浅谈地铁屏蔽门控制系统

浅谈地铁屏蔽门控制系统
浅谈地铁屏蔽门控制系统
摘要：
地铁屏蔽门系统对于我国⼤多数⼈来说还是很陌⽣的, 本⽂以⼴州地铁为例，阐述了地铁屏蔽门控制系统的构成和功能.并对现场总线技术在其系统中的应⽤及屏蔽门系统与其他相关专业接⼝问题做了简明扼要的介绍。

关键词：
构成、功能、现场总线、接⼝、原理框图。

1、引⾔
地铁屏蔽门系统是⼀个典型的机电⼀体化产品,其沿站台边缘布置，将车站站台与⾏车隧道区域隔离开，降低车站空调通风系统的运⾏能耗。

同时减少了列车运⾏噪⾳和活塞风对车站的影响，防⽌⼈员跌落轨道产⽣意外事故，为乘客提供了舒适、安全的候车环境，提⾼了地铁的服务⽔平。

在我国轨道交通建设中，⼴州地铁2号线是国内⾸次引⼊屏蔽门系统，并在实际应⽤中取得了良好的经济、社会效益的地铁线路。

⽬前已建成的地铁线路有些正在筹备加装屏蔽门（或安全门）系统（如⼴州⼀号线），新建线路多数设计采⽤屏蔽门（或安全门）系统。

2、系统构成
屏蔽门控制系统主要由中央接⼝盘（PSC）、就地控制盘（PSL）、门控单元（DCU）、通讯介质及通讯接⼝及外围设备等组成。

中央接⼝盘(PSC)⼜由主监视系统（MMS）、两个单元控制器（PEDC）、接线端⼦、接⼝设备及控制配电回路组成。

典型站配置⼀个中央接⼝盘（PSC）、两个就地控制盘（PSL）、每扇滑动门⼀个门控单元（DCU）。

3、系统功能及实现
3.1、控制功能
屏蔽门控制系统具有系统级控制(SIG)、站台级控制（PSL）、⼿动操作控制、⽕灾模式（IBP）。

其中以⼿动操作控制优先级最⾼，系统级最低。

只有在执⾏完优先级的操作后，
才可以进⾏低级别的操作。

3.1.1、系统级控制(SIG)
系统级控制是在正常运⾏模式下由信号系统（SIG）直接对屏蔽门进⾏控制的⽅式。

在系统级控制⽅式下，列车到站并停在允许的误差范围内时（如：±300mm），信号系统向屏蔽门每侧单元控制器（PEDC）发送“长/短车开/关门”命令，单元控制器（PEDC）通过门控单元（DCU）对每扇滑动门进⾏实时控制，实现屏蔽门的系统级控制操作。

单元控制器（PEDC）与门控单元（DCU）通过可靠的硬线连接。

3.1.2、站台级控制（PSL）
站台级控制是由列车驾驶员或站务⼈员在站台的就地控制盘（PSL）上对屏蔽门进⾏“开/关门”的控制⽅式。

当系统级控制不能正常实现时，列车驾驶员或站务⼈员可在就地控制盘（PSL）上通过“专⽤钥匙”及”开/关门按钮”对屏蔽门进⾏“开/关门”操作，实现屏蔽门的站台级控制操作。

3.1.3、⼿动操作控制
⼿动操作是由站台⼈员或乘客对屏蔽门进⾏的操作。

当控制系统电源故障或个别屏蔽门操作机构发⽣故障时，站台⼯作⼈员可在站台侧⽤“专⽤钥匙”或乘客在轨道侧通过“开门把⼿”打开屏蔽门。

并将相关状态信息上传。

3.1.4、⽕灾模式控制（IBP）
在隧道/车站发⽣⽕灾时，为了配合车站环控系统执⾏⽕灾模式，屏蔽门系统必须接受控制，由车站⼯作⼈员通过在车站综合控制室的应急后备盘(IBP)上的按钮对屏蔽门系统进⾏紧急操作。

所有连接采⽤硬线连接。

3.2、监视功能
主监视系统（MMS）是中央接⼝盘（PSC）核⼼部分，完成每侧屏蔽门单元相关信息的集成，其通过监视单元控制器（PEDC）、门控单元(DCU)、电源系统和与主控系统（MCS）及系统维修终端（SMT）的通讯完成以下功能：
1）收集PSC,PSL,IBP 以及屏蔽门电源的信息；
2）通过内部屏蔽门⽹络收集全部DCU信息；
3）提供维修数据；
4）允许对DCU参数进⾏修改；
5）允许下载新的DCU软件；
6）把屏蔽门数据通过光纤送到MCS；
7）屏蔽门故障警报储存，屏蔽门正常系统运⾏记录；
8）DCU的⾃诊断数据传送到MMS；
9）MMS的储存采⽤硬盘。

