天津轨道交通运营集团有限公司 天津 300392
摘要：现阶段，随着科学技术的不断进步，地铁在在建过程中也越来越重视轨道交通安全设计，因此，为了能够更好提高当前地铁交通的使用性能、安全性能以及便捷性能，更加注重对地铁站台屏蔽门设备控制系统优化。下面笔者对此展开探讨。
关键词：地铁；站台屏蔽门；设备控制；系统优化；
1 屏蔽门控制系统概述
屏蔽门控制系统采用分布式控制结构，主要由中央接口盘（PSC）、就地控制盘（PSL）、操作指示盘（PSA）、就地控制盒（LCB）、门控单元（DCU）、综合后备盘（IBP）构成[3]，如图 1 所示。其中 DCU 和 MMS 通过网络进行数据交换，DCU通过现场总线将屏蔽门状态及自身检测信息上报给MMS，MMS 通过以太网与 PSA 进行数据交换。常用的工业现场总线有 Lon Works、Profibus、Mod Bus、基金会现场总线、World FIP、HART、CAN 等，各个总线各有其优点和缺点，在不同领域各有应用。而CAN 现场总线以其高性能、高可靠性及独特的设计，被屏蔽门系统厂商广泛采用，如国外的西屋、新科佳都，国内的方大、康尼、嘉成等。
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图1 屏蔽门系统构成图
2 屏蔽门设备控制系统中存在的不足
2.1 将监视功能和控制功能集成到 1 块电路板上
如果电路板上的检测设备发生故障不能正常运行时，那么屏蔽门也不能正常地开启和关闭，地铁车辆的紧急制动也会受到一定影响。同时，无论造成电路板损坏不能正常运行的具体原因是什么，控制系统的工控机都只能识别出电路板出现故障，但不能判断导致电路板故障的原因是监视设备损坏还是控制设备损坏，也不能精确地计算出发生的故障对于屏蔽门设备运行的影响程度和范围，这样不仅会浪费大量的时间，还需耗费大量的人力、物力，增加整个地铁运行系统的成本。
2.2 中心控制单元缺乏冗余设计
在屏蔽门设备控制系统运行过程中，其表现出来的另外一个明显的不足就是上行或者下行的中央监视逻辑控制板中中心控制单元缺乏冗余设计。如果控制板出现损坏，即便是很小的故障，将会造成整侧屏蔽门设备不能正常地开启和关闭，在这种情况下，整个地铁运行系统的工作都会受到影响，乘客的出行也会被打乱。因此，为了能够保证地铁系统所提供的服务质量，确保所有地铁车辆的正常运行，有必要优化对地铁站台屏蔽门控制系统，提高其运行效率，使屏蔽门设备在地铁车辆运行过程中发挥出尽可能大的作用。
2.3 屏蔽门安全回路问题
屏蔽门安全回路发挥的主要功能是检测地铁车辆运行过程中屏蔽门是否处于关闭锁紧状态，如果屏蔽门锁紧，那么回路就会保持联通，反之，如果屏蔽门没有锁紧或者处于异常状态，那么回路在检测到之后就会断开。一般情况下，安全回路的稳定性与地铁车辆的运行效率和安全是息息相关的。在实际运行中发现，安全回路的结构设计存在一些问题，导致回路对于屏蔽门锁紧状态进行检测过程中，非常容易受到如人为因素以及环境因素等其他因素的影响，这样检测结果的准确度就会有所降低，如果出现误判，那么地铁车辆运行就会受到较大的影响。
3 屏蔽门设备控制系统的优化
3.1 中央控制单元优化
对位于中央监视逻辑控制板中的中央控制单元，监视设备和控制设备分别设置在2个不同的电路板上，这样就很好地解决了某一个设备出现故障导致整个电路板不能运行的问题，监控系统和控制系统各自运行，互相之间不会受到干扰，这样屏蔽门设备出现故障或者地铁车辆紧急制动受到影响的可能性就大大降低。同时，对中央控制单元进行优化后，上行和下行都添加了冗余设计，这样即便是某一个中央控制单元出现了故障，那么冗余单元还可以在短时间内保证地铁系统的正常运行，在很大程度上降低了地铁车辆运行出现意外情况的可能性，同时也为地铁维修人员抢修中央控制单元争取了时间。
3.2 屏蔽门安全回路的优化
