地鐵閘機緊急放行控制器的探討

周世爽

（深圳市地鐵集團有限公司運營分公司，518040，深圳∥高級工程師 ）

在自動售檢票（AFC）系統中，每個車站的所有閘機都必須與該車站內的緊急放行控制器連接。緊急按鈕與緊急放行控制器連接，設在車站控制室的IBP（綜合后備盤）上，是一個無源干觸點按鈕。當按下緊急按鈕后，閘機能馬上進入緊急放行狀態；釋放緊急按鈕，閘機恢復正常工作狀態。緊急按鈕控制器與閘機之間為硬線連接，緊急按鈕的操作不依賴于閘機軟件系統，也不依賴于車站計算機（SC），但緊急按鈕操作時須向SC 發送信號，使SC 記錄緊急按鈕的動作情況。

1 車站緊急放行系統的構成

每個車站緊急放行系統的構成主要有：IBP 上的緊急按鈕和聲光報警裝置，AFC 系統內的緊急放行控制器、車站服務器、車站計算機網絡及終端設備，與火災報警系統的接口等。如圖1所示。

圖1 緊急放行控制系統構成

緊急情況發生時，可以通過以下5種方式讓閘機打開閘門，緊急放行乘客。

（1）按下IBP盤上的緊急按鈕，通過緊急放行控制器及控制線纜，使車站全部閘機的閘門開啟。緊急放行控制器將緊急放行信號分別發送至FAS（防災報警系統）和SC，并使IBP盤發出聲光報警；閘機進入緊急放行的狀態信息反饋給SC。具體過程如圖2所示。

（2）與FAS聯動。即：緊急放行控制器檢測到FAS報警的聯動信號后，通過緊急放行控制器及控制線纜，使車站全部閘機的閘門開啟。緊急放行控制器將緊急放行信號SC 并將已進入緊急模式的狀態反饋給FAS，并使IBP 盤發出聲光報警；閘機進入緊急放行的狀態信息反饋給SC。具體過程如圖3所示。

圖2 通過緊急按鈕啟動緊急放行模式

圖3 與FAS聯動啟動緊急放行模式

（3）SC 發送串口命令啟動緊急放行。即：SC通過串口發送緊急放行命令給緊急放行控制器，然后通過緊急放行控制器及控制線纜，使車站全部閘機的閘門開啟。緊急控制器將緊急放行信號發送至FAS，并使IBP盤發出聲光報警；閘機進入緊急放行的狀態信息反饋給SC。具體過程如圖4所示。

（4）SC 發送網絡命令啟動緊急放行。即：SC通過網絡發送緊急放行命令給車站內的各臺閘機，使車站全部閘機的閘門開啟；同時，SC 還需要將進入緊急放行的狀態信息通過串口發送給緊急放行控制器，緊急控制器將緊急放行信號發送至FAS 和SC，并使IBP盤發出聲光報警；閘機進入緊急放行的狀態信息反饋給SC。具體過程如圖5所示。

（5）由于特殊原因，導致上述4種方式都不能操作的情況下，可以通過切斷電源實現開啟閘機閘門的目的。具體過程如圖6所示。

圖4 SC 通過串口命令啟動緊急放行模式

圖5 SC 發送網絡命令啟動緊急放行

圖6 人工切斷電源打開閘機閘門

2 緊急放行控制器

正常情況下，緊急放行控制器輸出DC24 V 的電壓信號到車站的每臺閘機，當閘機內的緊急信號接收電路監測到DC24 V 的電壓信號消失，則表示需要該閘機切換到緊急狀態。每臺閘機內有一個緊急信號接收電路，工作時該電路時刻監視是否有緊急信號輸入的狀態，并將緊急信號的狀態送到閘機控制器和閘門驅動器。當有緊急信號輸入時，閘機閘門會自動打開。

閘機緊急信號接收電路的電源由緊急放行控制器提供，不使用閘機的電源，對閘機不會產生任何干擾。緊急放行控制器是一個獨立于SC 與閘機設備的部件，信號電壓為DC24 V，具有強抗干擾能力。

緊急放行控制器的MCU（微控制單元）使用51系列或ARM（Acom 公司生產的微處理器）單片機，和SC 通過RS－232串口連接。

3 幾個問題的思考

在實際運營過程中，緊急放行控制器會帶來異常開閘事件，通過長期數據收集和分析，將閘機異常開閘現象分為兩大類：一類是閘機電源故障造成的，占35%；另一類是由于緊急控制器的相關故障造成的，占65%；本文主要針對緊急放行控制器的相關故障進行分析說明。

