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        公務(wù)員期刊網(wǎng) 論文中心 正文

        軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備探析

        前言:想要寫(xiě)出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備探析范文,希望能給你帶來(lái)靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。

        軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備探析

        摘要:軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)是集網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械和自動(dòng)控制等技術(shù)于一體的機(jī)電設(shè)備。介紹了軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備的操作原理,分析了站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備的技術(shù)性能,重點(diǎn)闡述了站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備中的PEDC、電磁鎖及手解鎖技術(shù),為后期該設(shè)備更新和優(yōu)化提供了解決思路與方向。

        關(guān)鍵詞:軌道交通;車(chē)站;站臺(tái)門(mén);電氣設(shè)備;傳動(dòng)裝置;電磁鎖;手解鎖

        城市軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)設(shè)備主要由站臺(tái)門(mén)體機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)三部分構(gòu)成。控制系統(tǒng)作為站臺(tái)門(mén)設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性起著極其重要的作用。本文通過(guò)對(duì)軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備的分析和對(duì)比,提出若干合理化建議。

        1城市軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備組成

        站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)作為站臺(tái)門(mén)設(shè)備的核心,主要由中央控制單元(PEDC)、站臺(tái)端頭控制盤(pán)(PSL)、車(chē)站綜合控制盤(pán)(IBP)、站臺(tái)滑動(dòng)門(mén)門(mén)機(jī)控制器(DCU)及執(zhí)行電機(jī)、電磁鎖、工控機(jī)(內(nèi)含監(jiān)視系統(tǒng))(MMS)、輸入/輸出模塊、聲光報(bào)警裝置和現(xiàn)場(chǎng)冗余總線網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成,完成對(duì)整個(gè)車(chē)站站臺(tái)門(mén)的實(shí)時(shí)控制與監(jiān)視。站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)接收來(lái)自信號(hào)系統(tǒng)(SIG)的開(kāi)關(guān)門(mén)指令,反饋給SIG關(guān)閉鎖緊信息,并將所有的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息上傳至其上位機(jī)(主控系統(tǒng))。

        1.1站臺(tái)門(mén)電氣設(shè)備

        1.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)該系統(tǒng)由電機(jī)、減速器、傳動(dòng)輪、及皮帶組成,驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用中置方式,位于門(mén)機(jī)梁中部,減速器將電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)向90度。兩個(gè)主動(dòng)輪直接固定在減速器輸出軸上,通過(guò)同步齒形皮帶和從動(dòng)輪連接,滑動(dòng)門(mén)掛在同步齒形帶上,由同步齒形帶(傳動(dòng)皮帶)帶動(dòng)滑動(dòng)門(mén)作同步運(yùn)動(dòng)。1.1.2電機(jī)及減速器電機(jī)采用德國(guó)進(jìn)口德恩科直流無(wú)刷電機(jī)BG65×75(42V),額定功率189W,額定轉(zhuǎn)矩0.4N·m,電機(jī)選型主要考慮的因素除了電機(jī)的參數(shù)外,還應(yīng)重點(diǎn)參考滑動(dòng)門(mén)打開(kāi)時(shí)的運(yùn)行阻力,除了包括滑動(dòng)門(mén)重力在運(yùn)行導(dǎo)軌上的阻力外,還包括水平方向風(fēng)荷載下,門(mén)檻與滑動(dòng)門(mén)導(dǎo)靴的阻力,導(dǎo)軌和掛輪的阻力。減速器選用AlcatelDunkermotoren公司與電機(jī)配套的渦輪渦桿式SG80減速器,減速比為10∶1。電機(jī)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(jī)旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)向90度。主動(dòng)輪直接固定在減速器輸出軸上,通過(guò)同步齒形皮帶和從動(dòng)輪連接,滑動(dòng)門(mén)掛在傳動(dòng)皮帶上,由傳動(dòng)皮帶帶動(dòng)滑動(dòng)門(mén)作同步運(yùn)動(dòng)。1.1.3皮帶傳動(dòng)皮帶采用重載圓形齒皮帶,采用耐磨、阻燃、低煙、無(wú)毒材料,抗拉體強(qiáng)度高,受載后變形小,能保持齒的節(jié)距不變,傳動(dòng)比準(zhǔn)確,傳動(dòng)平穩(wěn),速度快,噪音小,不需潤(rùn)滑,清潔維護(hù)簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)緊湊,張緊力和壓軸力小,耐摩擦,效率高達(dá)98%~99%,并具有皮帶張緊力的調(diào)節(jié)功能,以消除皮帶打滑的隱患。傳動(dòng)系統(tǒng)示意見(jiàn)圖1。

