城市轨道交通门控系统监测研究

吴成辉

（天津市地下铁道运营有限公司，天津 300222）

屏蔽门是安装在车站站台边缘，用于隔离列车和乘客的门控设备，能够有效保障乘客在站台的安全。门控柜通过安全继电电路提供和屏蔽门的接口，可以实现信号系统和屏蔽门专业的配合，使屏蔽门与列车车门联动，基本的原则是列车不在站台停稳始终不开门，检测不到屏蔽门关闭且锁紧信息始终不发车，从而保障了乘客的安全。

1 城市轨道交通门控系统组成

门控系统主要由PSC命令处理模块，PSLP，DCU门机控制器，室外的门体部分，室内的门控柜部分，以及电缆等部分组成。地铁屏蔽门系统的完整结构框图如图1所示。其中PSC命令处理模块是屏蔽门专业的接口设备以及信号处理设备，处理全部来自信号专业以及列车的开门和关门命令，驱动DCU门机控制器控制屏蔽门开启，关闭和锁紧；PSLP是在信号专业设备和屏蔽门专业设备故障的情况下，无法正常驱动门机机构，通过安装在小站台的PSLP设备切断屏蔽门和信号专业的联系，通过手动控制屏蔽门的开启，关闭和锁紧。

图1 地铁屏蔽门系统结构框图

1.1 屏蔽门门体构成

全封闭式屏蔽门门体由固定门、应急门、端门、滑动门、顶盒、钢架结构、上下部支撑结构、解锁机构、踢脚板等组成，半封闭屏蔽门门体主要由固定门、滑动门、应急门、端门、固定驱动门等构成。

1.2 屏蔽门门机构成

屏蔽门门机系统包括驱动装置、传动装置、开/关门位置传感器、锁紧装置等，屏蔽门门锁装置安装在顶箱，位于关闭的滑动门位置的上方中央。屏蔽门的两扇滑动门配一套驱动装置，左右滑动门由一个DCU控制，DCU（门控单元）在收到PSC（中央接口盘）发出的开、关门信号后，控制滑动门的开启和关闭。半高安全门的两扇滑动门分别配两套驱动装置，左右滑动门各有一个DCM控制。

1.3 门控柜的构成

城市轨道交通门控柜主要由：设备机柜，交流电源配电装置，安全继电器，PLC控制继电器，电源组件，PLC组件，保险丝和接线端子组件，浪涌保护终端等设备构成。每个门控柜有一组保险管和接线端子，位于机柜的前面中部区域。

交流电源配电装置电源电缆穿管接入门控柜，然后电缆连接至机柜，提供给机柜内部交流电源EMI/RFI过滤及防浪涌的交流电源配电单元。电源配电盘有两个断路器，每个断路器配有C13输出插头，两侧站台分别配置一个断路器。

安全继电器主要有：门使能继电；门关闭且锁紧继电器；门旁路继电器。上下行安全继电器配置数量相同。PLC控制继电器主要用于控制屏蔽门的开启和关闭，包括：开门继电器；关门继电器；本地控制继电器和备用继电器几种类型的继电器。上下行配置相同数量的PLC控制继电器。

门控柜电源组件为两路，一路给PLC和安全继电器线圈和安全继电器提供直流电源。另一路为外部220V交流电源，该路电源从机柜前面的交流配电盘引入。电源组件包括两个冗余电源模块，这两个模块均能提供一个+24 VDC，10A，最大250W的输出。PLC组件位于门控柜的后面，与RATO系统通过DTS数据接口连接，PLC组件包括两个PLC模块，每个模块都有一个独立的I/O模块，可选适配器，控制处理器，以及冗余的Modbus，每个PLC模块分别与屏蔽门机柜相连。保险管为机柜提供过流保护，以防止外部线路短路对机柜造成影响。每个熔断器有一个LED指示灯，当其所指示的熔断器熔断后，灯点亮。浪涌保护器和接线端子安装于门控柜后面底部，共两组，每个组件有20个双电路保护接线端子，为室外电缆与PSD供货商的接口提供端子。

