地鐵防淹門控制系統(tǒng)維修方案優(yōu)化

梁洪樂

地鐵防淹門控制系統(tǒng)維修方案優(yōu)化

梁洪樂

（廣州地鐵有軌電車有限公司，510335，廣州//助理工程師）

地鐵防淹門系統(tǒng)是一種防災(zāi)設(shè)備。因突發(fā)事故造成地鐵隧道破裂后，防淹門系統(tǒng)可防止江河水涌進(jìn)地鐵車站而造成事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。一旦發(fā)生事故時(shí)，能緊急關(guān)閉閘門，封閉過江隧道，保護(hù)地鐵車站人員和設(shè)備的安全。基于設(shè)備結(jié)構(gòu)的特殊性和作為應(yīng)急設(shè)備使用的特點(diǎn)，防淹門系統(tǒng)通常安裝在地鐵隧道過江段兩端的地鐵站端部與隧道接口處或區(qū)間內(nèi)，因此防淹門控制系統(tǒng)的維修質(zhì)量顯得尤其重要。通過分析維修中遇到的門體升降、水位報(bào)警和控制系統(tǒng)死機(jī)等問題，提出了維修優(yōu)化建議，該優(yōu)化方案能夠大大提高地鐵防淹門系統(tǒng)的可靠性。

地鐵；防淹門控制系統(tǒng)；維修優(yōu)化

Author′s addressGuangzhou Metro Co.，Ltd.，510335，Guangzhou，China

1 地鐵防淹門系統(tǒng)

防淹門系統(tǒng)作為地鐵的防災(zāi)設(shè)備，主要應(yīng)用在水系復(fù)雜、常年蓄水或地處海域海島的地區(qū)，如廣州、上海、香港等城市。因突發(fā)事故造成地鐵隧道破裂后，為防止江河水涌進(jìn)地鐵車站而造成事故擴(kuò)大，特在地鐵隧道過江段兩端的地鐵車站端部與隧道接口處，或在區(qū)間內(nèi)設(shè)置防淹門系統(tǒng)，以便發(fā)生事故時(shí)能緊急關(guān)閉閘門，封閉過江隧道，保護(hù)地鐵車站人員和設(shè)備的安全。

根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，穿越河流或湖泊等水域的地鐵工程，應(yīng)在其進(jìn)出水域兩端的適當(dāng)位置設(shè)置防淹門或采取其他防淹措施。區(qū)間隧道突發(fā)事故時(shí)，防淹門系統(tǒng)作為一種防災(zāi)設(shè)備，是阻止江河水涌入地鐵線路的有效屏障。

防淹門系統(tǒng)由機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)兩部分組成。其附屬設(shè)備主要有閘門、啟閉機(jī)和電動(dòng)鎖定裝置。防淹門控制系統(tǒng)是對防淹門系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的設(shè)備系統(tǒng)，包括區(qū)間隧道內(nèi)水位參數(shù)檢測裝置、就地控制箱、車控室IBP（綜合后備盤），以及與信號系統(tǒng)、主控系統(tǒng)連接的通信接口等設(shè)備。每一處地鐵防淹門系統(tǒng)都設(shè)置有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，其組成如圖1所示。

圖1 地鐵防淹門控制系統(tǒng)組成示意圖

現(xiàn)場控制裝置PLC（可編程邏輯控制器）完成所有的邏輯控制、數(shù)據(jù)采集與處理等功能，實(shí)時(shí)控制防淹門系統(tǒng)的每個(gè)子系統(tǒng)。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置。

2 防淹門系統(tǒng)在廣州地鐵4號線的應(yīng)用

廣州地鐵4號線（金州站—黃村站），全長46.6 km，設(shè)17座車站，在新造站—大學(xué)城南站及萬勝圍站—車陂南站上下行區(qū)間均設(shè)置防淹門。4號線防淹閘門采用的是平面閘門型式，其優(yōu)點(diǎn)是可以封閉較大跨度和水頭的孔口，閘門啟動(dòng)迅速，操作簡單可靠，結(jié)構(gòu)簡單；其缺點(diǎn)是所需啟閉機(jī)的容量較大。