储存量满⾜信息储存要求；
10）打印数据；
11）MMS能储存DCU的故障诊断信息；
12）MMS从MCS下载GPS时钟。

3.2.1、单元控制器（PEDC）
单元控制器（PEDC）与主监视系统(MMS)之间的监测信号是通过可靠的硬线连接来实现的。

每个单元控制器（PEDC）将为主监视系统(MMS)的逻辑输⼊模块提供其操作状态（逻辑电平信号）。

由主监视系统(MMS)监测屏蔽门系统的基本操作状态，如：来⾃信号系统(SIG)的“开长/短车门”和“关门”命令信号、来⾃站台就地控制盘(PSL) 的“PSL操作允许”信号、来⾃站台就地控制盘(PSL)的“互锁解除”信号、来⾃就地控制盘（PSL）启动的“开长/短车门”命令及“关门”命令、来⾃IBP盘上启动的“开门”命令及“关门”命令信号、“所有ASD/EED关闭且锁紧”信号等。

3.2.2、门控单元(DCU)
门控单元（DCU）与主监视系统(MMS)之间的监视是通过使⽤通讯⽹络（现场总线）来实现的。

每个门控单元（DCU）在⽹络上都有⼀个唯⼀的地址，⼯程上，为了便于管理和标识，每个门控单元（DCU）的地址可取决于门控单元（DCU）在站台上的位置（上/下⾏线、门单元号）。

由主监视系统（MMS）监测门控单元（DCU）的相关状态信息。

3.2.3、电源系统
主监视系统(MMS)与电源系统之间的监视是通过触点形式及总线⽅式来实现的，主监视系统（MMS）与电源系统的监控模块通讯，采集、监视其电源装置的UPS输出电压、电流，隔离变压器输出的电压、电流，蓄电池浮充电压、电流等信息。

3.2.4、与主控系统（MCS）通讯
屏蔽门系统的重要故障信息、⼯作状态信息（如：）纳⼊主控系统集成范围，由主控系统集中实现对重要故障信息、⼯作状态信息的显⽰、报表、统计及打印功能。

3.2.5、与维修⼯具（SMT）通讯
维修⼯具（SMT）是屏蔽门系统⽇常维护、查询、修改系统参数的必备⼯具，实际上为⼀台装有系统软件的便携式笔记本电脑，其通过现场总线接⼝（或RJ45⼝）与主监视系统（MMS）及门控单元（DCU）通讯，完成对系统的⽇常维护、查询、参数修改等⼯作。

4、系统信息集成
4.1、概述
如前所述，屏蔽门控制系统必须完成控制和监视两项基本功能，门控单元（DCU）完成每扇门的具体控制功能，⽽主监视系统（MMS）完成整个车站所有门单元的相关信息集成,并提供与主控系统接⼝的界⾯，完成屏蔽门系统的监视功能。

在车站范围内，每个门控单元（DCU）的检测到的对应滑动门的状态信息必须通过现场总线⽹络与主监视系统进⾏通讯；在整条地铁线路范围内，每个车站的主监视系统（MMS）与主控系统通过以太⽹接⼝建⽴通讯。

鉴于现场总线技术的开放性、互可操作性与互⽤性、⾼度分散性及对现场环境适应性等特性，⽬前⼴泛应⽤于⼯业控制领域，并取得了良好的效果，在屏蔽门系统中主监视系统（MMS）与门控单元（DCU）的通讯⽹络就使⽤了现场总线技术，下⾯以⼴州地铁为例，简单介绍LonWorksa现场总线及CANbus现场总线。

4.2、LonWorksa现场总线
LonWorks现场总线技术，它是由美国Ecelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布⽽形成的。

它采⽤了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，采⽤了⾯向对象的设计⽅法，通过⽹络变量把⽹络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从300bps⾄15Mbps不等，直接通信距离可达到2700m(78kbps，双绞线),⽀持双绞线、同轴电缆、光纤、射
频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通⽤控制⽹络。

LonWorks技术所采⽤的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的芯⽚中并得以实现。

集成芯⽚中有3个8位CPU;⼀个⽤于完成开放互连模型中第1～2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理;第⼆个⽤于完成第3～6层的功能，称为⽹络处理器，进⾏⽹络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、⽹络管理，并负责⽹络通信控制、收发数据包等;第三个是应⽤处理器，执⾏操作系统服务与⽤户代码。

芯⽚中还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为⽹络缓冲区和应⽤缓冲区。

如Motorola公司⽣产的神经元集成芯⽚MC143120E2就包含了2KRAM和
2KEEPROM。

按照LonWorksa标准⽹络变量来定义数据结构，也可以解决和不同⼚家产品的互操作性问题，可以与其它按照LonMark规范设计的产品容易地集成，⽤户不必为⽇后的维护和扩展费⽤担⼼。