1.4 屏蔽门功能要求

城市轨道交通屏蔽门系统通过门控柜内部的安全继电器实现信号系统和屏蔽门专业的配合，使屏蔽门与列车车门联动，基本的原则是列车不在站台停稳始终不开门，检测不到屏蔽门关闭且锁紧信息始终不发车，从而保障了乘客及行车安全。在屏蔽门系统正常时，接受信号专业的开关门命令，当所有的屏蔽门关闭且锁紧时，PSD系统将所有门的关闭锁紧信号发给信号系统，在确认所有门关闭并锁紧的信号后，SIG将允许发车。

2 屏蔽门监测系统

城市轨道交通屏蔽门监测系统是通过计算机处理来自信号专业的数据，实现对屏蔽门门机的精确控制，其构成如图2所示。

图2 地铁屏蔽门监控系统的总体设计框图

该系统包括：外部设备、接口单元、DCU、控制对象。其中，DCU为整个系统的核心，通过接口单元接收调试机发送的调试信号和信号专业发送的开关门信号；另一方面根据接收的信号控制门机机构运行，实现屏蔽门的开门和关门。此外，DCU将屏蔽门的状态信息，障碍物信息反馈给信号专业。

2.1 屏蔽门障碍物监测原理

屏蔽门系统在开门关门过程中以及乘客在进行乘降的时候，为防止屏蔽门开关门控制故障时夹伤乘客，需要在屏蔽门上安装障碍物监测装置，目前主要使用红外线光幕实现屏蔽门的障碍物监测，其原理如图3所示。

图3 红外光幕传感器器原理

红外光幕传感器的原理是，当红外线的光束照射到红外线传感器上的时候，传感器上会产生一个电流，当红外光束被障碍物挡住后，传感器上的电流值发生变化，以此来判断屏蔽门是否有障碍物，图3是红外传感器等效电路图。

图4 热释电红外传感器的等效电路

根据电路图有

初始条件：t=0，U=0，可以计算出红外线传感器输入端的信号电压

2.2 屏蔽门障碍物监测硬件电路

根据屏蔽门功能以及监测系统的要求，在保证安全的前提条件下，地铁屏蔽门障碍物监测系统硬件电路如图4所示。

从图中可以看出，整个硬件电路包括：红外传感器电路、DSP程序电路，逆变电路，保护电路，功率驱动单元几部分组成，其中DSP程序电路还包括：I/O控制，SIN控制，QEP电路，CAP电路。

图5 硬件电路的总体结构图

DSP主程序电路是整个硬件电路的核心，接收信号命令（开门命令，关门命令），处理信号命令，驱动屏蔽门门机机构，并将门状态信息返回给SIN，同时对屏蔽门障碍物信息进行监测。

保护电路有过压保护和过流保护。而屏蔽门障碍物监测硬件电路主要使用的是过压保护电路，过压保护是将采集到的SIN信号电压以及DSP系统自身的电压送入保护电路与参考电压进行比较，当采集到的电压高于参考电压时，说明系统电压过高，此时DSP程序中的过压保护就会被触发，从而实现过压保护，保护电路也可以使用过流保护，图5就是一个过流保护电路。

图6 过流保护电路

3 屏蔽门监测系统的改进

我国地铁行业起步较晚，发展较慢。目前屏蔽门的监测系统虽然能满足要求，但是还需要进一步改进，主要是屏蔽门在关门过程中遇到障碍物的情况下，如何计算屏蔽门障碍物的夹紧力，夹紧力过大会导致夹伤乘客，夹紧力过小可能会导致屏蔽门无法关闭锁紧，影响行车安全。鉴于此，在屏蔽门检测系统中加入声光报警以及调整屏蔽门障碍物监测硬件电路中的参考电压，这个参考电压主要用来控制门机驱动电机的最高电压，当电压超过参考电压时，门机驱动电机断电反转，保护乘客不被屏蔽门夹伤，此外，加装屏蔽门声光报警系统，能够在列车进站，屏蔽门开启和关闭的时候提前提醒乘客屏蔽门即将运行，增加乘客的主动防护意识。

4 结束语

文章从实际出发，分析了屏蔽门的组成机构、监测原理，并且针对屏蔽门检测系统中存在的不足提出改进措施，有利于提高屏蔽门系统的安全性和可靠性，有利于提高城市轨道交通运营的安全性。