动车组自动门控制系统的研究_(1)

第2章 自动门控制系统构成及控制原理 不同控制系统的结构组成和控制原理是不同的，本章从动车组自动门控制系统功能性的角度出发，介绍控制系统的构成和控制策略，为系统的整体设计做好准备。

2.1系统构成

系统主要由电源单元、控制单元和驱动单元组成，总体结构如图2.1所示。

图2.1 系统框图

2.1.1动车组电源制式及自动门控制系统的电源结构

各种型号动车组电源系统的制式非常复杂，其辅助电源是沿袭机车牵引客车的辅助电源设计的，25KV网压经动车组主变压器降压，通过二次侧辅助绕组输出790V交流电压，再经整流器整流得到600V直流电压，然后分四路输出[12]。

1. 110V直流电压。由600V直流电压经直-交-直变流器变换后得到，供动车组控制电路用。

2. 380V/50Hz交流电压。由600V直流电压经逆变器变换后得到，供各辅助电机用。

3. 220V/50Hz交流电压。由380V/50Hz交流电压经变压器降压后得到，供单相电源用。

4. 24V直流电压。动车组制动时由110V直流电压通过充电机为24V蓄电池充电后得到，用于自动门控制系统及其它24V电器供电。动车运行时由110V直

流电压通过动车组内部的变流器变换后得到，用于自动门控制系统及其它24V 电器供电。

动车组电源制式结构如图2.2所示。

图2.2 动车组电源制式结构

动车组电源母线网压在19KV～29KV之间波动，而且车内有大量的牵引变压器，变流器、逆变器，电机等开关式功率器件和感性负载，使车内电磁环境异常复杂。因此自动门控制系统必须对车内24V电压进行处理，以得到不同电压等级的稳定的直流电压，为自动门控制系统各功能模块供电。动车组自动门控制系统所需要的直流电源是小功率电源，用到的电源有：

1. 电桥电源。由车内24V电源滤波后提供，允许波动范围为16.8～30V。

2. 光耦、控制面板的电源。由门控器内DC/DC变换器产生的24V提供。

3. 数字信号控制器（DSC）及其他数字逻辑电路的电源。由门控器内DC/DC 变换器产生的5V提供。

4. 数字信号控制器（DSC）内部AD转换器的基准电压。由基准电压芯片产生的4.096V提供。

5. 电机驱动电路相关的逻辑电路和光电器件的电源。由开关稳压模块产生的5V提供。

由以上分析可知，自动门控制系统的电源结构非常复杂，这些不同制式电压

的稳定性和可靠性是整个控制系统正常工作的重要保证。

2.1.2控制单元组成

对于应用在动车组的自动门控制系统的设计，国外通常是用可编程控制器和单片机作为系统的微处理器。本文采用Microchip公司的数字信号控制器dsPIC30F5015作为控制核心，实现自动门系统的数字化控制。

系统控制单元主要由数字信号控制器(DSC)dsPIC30F5015及外围电路、隔离电路、行程限位检测电路、自动门防挤压电路以及转速与位置检测电路构成。

数字信号控制器dsPIC30F5015是系统的控制核心，通过检测控制按钮，限位开关、电源电压、负载电流、门运行速度和位置等信号，结合自动门当前的运动状态，产生对自动门各种运行方式的控制信号，同时利用本地显示电路显示当前控制系统工作模式或者故障信息。

隔离电路的作用是在自动门运行的过程中，出现特殊情况时，通过隔离电路可将功率驱动电路输入电压浮置，使电机脱离控制系统，自动门可以自由滑动。

自动门在运动的过程中，通过行程限位检测电路可以实现对自动门运行过程中一些固定位置的检测。动车组的传动机构上设置了四个限位开关：分别是开门限位开关、关门限位开关、开门锁定限位开关、关门锁定限位开关。开门限位开关，用于检测自动门是否处于打开位置，开门限位开关有一对常开触点和一对常闭触点，它们机械连接但电气分离：一对触点用于向列车安全回路传送信号；另一对触点向DSC发送“门开到位”信号，当某一对触点出现故障时，DSC收不到“门开到位”信息，系统将显示“车门故障”信息。关门限位开关的作用与开门限位开关相同，只是检测“门关到位”的状态。开门锁定限位开关用于检测车门处于开到最大并锁好位置，开门锁定限位开关具有与开门限位开关相同的特性，也是由一对常开触点和一对常闭触点组成。当其被激活后，向控制系统发送车门已锁信号，同时向列车安全回路传送信号。关门锁定限位开关与开门锁定限位开关作用相同，只是检测门是否关闭且锁好。

动车组自动门控制系统在工作的过程中必须保证乘客的安全。在关门的过程中如果门道上存在障碍物或者有乘客通过时，不能强行关门，当达到一定挤压力时，系统必须控制电机反转将门重新打开，以防止将人夹伤或将物品夹坏，该功能称之为防挤压功能。生产生活中自动门被应用在各种各样的场合，由于自动门具有智能化的特点，所以不论何种结构，何种控制方式的自动门一般都具有防挤

压的功能，由于各种自动门应用场合的不同，其防挤压功能的实现方法也各有不同。从障碍物检测的角度讲，主要有非接触式和接触式两种方式。

1. 非接触式，主要通过安装红外传感器的方式实现防挤压的功能，比如说一些电梯就是通过这类方法实现其防挤压功能的。

2. 接触式，主要是通过压力传感器或者气囊检测压力，还有就是通过霍尔传感器检测电流的方式来实现防挤压的功能，比如目前轻轨和地铁很多都是采用气囊检测突变压力的方式实现其防挤压功能的。

由于动车组自动门的特殊结构，不允许在门体上安装任何类型的传感器，否则将破坏自动门的整体结构，不能保证门在闭合时高度的气密性。所以在动车组自动门防挤压功能的实现过程中，没有采用传感器，而是通过采样电机电枢电流的方式来实现防挤压功能的。因为自动门在关门过程中如果遇到障碍物时，电机的负载转矩必然增大，电机电流也相应的增大，当电机电流超过系统设定值时，数字信号控制器将发出控制信号，实现自动门防挤压的功能。

自动门在运动的过程中，开、关门的速度是不同的，而且在门刚开启时和即将关闭时，门速是有缓冲的，这就需要精确的检测自动门在任意时刻的位置，使门速在加速点和减速点处改变。另外，门运行在全行程的15%~85%这一阶段时，要求速度恒定，不能随路况环境的改变而改变(不同的路况环境下工作电压会有不同程度的波动，车体也会有不同程度的倾斜，环境的温度、湿度等也是不同的)，这就需要精确的检测电动机在任意时刻的转速进行反馈控制，所以转速和位置检测电路对系统能否正常工作起着至关重要的作用。系统运行时，检测电路精确的检测这些物理量，然后将检测结果转换成数字量，反馈给数字信号控制器。数字信号控制器对这些数据进行处理，处理的结果作为控制量对电动机进行反馈控制，从而构成闭环控制系统。实现转速和位置测量的传感器很多，常用的有直流测速发电机和增量式光电编码器。

直流测速发电机是一种模拟测速装置，能够输出和电动机转速成比例的电信号，应用时必须经过A/D转换器转换成数字量才能和数字信号控制器接口，增量式光电编码器是一种数字传感器，它和数字信号控制器的接口电路简单。另外增量式光电编码器是光学编码器，受电源和电子噪声的干扰小，而且体积小，安装方便，相对与直流测速发电机更适应于动车组的运行环境。