剪式门机构国产化可行性研究报告

某某地铁AFC系统自动售检票机剪式门机构国产化
可行性研究报告
上海怡力信息科技股份有限公司
二零年月
目录
某某地铁AFC系统自动售检票机 (1)
1 项目背景 (3)
2 企业与经验 (3)
3 怡力F-M系列轨道交通剪式门应用案例： (4)
4 国产化替换方案 (5)
4.1控制兼容性分析 (5)
4.2硬件参数对比 (6)
4.3机械结构兼容性分析 (8)
4.4 电气接口兼容性分析 (9)
4.5 安全性能分析 (9)
5 原厂与国产化设备成本比较 (11)
6 结论 (12)
1项目背景
剪式门（扇门）式闸机（后文简称闸机）是一种对地铁乘客的出入进行有效控制的检票设备，是轨道交通AFC系统中的关键设备之一。

目前，某某轨道交通5、6、9号线闸机应用的是瑞典品牌固力保（Gunnebo）的剪式门（扇门）阻挡产品。

固力保自20世纪90年代进入中国，是早期中国轨道交通AFC系统中，闸机阻挡产品的主要提供商之一，从最早的三辊闸，到后来的剪式门阻挡装置。

早期产品主要由意大利工厂生产，并整机出口中国。

近年为进一步提高产品利润，固力保在江苏省昆山市建立了中国生产基地，进一步降低成本。

但其核心技术均源于海外，固力保昆山工厂仅完成组装工作，因此其配件和整机在国内的销售价格仍居高不下，给国内轨道交通运营单位带来了极大的运营负担。

有鉴于此，国内许多城市的轨道交通已经逐步放弃使用固力保的相关产品。

取而代之的则是拥有独立知识产权、核心技术以及客制化能力的国产阻挡产品，例如我司（上海怡力信息科技股份有限公司）研发并生产的F-M系列轨道交通剪式门阻挡产品。

2企业与经验
上海怡力信息科技股份有限公司成立于1997年，是一家专业从事轨道交通自动售检票系统设备研发、设计和制造的高新技术企业，拥有60余项相关领域知识产权专利。

已经向海内外客户提供了上万套各类自动检票机整机设备，目前是国内最大的AFC设备出口商。

本公司与2005年首次使用固力保剪式门阻挡产品，作为闸机核心模块应用于上海轨道交通，对于固力保的产品的优缺点有充分的了解，对其参数与协议也有全套技术资料。

在对固力保产品的使用过程中，主要发现固力保产品所配置的通行逻辑管理软件并不适合中国国情，在面对大客流是出现较多的安全问题。

同时不符合国人使用习惯，因此通行效率不佳。

为此我司与2007年联合上海大学自动化实验室联合开发了国内首套基于时序控制的通行逻辑管理软件，并在行业内首先提出了主动门检票机通行逻辑区域划分规范，分为检测区，监视区、安全区和离开区。

在电控设计方面，固力保产品采用的是接近传感器信号配合全直流电机的电控模式。

即在开门到位和关门到位位置设置接近传感器，当电机驱动门体到达相应位置后，停止动作。

该方案的优点是原理简单便于维护，缺点是运动过程中缺乏监控，有一定的安全风险。

在渠道上，固力保核心部件均为海外采购国产化率低，后续零部件采购可能存在风险。

基于以上原因，我司自主研制并设计了自主知识产权的F-M系列轨道交通剪式门阻挡装置及其通行逻辑管理软件。

对于剪式门阻挡产品，我司具有丰富的使用和改造经验。

3怡力F-M系列轨道交通剪式门应用案例：
1.2009年开始先后应用于上海轨道交通3号线、6号线、12号线等。

3、6、12号线应用现场图
2.2012年开始先后应用于香港特别行政区西岛线、南岛线、观塘线、九龙线等。

香港西岛线、南岛线、观塘线、九龙线等应用现场图
3.2017年开始先后应用于中国台湾高雄红线、橘线、万大线等。

高雄红线、橘线、万大线等应用现场图
4国产化替换方案
目前某某地铁大部分线路自动检票机都采用的是固力保STD 280剪式门阻挡产品，现将我司F-M剪式门阻挡产品与固力保STD 280剪式门阻挡产品综合性能比较如下：
4.1控制兼容性分析
固力保STD280剪式门阻挡产品，采用信号控制，输出信号包括开门到位传感器、关门到位传感器、摇臂吸合传感器；输入信号包括减速电机正反转驱动、电磁铁可调制驱动。

怡力F-M剪式门阻挡产品，采用同样的信号控制，同样的输入输出信号源。

控制完全兼容固力保产品。

上电启动信号控制关系，固利保STD280与怡力F-M遵循同样的信号控制逻辑
4.2硬件参数对比
4.2.1主要配件对比
根据硬件参数对比表可见，固力保STD280和怡力F-M，开门到位传感器、关门到位传感器和摇臂吸合传感器的配置完全一致，在减速电机和吸盘电磁铁的配置上略有不同。