屏蔽门系统中LonWorksa总线拓扑为星型，传输介质为冗余屏蔽双绞线，每个门控单元（DCU）作为⼀个节点挂在LonWorksa总线上，并遵寻主监视系统（MMS）为主，门控单元（DCU）为从的通讯⽅式。

4.3、CANbus现场总线
CAN是控制⽹络ControlAreaNetwork的简称，最早由德国BOSCH公司推出，⽤于汽车内部测量与执⾏部件之间的数据通信。

其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的⽀持，已⼴泛应⽤在离散控制领域。

CAN协议也是建⽴在国际标准组织(ISO)的开放系统互连参考模型(OSI)基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶上层的应⽤层。

其信号传输介质为双绞线，通信速率最⾼可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达1
0km/kbps,可挂接设备最多可达110个。

CAN⽀持多主⽅式⼯作，⽹络上任何节点均在任意时刻主动向其它节点发送信息，⽀持点对点、⼀点对多点和全局⼴播⽅式接收/发送数据。

它采⽤总线仲裁技术，当出现⼏个节点同时在⽹络上传输信息时，优先级⾼的节点可继续传输数据，⽽优先级低的节点则主动停⽌发送，从⽽避免了总线冲突。

屏蔽门系统中⽹络拓扑结构为总线型，物理层为EIA－RS232C/RS485协议，使⽤双绞线。

5、系统外接⼝处理
屏蔽门系统作为车站重要设备。

考虑到各车控室及控制中⼼（OCC）能够有效、科学、合理地对各车站进⾏管理、调度，屏蔽门系统必须与车站其他系统建⽴密切的联系，配合车站及控制中⼼完成相应的应急模式的执⾏，必然牵涉到与相关专业接⼝问题，接⼝问题的处理好坏，直接影响了屏蔽门系统功能的实现及在紧急情况下乘客及⼯作⼈员的安全。

屏蔽门系统与主控、信号、低压配电、车站建筑、限界及轨道等都存在接⼝，以下简单介绍与主控系统及信号系统的接⼝处理。

5.1、屏蔽门系统与主控系统（MCS）的接⼝
屏蔽门系统与主控系统接⼝共两种类型：以太⽹接⼝（PSD/MCS.1）及硬线接⼝（PSD/MCS.2）。

5.1.1、接⼝位置
5.1.2、接⼝功能
PSD/MCS.1:
★屏蔽门系统按约定好的数据格式，准备设备故障及设备运⾏状态（含门的开、关状态等）信息；
★MCS系统⾄少每隔500ms，对与PSD系统间的通道进⾏检测。

★车站MCS负责对PSD的运营统计报表⼯作，屏蔽门系统提供相关数据。

★MCS能监视屏蔽门的运⾏状态，并在车控室的显⽰终端进⾏显⽰。

★MCS对屏蔽门系统进⾏故障报警，可实施故障查询和记录。

★屏蔽门系统从MCS接收主控系统时钟信号。

PSD/MCS.2:
在车站紧急模式下，由主控系统设在车站综合控制室的综合后备盘（IBP）对屏蔽门系统进⾏紧急操作。

5.1.3、接⼝类型
PSD/MCS.1:RJ45以太⽹接⼝,通讯协议为Modbus TCP/IP;
PSD/MCS.2:可靠的硬线连接，⽆源节点形式。

5.2、屏蔽门系统与信号系统(SIG)的接⼝
车站正常运⾏模式下，屏蔽门系统由信号系统进⾏控制，实现屏蔽门系统的系统级控制功能。

屏蔽门系统与信号系统接⼝类型为可靠的硬线连接实现，均为⽆源节点形式，接⼝位置在中央接⼝盘（PSC）内的两个单元控制器（PEDC）段⼦排上，信号系统负责屏蔽门系统与信号系统之间的电缆施⼯。

6、屏蔽门系统控制框图
7、结语
屏蔽门系统是⼀个复杂的系统。

⽬前，由于屏蔽门控制部分核⼼技术还需要靠进⼝，国产化率不⾼，投资是相当昂贵的。

只有发展、⿎励⼀批国内的屏蔽门⽣产企业（设计院所）加快核⼼技术的开发、研究，培养⼀⽀⾼素质的屏蔽门系统⼯程师，实现屏蔽门系统国产化，降低造价，相信屏蔽门在我国将会有更加⼴泛的应⽤前景。

参考⽂献
1、埃施朗公司LonWorksa技术介绍原理与实践概述第⼆版；
2、魏晓东城市轨道交通⾃动化系统与技术。