閘機異常放行的原因調查統計情況分別見表1、表2。

表1 緊急控制器故障主要原因統計表

表2 閘機異常開閘故障主要原因統計表

由表1、表2可以看出：接線松脫是造成閘機意外開閘的最主要原因，這也與在現場調查和與現場操作人員、現場維護人員進行交流了解到的情況相符合。根據可靠性理論，設備故障率曲線如圖7所示。由圖7可知，設備故障率隨時間的變化大致分早期故障期、偶發故障期和耗損故障期。

圖7 設備故障率曲線

早期故障期又叫磨合期。在此期間，開始的故障率很高，但隨著時間的推移，故障率迅速下降。此期間發生的故障主要是設計、制造上的缺陷所致，或使用不當所造成。

進入偶發故障期后，設備故障率大致處于穩定狀態。在此期間，故障發生是隨機的，故障率最低而且穩定，這是設備的正常工作期或最佳狀態期。在此間發生的故障多是因為設計、使用不當及維修不力產生的，可以通過提高設計質量、改進管理和維護保養方法使故障率降到最低。

在設備使用后期，由于設備零部件的磨損、疲勞、老化、腐蝕等，故障率不斷上升，設備進入耗損故障期。因此，如果在耗損故障期開始時進行大修，可經濟而有效地降低故障率。

由于接線松脫和電源故障是造成緊急放行控制器異常的最主要原因，為加強設備可靠性，可在設計階段考慮以下幾點建議。

3.1 緊急放行控制器航空插頭與雙電源的應用

閘機正常工作時，緊急放行接口必須維持一個DC24 V 的輸入信號，否則閘機會進入緊急放行狀態。該DC24 V 的輸入信號來自緊急放行控制器，所以正常工作情況下，必須要保證緊急放行控制器的正常供電。

在設計時，可使用航空插頭接插雙電源同時給緊急放行控制器供電，以增加電源的可靠性。其中任何一個電源出現故障時，都能由另一個電源繼續供電。兩路電源的電源輸入也采取不同的方式，其中一路使用市電供電，另一路通過UPS（不間斷電源）供電。緊急放行控制器對雙電源的輸出以及UPS是否正常進行監測，當電源或UPS 出現故障時，緊急放行控制器會立即將故障狀態傳送到SC，以便能夠及時維修。

3.2 緊急按鈕常開或常閉觸點的選擇

在目前國內實際運營的AFC 系統中，緊急按鈕既有使用常開觸點的也有采用常閉觸點的。

3.2.1 緊急按鈕采用常開與常閉的區別

（1）緊急按鈕采用不同性質的觸點：常開方案采用常開觸點，常閉方案采用常閉觸點。

（2）緊急放行控制器主控單元檢測緊急按鈕是否動作的檢測電平正好相反，需要在軟件上注意區別；

（3）輸出到閘機組或閘機上的緊急放行信號電平正好相反，對于常閉方案，閘機檢測到輸入接口有DC24 V 電平則保持正常，無DC24 V 電平則進入緊急放行；對于常開方案，閘機檢測到輸入接口無DC24 V 電平則保持正常，有DC24 V 電平則進入緊急放行。這樣就要求閘機的緊急按鈕輸入接口要做相應的變化。

3.2.2 使用常開與常閉方案的對比

（1）常開方案在閘機不需要緊急放行時閘機的緊急輸入接口不帶電，而常閉方案需要維持DC24 V 的電源，所以，閘機在正常使用時，使用常開方式更節電。

（2）由于從緊急按鈕到閘機的緊急輸入接口之間的連線發生故障時，使用常閉方式可以檢測到連線故障，而使用常開方式只有到需要按下緊急按鈕時才能檢測到，所以，使用常閉方式可以及時發現連線故障而進行維護。

從安全的角度考慮，使用常閉方式更能及時發現故障，保證緊急放行時能及時響應，也符合“故障導向安全”的原則。

3.3 與FAS的聯動

在設計時，需要考慮緊急放行控制器與FAS之間的聯動。

FAS提供一個干接點信號給緊急放行控制器，當該接點打開時，FAS未要求閘機進入緊急放行狀態；干接點閉合時，FAS請求閘機進入緊急放行狀態，閘機進入緊急放行狀態并維持直到該干接點打開。緊急放行控制器也向FAS提供一個干接點信號，干接點打開時，表示閘機處于正常狀態；干接點閉合時，表示閘機已經處于緊急放行狀態。

在實際運營過程中，閘機緊急放行不采取與FAS聯動的方式，一般情況下是采取人工聯動。即：FAS出現緊急報警時，由車站工作人員對FAS的緊急報警信號進行確認，然后確認是否需要閘機緊急放行，需要閘機緊急放行時就人工按下緊急放行按鈕讓閘機進入緊急放行狀態。這樣做主要目的是為了防止誤啟動閘機緊急放行。

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