4號線防淹門控制系統(tǒng)，主站采用Prem ium TSXP57103M（Schneider公司產(chǎn)品），從站采用M icro TSX3721101（莫迪康公司產(chǎn)品），總線連接采用Modbus RTU，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用光纖轉(zhuǎn)RS 485總線結(jié)構(gòu)與主控前端處理機(jī)連接，與IBP連接采用硬布線。每扇防淹閘門配置1套閘門控制設(shè)備，控制設(shè)備安裝在相應(yīng)的車站防淹門控制室。在車站控制室設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警IBP，在門體附近設(shè)有就地控制臺。PLC編程平臺，可在W indows NT操作平臺支持下，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中對PLC站的程序診斷、在線監(jiān)控、修改和下載等操作都比較方便和快捷；采用符號名尋址方式，使用戶參照硬件原理圖進(jìn)行閱讀理解變得簡明容易。

3 廣州地鐵4號線防淹門系統(tǒng)維修面臨的問題與優(yōu)化

3.1防淹門系統(tǒng)維修面臨的問題

廣州地鐵4號線防淹門控制系統(tǒng)上行PLC采用施耐德Prem iun系列，下行PLC采用施耐德M icro系列。TSX Prem iun系列CPU TSXP 57 103 M處理器作為防淹門系統(tǒng)的核心，包括執(zhí)行存儲器、應(yīng)用存儲器和通信端口。存儲卡選擇32 Kwords，整套系統(tǒng)由32點(diǎn)輸入模塊和32點(diǎn)輸出模塊組成。整個(gè)控制系統(tǒng)按功能分成7個(gè)相對獨(dú)立的部分，分別通過7個(gè)功能塊（LD）來編程控制；在7個(gè)功能塊之上，通過一個(gè)系統(tǒng)組織塊（Sections）將全部控制功能塊結(jié)合成一個(gè)整體。防淹門控制系統(tǒng)和信號系統(tǒng)有接口關(guān)系，當(dāng)防淹門系統(tǒng)發(fā)出請求關(guān)閉信號時(shí)，將影響信號系統(tǒng)，進(jìn)而影響正常排列列車運(yùn)行進(jìn)路和信號開放。

基于上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和防淹門作為應(yīng)急設(shè)備不常用的情況，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是防淹門系統(tǒng)維修面臨的最大問題。

3.1.1 電動(dòng)鎖定裝置

電動(dòng)鎖定裝置是用電動(dòng)啟閉機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng),由PLC通過程序設(shè)定的輸出點(diǎn)給予傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)鎖定梁觸動(dòng)行程開關(guān)信號,使其就位鎖定閘門和拉開閘門可以啟閉。一扇升降式閘門配置兩臺同步電動(dòng)鎖定裝置，安裝在防淹門設(shè)備室內(nèi)閘門門槽兩側(cè)。在閘門開門到位時(shí)，電動(dòng)鎖定裝置推動(dòng)鎖定梁鎖定閘門；在閘門關(guān)閉時(shí)拉開鎖定梁使閘門下落關(guān)閉。同步電機(jī)需有兩個(gè)行程開關(guān)，當(dāng)同時(shí)到達(dá)行程開關(guān)時(shí)同時(shí)將信號反饋PLC的輸入點(diǎn)，判斷其滿足條件即可執(zhí)行下一步。而在日常使用（功能測試）、檢修過程中如出現(xiàn)無法推動(dòng)或只有一臺同步電機(jī)鎖定的問題，則視為達(dá)不到功能的基本要求。

3.1.2 啟閉機(jī)

啟閉機(jī)采用雙鉤電動(dòng)啟閉機(jī),容量為2×80 kN，啟閉速度為5m/m in，揚(yáng)程為6m。啟閉機(jī)采用預(yù)埋地膠螺栓固定在機(jī)房頂板上，其動(dòng)滑輪組固定在閘門的第二根主梁腹板上。電機(jī)通過鋼絲繩將門體吊掛在隧道上方，以確保列車不受影響。門體的整個(gè)升降過程需靠多個(gè)行程開關(guān)給予PLC輸入信號，PLC通過一系列的行程開關(guān)和光電開關(guān)來判斷是否到位、是否關(guān)斷電機(jī)的電源，因此行程開關(guān)和光電開關(guān)在開關(guān)門這一環(huán)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。例如，在一次日常檢修過程中，測試門體無法降落，顯示屏顯示故障；然后通過PLC模塊的輸入輸出點(diǎn)指示燈發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)行程開關(guān)輸入點(diǎn)沒有輸入信號；再通過點(diǎn)表查找該控制回路上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入輸出信號，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)行程開關(guān)故障，導(dǎo)致門體不能正常關(guān)閉。

3.1.3 水位計(jì)