        1.2控制系統(tǒng)

        1.2.1中央控制單元(PEDC)每個(gè)車(chē)站配置兩套邏輯控制單元,每套均配置與信號(hào)系統(tǒng)的接口、與就地控制盤(pán)(PSL)的接口、與車(chē)站控制室IBP盤(pán)接口的繼電器組。接口設(shè)備相互獨(dú)立,設(shè)備不能互用,在接收到SIG傳來(lái)的開(kāi)/關(guān)門(mén)的關(guān)鍵命令后,正確地控制相應(yīng)門(mén)單元進(jìn)行動(dòng)作。PEDC控制板為控制車(chē)站一側(cè)站臺(tái)所有DCU的核心部件,外部接口指令都通過(guò)硬線連接到PEDC板卡,根據(jù)接口指令的優(yōu)先級(jí),PEDC發(fā)送命令到ASD。PSC柜內(nèi)安裝有2塊PEDC板卡,分別對(duì)應(yīng)上行方向和下行方向的PSD。每塊PEDC板卡設(shè)有冗余控制芯片(CPLD),所有輸入和輸出都同時(shí)連接到兩個(gè)CPLD。當(dāng)主CPLD工作正常時(shí),輸出由其邏輯輸出驅(qū)動(dòng),從機(jī)CPLD處于待機(jī)狀態(tài),;如果主機(jī)與從機(jī)的通信停止,從機(jī)CPLD將會(huì)被激活,外部輸出由從機(jī)CPLD驅(qū)動(dòng)。PEDC輸出繼電器采用德國(guó)進(jìn)口的Hengstler安全繼電器H-480,機(jī)械壽命可達(dá)1000萬(wàn)次。值得一提的是為了滿(mǎn)足在PEDC故障以后,IBP能應(yīng)急操作上、下行滑動(dòng)門(mén),還在PSC柜里單獨(dú)搭建了一套繼電器組來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能,增加了PEDC的可靠性。1.2.2門(mén)機(jī)控制器(DCU)DCU是現(xiàn)場(chǎng)門(mén)控單元,執(zhí)行來(lái)自遠(yuǎn)端和就地的控制命令,并將收集來(lái)的門(mén)單元信息發(fā)送給PSC;同時(shí),DCU也是滑動(dòng)門(mén)電機(jī)的監(jiān)控裝置,每個(gè)滑動(dòng)門(mén)單元均配置一個(gè)DCU。DCU由CPU、存儲(chǔ)單元、驅(qū)動(dòng)控制單元及相關(guān)軟件等組成,DCU的微處理器采用arm架構(gòu)的STM32芯片,微處理器根據(jù)門(mén)的位置,按照設(shè)定的速度曲線發(fā)出脈寬調(diào)制信號(hào),通過(guò)IGBT以脈寬調(diào)制(PWM)方式控制電機(jī)的電流,克服滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力及慣性力而帶動(dòng)滑動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)。DCU內(nèi)存儲(chǔ)了一條開(kāi)門(mén)速度曲線和一條關(guān)門(mén)速度曲線,將按照開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)速度曲線對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度控制。1.2.3就地控制盒(LCB)LCB是安裝在滑動(dòng)門(mén)附近用于就地控制滑動(dòng)門(mén)的就地控制裝置,用來(lái)單獨(dú)對(duì)本道滑動(dòng)門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)操作。LCB安裝在滑動(dòng)門(mén)門(mén)楣下方,方便工作人員操作。LCB設(shè)“自動(dòng)、手動(dòng)關(guān)、手動(dòng)開(kāi)、隔離”4位鑰匙開(kāi)關(guān),鑰匙從“自動(dòng)”位順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°為“手動(dòng)關(guān)”位,再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°為“手動(dòng)開(kāi)”位;從“手動(dòng)開(kāi)”不能直接旋轉(zhuǎn)至“隔離”位;從“自動(dòng)”位逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)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(tái)門(mén)系統(tǒng)最重要的部件之一,往往決定了站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。