的意義不是很大，建議取消這項錦上添花的功能。

3結語

站臺門是集網絡、機械和自動控制等技術于一體的機電設備，行業內的站臺門產品模型都大同小異，但細節上的設計各有長短。通過對站臺門核心系統的分析，結合施工現場安裝情況和運營經驗，為站臺門核心系統的設計和優化提供一些思路與方向。

作者:毛夏川 單位:成都軌道建設管理有限公司