防淹門系統(tǒng)通過水位計(jì)反饋信號確定水位情況。防淹門水位計(jì)共有3個(gè)（投入式），安裝方向?yàn)榇怪毕蛳拢?個(gè)水位計(jì)的水平位置一致。水位計(jì)接線盒可用螺絲刀擰開，接線方式為開關(guān)量輸出，信號接口端分四限，每一限與PLC輸入模塊構(gòu)成四級水位。在列車行駛時(shí)間內(nèi)，不能依賴工作人員到現(xiàn)場確定情況，因此需要通過水位計(jì)限位反饋信號來判斷是否發(fā)生水淹。如果出現(xiàn)水位報(bào)警，就必須在短時(shí)間內(nèi)判別報(bào)警的真實(shí)性。另一種情況是低水位和高水位同時(shí)出現(xiàn)同時(shí)輸出信號給PLC輸入點(diǎn)，這種情況往往會引起PLC無法判斷該按照哪個(gè)水位信號啟動(dòng)相應(yīng)的程序，系統(tǒng)因此發(fā)出故障信息。遇到這種情況時(shí)，應(yīng)到隧道中集水井處確認(rèn)現(xiàn)場情況，通過水位直觀判斷是哪一水位計(jì)故障。

3.1.4 防淹門控制系統(tǒng)

分別新建Gate_control閘門控制主程序、S_ai水位換算及報(bào)警處理程序、S_di輸入信號處理程序、Sign_system與信號系統(tǒng)接口程序、Water_speed水位上漲速度計(jì)算程序、Communi_mcs與MCS通信處理程序、Communi_xbt與文本顯示器通信處理程序。雖說防淹門控制系統(tǒng)由7個(gè)獨(dú)立的控制程序組成，但其相互之間并非是對立的，彼此間相互影響，每一步都需要該7個(gè)程序的反饋信號來作為變量，系統(tǒng)根據(jù)輸入的變量自動(dòng)地執(zhí)行相應(yīng)的操作。

PLC屬于控制回路上的大腦，所有的輸入輸出均通過轉(zhuǎn)換變成“0”或“1”。因此在控制主電路上通過輔助觸點(diǎn)控制，無法直接控制驅(qū)動(dòng)大功率設(shè)備。在維修日志的故障記錄中，主要出現(xiàn)PLC死機(jī)或者程序丟失等問題。在故障檢修中，發(fā)現(xiàn)PLC輸入輸出點(diǎn)與現(xiàn)場設(shè)備反饋信號不一致，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓不動(dòng)作，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)PLC程序丟失。

3.2故障分析與維修優(yōu)化

在多年的防淹門檢修實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)防淹門系統(tǒng)故障主要集中于傳感器的反饋、輔助電路無法控制輔助觸點(diǎn)以及程序崩潰或丟失等問題。面對這些故障現(xiàn)象，攻關(guān)小組通過分析故障記錄和系統(tǒng)數(shù)據(jù)，梳理故障類別、原因、時(shí)間和頻率，找出了故障的根源，并據(jù)此提出了改進(jìn)故障排查方法、優(yōu)化維修流程的有效措施。

3.2.1 門體升降問題

在檢修過程中經(jīng)常遇到門體無法升降的問題，檢查控制回路和系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，大部分原因是門體主程序未采集到足夠的輸入變量而導(dǎo)致的。其中行程開關(guān)及鎖定梁傳動(dòng)裝置未動(dòng)作是主要原因，次要原因?yàn)轵?qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作接觸器的輔助接觸觸點(diǎn)不得電。再到現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行檢查，經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)，隧道潮濕、多灰塵及列車通過時(shí)震動(dòng)等因素，導(dǎo)致導(dǎo)線裸露線頭處產(chǎn)生氧化層以及接線端子螺絲松動(dòng)，這是防淹門門體無法升降的根本原因。

整改措施是：對導(dǎo)線裸露線頭進(jìn)行處理，一是把金屬線壓制成線鼻子，二是使用導(dǎo)電膏后重新接好，以提高控制回路的可靠性，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以提高。未整改前，因接線端子不可靠引起的問題一年有9件；整改后，此類問題一年的總數(shù)為2件，確保了系統(tǒng)的可靠性。