電磁鎖由鎖機(jī)構(gòu)、電磁鐵、行程開(kāi)關(guān)組成,電磁鎖由鎖軸帶動(dòng)鎖機(jī)構(gòu)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成鎖閉與解鎖動(dòng)作。鎖機(jī)構(gòu)與電磁鐵的鎖軸聯(lián)動(dòng),鎖機(jī)構(gòu)與滑動(dòng)門(mén)上的鎖鉤配合完成門(mén)體機(jī)械上的鎖閉和解鎖動(dòng)作。它與滑動(dòng)門(mén)鎖鉤配套有專(zhuān)門(mén)的觸發(fā)機(jī)構(gòu),在關(guān)門(mén)狀態(tài)下可觸發(fā)門(mén)體關(guān)閉行程開(kāi)關(guān)的滾輪動(dòng)作,行程開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)滑動(dòng)門(mén)的鎖閉與解鎖位置,鎖機(jī)構(gòu)下方有鎖片,依靠鎖機(jī)構(gòu)的重力觸發(fā)電磁鎖落鎖行程開(kāi)關(guān)。電動(dòng)開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)時(shí)電磁鎖的工作原理:1)門(mén)控器DCU接收到開(kāi)門(mén)命令,經(jīng)邏輯單元處理后,驅(qū)動(dòng)電磁鎖的電磁鐵鎖軸動(dòng)作,鎖軸帶動(dòng)鎖鉤動(dòng)作,鎖機(jī)構(gòu)提升觸發(fā)行程開(kāi)關(guān),行程開(kāi)關(guān)向DCU發(fā)送解鎖信號(hào),鎖機(jī)構(gòu)隨電磁鐵提起后,滑動(dòng)門(mén)不再受電磁鎖的約束,滑動(dòng)門(mén)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下完成開(kāi)門(mén)動(dòng)作,與此同時(shí)鎖機(jī)構(gòu)在提起后的1s后,會(huì)自動(dòng)釋放,依靠重力自由下落,壓實(shí)行程開(kāi)關(guān),整個(gè)開(kāi)門(mén)周期完成;2)門(mén)控器DCU接收到關(guān)門(mén)命令,DCU驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn),皮帶動(dòng)作,皮帶牽引滑動(dòng)門(mén)完成關(guān)門(mén)動(dòng)作,DCU收到關(guān)門(mén)命令后同時(shí)也會(huì)驅(qū)動(dòng)電磁鐵吸起鎖軸,滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)到門(mén)關(guān)閉位置,關(guān)門(mén)到位行程開(kāi)關(guān)觸發(fā),并向DCU發(fā)出關(guān)門(mén)到位信號(hào),DCU控制電磁鎖的電磁鐵線圈斷電,依靠鎖軸和鎖機(jī)構(gòu)的重力作用觸發(fā)行程開(kāi)關(guān),發(fā)出鎖閉信號(hào),整個(gè)關(guān)門(mén)周期完成。1.2.5手動(dòng)解鎖裝置手動(dòng)解鎖裝置是該系統(tǒng)的一大特點(diǎn),由手動(dòng)解鎖機(jī)構(gòu)和觸發(fā)開(kāi)關(guān)組成。手動(dòng)解鎖機(jī)構(gòu)隱藏在滑動(dòng)門(mén)門(mén)框內(nèi),用于緊急時(shí)的門(mén)體解鎖。手動(dòng)解鎖原理:緊急情況下乘客可在軌道側(cè)扳動(dòng)解鎖把手,帶動(dòng)鎖桿鎖舌運(yùn)動(dòng),頂開(kāi)電磁鎖圖1傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖毛夏川:軌道交通車(chē)站站臺(tái)門(mén)核心電氣設(shè)備分析鎖鉤,解鎖滑動(dòng)門(mén),切斷安全回路。為了將正常的電磁鎖不落鎖故障與手動(dòng)解鎖故障區(qū)分開(kāi),特意在解鎖機(jī)構(gòu)內(nèi)配置了行程開(kāi)關(guān),用于檢測(cè)解鎖機(jī)構(gòu)是否動(dòng)作。當(dāng)解鎖把手動(dòng)作時(shí),帶動(dòng)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作,安全回路斷開(kāi)并將觸發(fā)信號(hào)發(fā)送至DCU,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)解鎖故障監(jiān)測(cè)。大多數(shù)廠家的手動(dòng)解鎖機(jī)構(gòu)僅設(shè)置在左滑動(dòng)門(mén)上,板動(dòng)右門(mén)把手是不能實(shí)現(xiàn)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(dòng)門(mén)上均設(shè)置了一套滑動(dòng)門(mén)手動(dòng)解鎖機(jī)構(gòu)。