同参数的硬件配件我公司的配件价格更低（详见5 原厂与国产化设备成本比较），配置略有不同的配件，我公司生产的配件十分接近固力保配件，而且配件价格更低。

4.2.2 差异配件对比
1.减速电机兼容性分析
剪式门装置转动角度为130°即0.361转
采用相同的驱动信号，全直流电机拥有相同的加速常数，因此设信号延迟和加速时间常量为X
固力保减速电机参数为转速60rmp
则固力保STD280减速电机的开关门速度为：
60秒÷60rmp×0.361转+X=0.361秒+X
怡力减速电机参数为转速 58rmp
则怡力F-M减速电机的开关门速度为：
60秒÷58rmp×0.361转+X=0.373秒+X
减速电机配置差异，最终对剪式门阻挡产品造成的性能差异仅0.012秒=12毫秒，非常微小。

固利保STD280与怡力F-M单次关门过程的信号关系对比
2.吸盘电磁铁兼容性分析
吸盘电磁铁的磁通量即吸合力直接影响紧急推开扇门时的限制力，固力保STD280采用8.5W吸盘电磁铁，100%全占比模式下最大限制力为325N。

目前轨道交通主流需求为紧急推开扇门时限制力150N±10%或250N±10%。

分别采用55%占空比调制模式限制力146.25N和30%占空比调制模式限制力227N来实现参数需求。

怡力F-M采用的吸盘电磁铁，磁通量即吸合力约为固力保STD280的1.06倍即吸合力提高6%。

替换后55%占空比调制模式限制力155.03N和30%占空比调制模式限制力240.26N，我公司生产吸盘电磁铁满足相关技术标准。

4.3机械结构兼容性分析
固利保STD280与怡力F-M20机械结构与尺寸对比
根据结构图可见，固力保STD280与怡力F-M结构尺寸差异点，为剪式门阻挡装置基座高度，固力保为200mm，怡力为150mm。

为提高剪式门阻挡装置，防钻伏通过的性能，因此我司在设计时将机构高度降低了50mm，在无损替换固力保方案中，我公司可定制基座，提高50mm实现无损安装。

4.4 电气接口兼容性分析
固利保与怡力转接板对比
固利保STD280产品与怡力F-M产品转接板接口定义设计完全一致，无需进行更改。

4.5 安全性能分析
4.5.1 解决盲区人体被夹受力过大问题，保护乘客及维护人员
经过汲取多年操作、应用、维修经验及设备深度分析，固力保STD 280剪式门阻挡产品在关门或开门过程中，存在监控盲区。

如果在过程盲区中，夹住人体，则人体承受的是电机通过1:25速比所产生的惯量冲击，而冲击的大小上限为紧急推开扇门时限制力的大小约150N即15公斤。

红色区域为关门过程，约有0.5秒的监控盲区
而F-M剪式门阻挡产品，是基于伺服电机过程可控技术开发的产品。

其开关门过程对电流、电压、速度进行全程监控和实时处理，使剪式门阻挡产品在使用安全上和效能上进一步提升。

4.5.2 解决因工作电压不稳，造成扇门失控现象
相较于传统的信号控制匀速运动。

怡力F-M采用分段控制，前段急加速提高尾随逃票分断能力，中段惯性控制使门体的运动匀速、稳定、同步，后段减速控制减少门体运动对机体造成的冲击。

从技术上实现了安全与高效的双增幅。

同时当车站电压发生浮动或因为设备内其它用电器导致电压浮动时，会有效检测到事件发生并通过提高电流输出来应对电压浮动，从而解决电压不稳影响设备工作造成的扇门失控现象。

4.5.3 优化电控方案，降低故障率
以伺服电机为控制基础的电控方案，可以有效的对开关门过程进行控制，可以有效的保护乘客通行安全的，起始阶段的过载加速启动可以有效阻断尾随行为，停止阶段的稳控减速过程可以有效减少设备震动保持整机长时间稳定运行。

改造同步对通行逻辑进行升级，加入时序算
法，提高通行逻辑的安全和稳定效率。

因采用伺服可控电机方案，怡力F-M的结构相较于固力保STD280更为简单，可能发生的故障点也大幅下降，因为机械运动件的减少，F-M剪式门阻挡机构的维护周期和维护类别也远低于固力保产品。

固力保采用的全直流电机和卷纸轴承，随着电刷和换向器的磨损，卷纸轴承的润滑剂老化，其极限寿命仅500万。

怡力F-M采用的伺服电机和深沟滚珠轴承，属于低损耗运转，其极限寿命可达到1000万以上。

5.原厂与国产化设备成本比较
上海怡力信息科技股份有限公司
6.结论
上海怡力信息科技股份有限公司提供的F-M剪式门阻挡产品，无需任何改造过程，即可无损替换固力保剪式门产品。

其独立知识产权和国产化采购渠道，有效的控制了整机和零配件价格和渠道的稳定性，相较于固力保有极大的优势，可以有效的降低轨道交通运营单位的维护成本。

同时上海怡力信息科技股份有限公司设有某某分公司，可以提供某某本地化服务，为客户提高服务品质，运维效率提供技术支持和保障，共同研究并探讨提高轨道交通AFC运营安全，效率，品质的全新技术方案。

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