相关工作人员对屏蔽门设备门锁安全回路设计进行优化时，首先要解决检测工作容易受到其他因素影响的问题，可以通过在回路中设置屏蔽设备来避免回路接收到其他的信号信息，同时工作人员在进行地铁系统工作时也要尽可能地避免发出一些影响回路检测的信号。除此之外，工作人员还要根据实际情况以及列车运行、屏蔽门设备运行的实际需要对闭锁安全回路进行进一步优化，使回路能够更加精确地检测到屏蔽门设备的状态，以此来保证地铁车辆的安全运行。屏蔽门门锁安全回路优化的优点体现在以下 3 个方面：①任何 1 个检测开关出现故障，在保障所有门全关闭锁紧的情况下，都不会导致屏蔽门系统与信号系统的致关联锁信号丢失，不会对列车进出站产生任何影响，而且还可以在确保安全回路正常功能的情况下，对该故障的检测开关进行在线维修。②安全回路优化后存在2 个整侧滑动门关闭锁紧继电器 K1 和 K2，如果有一个继电器出现故障，另外一个继电器可以确保屏蔽门系统与信号系统的致关联锁信号不会丢失，既可以实现冗余，而且还能够在确保安全回路的正常功能时，对发生故障的关闭锁紧继电器进行在线维修。③当某个滑动门单元左门不能关闭到位，但是右门可以正常关闭到位时，并且其他滑动门单元左右门都可以正常关闭到位时，此时该侧屏蔽门不会向信号系统传输关闭锁紧信号，导致列车不会进出站，进而确保了安全回路运行的可靠性。
屏蔽门设备门锁安全回路的优化可以有效弥补优化前所存在的设计缺陷，但是安全回路优化后的同一个滑动门单元左（右）门所涉及到的 2 个关闭锁紧检测开关需要放置在同一个位置，并对同一个行程点进行有效检测，这样不仅可以确保第1 路与第 2 路独立回路构建真正的冗余关系，而且还可以提高其运行的可靠性。
3.3 障碍物检测优化
地铁站台屏蔽门障碍物探测基本上是借助检测驱动电机电枢电流来开展工作，当站台屏蔽门关门过程中检测到障碍物3次时可自动弹开，但此功能仅能预防关门过程中滑动门夹伤乘客，在一些客流量非常大的车站，可能会出现由于乘客抢上导致乘客被夹在屏蔽门与列车间隙的问题，此时就需要对障碍物检测系统进行优化，如在屏蔽门与列车之间增设对射式探测传感器、在门体上加装防夹挡板，提高屏蔽门与列车间隙障碍物的检测范围，确保乘客出行的安全。
3.4 中断程序触发优化
地铁站台屏蔽门需要借助 3 个霍尔传感器在对转子位置信号进行检测的基础上实现对门控驱动无刷直流电机的有效控制。每个霍尔传感器会产生 1 个 180°脉宽信号，并随之产生 6 个相互交替的下降沿和上升沿，分别对应着不同的 6 个换向时刻。为了实现对中断程序触发的有效优化，一般需要将 3个霍尔传感器输出信号传输至 DSP 的 CAP1、CAP2、CAP3 3 个接口，并选择 DSP 的中断方式为双沿触发捕捉中断，以此来提高中断程序触发效率。
3.5 地铁屏蔽门系统控制回路优化
对于地铁站台屏蔽门而言，其常见的电源供给方式是通过双电源切换后使低压配电系统的电流进入控制 UPS 和驱动UPS，经过整流逆变后，可以将电流分配给控制回路和驱动回路供电。由于受到 UPS 行业的限制，单独小容量控制 UPS 的可靠性比较差，此时可以通过降低控制 UPS 故障的方式实现对控制回路供电系统的优化，其不仅可以提高地铁站台屏蔽门控制回路运行效率，而且可以确保控制回路的正常供电，进而提高屏蔽门的运行效率。
结束语
本文所介绍的地铁站台屏蔽门控制系统的优化分为控制流程优化和安全回路优化，以及障碍物探测方面的优化，相关工作人员在进行控制系统优化的过程中，一定要根据实际情况以及地铁系统的发展需要，确保优化工作促进地铁系统运行效率的提高。
参考文献：
[1]史小燕，朱建鸿.波特率自适应的 CAN 驱动在嵌入式 Linux 下的实现[J].计算机系统应用，2018，27（01）：231-234.
[2]曾祥文.波特率自适应的CAN总线协议转换器的研究与设计[D].广州：广州师范大学，2019.
[3]杨子河.地铁屏蔽门监控系统的研究与设计[D].兰州：兰州交通大学，2019.
[4]谢云山，杨安种，龚建宇，等.自适应 CAN 总线波特率转换器设计[J].自动化仪器仪表，2019，（05）：162-163.