        2站臺(tái)門(mén)設(shè)備分析

        2.1傳動(dòng)方式

        目前的站臺(tái)門(mén)傳動(dòng)方式有兩種:一是蝸輪蝸桿式,二是皮帶輪傳動(dòng)。皮帶輪傳動(dòng)比較廣泛。大多數(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)都位于門(mén)機(jī)梁右部,1個(gè)驅(qū)動(dòng)輪,1個(gè)從動(dòng)輪,1條通長(zhǎng)的齒形皮帶。本文闡述的傳動(dòng)系統(tǒng)有2個(gè)同軸驅(qū)動(dòng)輪,2個(gè)從動(dòng)輪,2條傳動(dòng)皮帶。相對(duì)于1條皮帶,長(zhǎng)度減半,增大了皮帶的張力,降低了皮帶受關(guān)門(mén)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(shè)計(jì),零件較多,組裝復(fù)雜,在現(xiàn)場(chǎng)組裝難度大,精度要求高,完成安裝后還需要接入并調(diào)整好行程開(kāi)關(guān)的位置。整個(gè)電磁鎖的安裝調(diào)整需要耗費(fèi)大量人力。大多數(shù)廠家采用的是集成式電磁鎖,鎖殼內(nèi)集成了電磁鐵、鎖軸、行程開(kāi)關(guān)、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(kāi)關(guān)在工廠組裝并測(cè)試完成。拼裝式電磁鎖唯一的優(yōu)點(diǎn)是電磁鎖故障后排查故障方便,可以針對(duì)故障零件進(jìn)行更換,不必將整個(gè)電磁鎖返廠維修,節(jié)約維修成本。

        2.3PEDC

        PEDC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,每家系統(tǒng)都做冗余設(shè)計(jì),只是每個(gè)廠家對(duì)冗余的理解不同,比如有的做了輸出繼電器冗余,卻沒(méi)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(méi)冗余;還有的是將PEDC的三級(jí)控制(SIG/PSL/IBP)分開(kāi)做成了3塊板卡,這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)互不影響的冗余。該P(yáng)EDC的冗余設(shè)計(jì)是做在了PEDC板卡上的芯片冗余,為了保證在整個(gè)PEDC故障以后,還能實(shí)現(xiàn)IBP的開(kāi)關(guān)門(mén)操作,又用繼電器組單獨(dú)搭建了IBP的控制回路。這在一定程度上彌補(bǔ)了冗余功能的不足,但并未完全實(shí)現(xiàn)冗余。

        2.4DCU

        DCU采用STM32F407芯片,具有性能高、運(yùn)算速度快、接口豐富、功耗低等優(yōu)點(diǎn),能在發(fā)生開(kāi)、關(guān)門(mén)障礙的時(shí)候,通過(guò)預(yù)設(shè)電流閥值快速做出判斷,發(fā)出障礙物指令,控制電機(jī)停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。DCU有2路CAN總線接口,可直接將一側(cè)的DCU和PEDC組成控制總線環(huán)網(wǎng),與PEDC及相鄰DCU通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳與下載。DCU外殼采用不銹鋼材質(zhì),專(zhuān)用穿線位置防水設(shè)計(jì),電氣接頭均位于DCU外殼內(nèi),這種外殼和接線方式有效保護(hù)了DCU板卡及接頭,減少了被水氣氧化的概率。

        2.5手動(dòng)解鎖

        左右滑動(dòng)門(mén)均設(shè)置了手動(dòng)解鎖裝置,為只有一扇門(mén)把手能解鎖的方案打上了補(bǔ)丁,應(yīng)得到行業(yè)的認(rèn)可和推廣。手動(dòng)解鎖的行程開(kāi)關(guān)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模皇切谐涕_(kāi)關(guān)的線束是活動(dòng)的,在隨著滑動(dòng)門(mén)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中容易受損,損壞后會(huì)中斷安全回路,影響行車(chē),加之區(qū)分手動(dòng)開(kāi)門(mén)和電磁鎖解鎖的意義不是很大,建議取消這項(xiàng)錦上添花的功能。

        3結(jié)語(yǔ)

        站臺(tái)門(mén)是集網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械和自動(dòng)控制等技術(shù)于一體的機(jī)電設(shè)備,行業(yè)內(nèi)的站臺(tái)門(mén)產(chǎn)品模型都大同小異,但細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)各有長(zhǎng)短。通過(guò)對(duì)站臺(tái)門(mén)核心系統(tǒng)的分析,結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)安裝情況和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),為站臺(tái)門(mén)核心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供一些思路與方向。

        作者:毛夏川 單位:成都軌道建設(shè)管理有限公司

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