3.2.2 水位報(bào)警問題

行程開關(guān)給予PLC輸入信號后，經(jīng)常會出現(xiàn)2個(gè)或多個(gè)反饋信號與現(xiàn)場狀態(tài)不一致，這類問題會導(dǎo)致PLC報(bào)警。出現(xiàn)了2個(gè)或多個(gè)不應(yīng)該同時(shí)出現(xiàn)的輸入量（如水位計(jì)、行程開關(guān)等），這個(gè)問題影響范圍較大。水位計(jì)初始狀態(tài)為：2個(gè)水位計(jì)同時(shí)出現(xiàn)相同限位信號后按照下一步程序執(zhí)行。因此，如果出現(xiàn)3個(gè)水位計(jì)不一致（2個(gè)一樣，1個(gè)不一樣）的情況時(shí)，程序仍能正常觸發(fā)下一步程序。

經(jīng)分析研究后，嘗試在PLC上增加一個(gè)判斷程序：在2個(gè)同類型變量間添加1個(gè)判斷跳轉(zhuǎn)程序。通過該跳轉(zhuǎn)比較程序，使同類型傳感器進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)異常仍能正常進(jìn)行下一步程序但不取消報(bào)警信號。該優(yōu)化方案既能滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行，也同時(shí)提醒用戶，該系統(tǒng)有故障需要及時(shí)檢修。實(shí)際測試結(jié)果證明，該優(yōu)化方案可以避免第一個(gè)出現(xiàn)故障的設(shè)備未被發(fā)現(xiàn)，第二個(gè)設(shè)備后續(xù)再出現(xiàn)故障，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常啟動(dòng)，能夠減少假報(bào)警對行車信號系統(tǒng)的干擾。經(jīng)過對水位報(bào)警系統(tǒng)的有效優(yōu)化，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以大大提升，也能及時(shí)判斷設(shè)備故障并及時(shí)進(jìn)行處理。

3.2.3 PLC系統(tǒng)死機(jī)問題

通過系統(tǒng)地梳理問題，優(yōu)化判斷流程，形成能夠快速判斷PLC死機(jī)或程序丟失問題的故障排查步驟：①巡檢中需認(rèn)真核對PLC上的輸入輸出LED（發(fā)光二極管）指示燈狀態(tài)，使用萬用表核對PLC存儲器上記憶電池的電壓。②若發(fā)現(xiàn)記憶電池失電，則更換電池，并使用筆記本電腦確認(rèn)程序是否丟失。③若發(fā)現(xiàn)PLC輸入輸出點(diǎn)異常應(yīng)立即上報(bào)，同時(shí)，將PLC打至停止位置后，再將其打至運(yùn)行位置，觀察其狀態(tài)。如仍然出現(xiàn)異常，則需使用筆記本電腦連接確認(rèn)是否丟失程序。④如程序未丟失，但輸入輸出點(diǎn)有異常，就需通過編程點(diǎn)表檢查異常的指示點(diǎn)，查找到存在問題的模塊和回路。⑤如程序已丟失，則立即下載程序并重新運(yùn)行程序。

通過優(yōu)化排查步驟可以快速找到故障點(diǎn)，大大縮短了發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)的時(shí)間，能夠快速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

為有效保障地鐵防淹門系統(tǒng)的可靠性，通過日常維修案例和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析研究，結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和PLC控制原理，系統(tǒng)地分析了維修中遇到門體升降、水位報(bào)警和控制系統(tǒng)死機(jī)等問題，提出了維修優(yōu)化建議，并通過測試或檢驗(yàn)確認(rèn)了其有效性。目前，該優(yōu)化方案已應(yīng)用到地鐵防淹門系統(tǒng)的維修工作中。經(jīng)過對控制系統(tǒng)硬件、軟件的優(yōu)化，不但大大地提升了防淹門系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且有效地提了高檢修效率，降低了維修成本。

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Optim ization of M etro Floodgate Control System M aintenance

LIANG Hongle

Floodgate system is a set ofmetro equipment used to stop the flood，which w ill swarm into the whole tunnel in case of a disastrous collapse like tunnel fracture.In such an accident，the floodgate system w ill act promptly to close the tunnel crossing under a river，in order to protect station personnel and equipment.Based on the characteristics of the system in terms of its specificity and emergent functions，the floodgate is usually set up at stationswhich are located at both ends of the tunnel that crosses under a river，therefore，the maintenance quality of floodgate is particularly important.Through analyzing a series of failure scenarios,such as gate lifting，flood level alarm and power control system failure，relevant maintenance optim ization schemes are suggested.This research w ill guide themaintenance personnel effectively to improve the floodgate reliability.

metro；floodgate control system；maintenance optimization

U231.96

10.16037/j.1007-869x.2017.07.031

2017-02-16）