軌道交通車站出入口控制系統分析與集成

沈惠鑫，董守放

（1.上海地鐵第一運營有限公司設施部，上海,200000;2.上海工程技術大學，上海,200000）

軌道交通車站出入口控制系統分析與集成

沈惠鑫1，董守放2

（1.上海地鐵第一運營有限公司設施部，上海,200000;2.上海工程技術大學，上海,200000）

根據上海軌道交通超大規(guī)模網絡發(fā)展的背景，對上海軌道交通車站卷簾門集中控制提出功能分析和初步方案。創(chuàng)新設計車站卷簾門智能控制系統，能提供視頻監(jiān)視、語音報警及遠程控制等管理功能，確保乘客人身安全和設備安全運行，以滿足上海軌道交通適應超大規(guī)模網絡發(fā)展對車站機電設備自動化管理的需求。

出入口控制系統；遠程監(jiān)控；機電設備監(jiān)控系統集成

0 引言

城市軌道交通具有快速、大運量、人均能耗低等特點，隨著城市的發(fā)展軌道交通成為治理交通擁堵的重要途徑。聚焦上海軌道交通發(fā)展過程中的重點、難點問題，切實保障軌道交通正常運行已經成為一個亟需解決的課題。經調研車站卷簾門的監(jiān)控一直未并入設備監(jiān)控系統的監(jiān)控范圍內，車站對卷簾門操作控制均需由車站運營人員就地直接進行操作，尤其是離車控室或服務中心較遠導致開關門處置時間較長，并存在一定安全隱患且工作效率低下。

1 必要性分析

實現車站卷簾門集中智能控制，將常態(tài)情況下無人值守的車站卷簾門納入車站機電系統實施統一管理，提升安全管控等級，提升了車站運營效率。總體而言，可以體現在四個方面：

1.1 降低人工成本，適應一崗多能要求

根據上海軌道交通未來發(fā)展目標，實現從“數量增長”到“質量提升”的轉型，就需要在設施設備方面給予大力的支持，由原始的人防提升為技防為主，人防兼顧的管理模式。

1.2 減少行車值班員工作強度

行車值班員作為車站最為重要的工作崗位，承擔了日常運營及應急處置情況下的職責，原則上不能離開車控室至現場進行操作。采用卷簾門集中控制，可以將業(yè)務集中在車控室內處理，大大提高了工作效率。

以一座4個出入口的標準車站為例，工作人員在站廳層平面行走距離為450米，加上每個出入口行走距離以往返60米計算，總行走距離為，其中由上向下行走總距離。下表為統計的人員行走速度舉例表。

表1 不同人員不同狀態(tài)下行走速度舉例m/s

以女性工作人員正常狀態(tài)走行速度為測算依據，加上每扇卷簾門關閉或打開的行程時間以45秒計。

總行走時間為：T=T1+T2+T3

其中T1為水平行走時間，T2為從上向下行走時間，T3為卷簾門啟閉的時間。

T1=（690-80）/0.75=813s

T2=80/0.3=266s

T3=45*4=180s

T=813+266+180=1259s

1259s/60=20min

按標準車站4座出入口4扇卷簾門對比，單名女性工作人員開啟或關閉一次需要20分鐘左右，而使用車站卷簾門集中控制系統后，開啟4個出入口的總時間約為45秒，大大提高了工作效率。當出入口數量多，并且出入口長度長時，所耗費的時將更長。

1.3 運用現代化技術完善車站日常管理

目前，車站日常卷簾門開閉工作均由工作人員至現場操作，耗時較長且工作效率低下。隨著新線不斷開通、與地塊結合開發(fā)等情況，車站出入口總數呈現穩(wěn)步上升的趨勢。通過車站卷簾門集中控制系統，增加了智能化的控制策略，可設定開啟和關閉卷簾門的時間，在早上運營開始時自動開啟卷簾門，在晚上運營結束時自動關閉卷簾門。同時，也可以設置組合控制策略，不同線路的卷簾門可同時啟閉或分別啟閉，達到控制人流的功能。車站工作人員只需在服務中心通過視頻和反饋信號確認開關動作是否完成，無需至現場操作，可大大節(jié)約人力資源。

1.4 應急情況下高效處置要求

在故障情況下，一方面要有效對客流進行疏導，另一方面要盡快處理故障，如果還需要人員至現場對卷簾門進行操作，浪費了有限的人力資源，并增加故障影響時間，而采用遠程監(jiān)控后，可以在故障處置的同時對卷簾門進行遠程控制，在保障安全的同時提高了故障處置效率。

2 設計原則及功能實現

針對上海軌道交通車站實際情況，完整的新增一套設備需要對既有設施進行改造，成本較大且實施性較低，因此，本研究提出基于既有車站操作系統進行功能擴充和延伸，在保證安全的前提下，實現卷簾門視頻監(jiān)視、語音報警及遠程控制等管理功能。

2.1 兼容原則

車站卷簾門集中控制系統可以完全融入車站既有操作系統，作為原車站EMCS（機電設備監(jiān)控系統）系統的功能擴展，不再形成額外的獨立控制系統，保證了原車站操作系統高度完整性，避免項目實施后增加額外維保費用。

另在設備選型上可以完全貼合車站既有操作系統，便于設備采購和維護，避免由于備件不一，帶來新的委外內容而發(fā)生不必要費用。

現地鐵EMCS均采用PLC（可編程序控制器）系統控制，車站卷簾門集中控制系統可采用與車站PLC相同品牌或型號的PLC，在與車站系統的集成上不需要額外的硬件和軟件成本，沒有系統集成的環(huán)節(jié)，可加快系統的建設的進度周期。

2.2 安全原則

如何提高安全性的保護為另一重要原則，所有的遠程控制，即無人值守時對設備的操作，必須建立在安全的基礎上，所以設計時必須確保乘客的人身安全和設備的安全，提供多方位保護，利用系統集成優(yōu)勢使安全系數大大提高，體現在以下四重防護。

（1）完善既有卷簾門的限位開關保護，為第一重防護。

（2）卷簾門下設置紅外對射接近開關，為第二重防護。

（3）增設碰撞探測，為第三重防護。

（4）增設語音提示，為第四重防護。

安全保護的策略可通過以上4重防護得到確保。以下通過實例場景描述，可判斷系統的安全可靠性通過4重防護已完全避免了意外的發(fā)生。

通過以上的場景描述可以認為車站卷簾門集中控制系統的安全性是有充分保證的。

表2 實例場景

2.3 功能實現

（1）實現在車站既有設備監(jiān)控系統上對車站出入口卷簾門進行遠程監(jiān)控。將車站卷簾門集中控制系統直接無縫連接于車站既有的設備監(jiān)控系統，同時并入圖控系統，包括合理規(guī)劃車站設備監(jiān)控系統網絡、統籌管理設備監(jiān)控系統PLC地址及程序變量、所有外部連接通過硬線可靠連接，而非通過任何通信協議轉換設備，從而避免新增系統與既有設備監(jiān)控系統產生無謂“縫隙”，降低系統的穩(wěn)定性，另外也可方便對系統的維護保養(yǎng)。同時，在新增系統接入后，不影響原先在各出入口的現場手動控制。每套卷簾門設若干監(jiān)視點與控制點，詳細情況見下表。

表3 卷簾門監(jiān)視點與控制點表

將以上輸入及輸出點通過硬接點方式敷設電纜連接到系統中，通過對每個需要集中控制的卷簾門進行接入到系統中，從而對系統進行集中控制。

（2）實現可在車站服務中心處（或車站控制室）對車站出入口的卷簾門進行遠程監(jiān)控操作。卷簾門控制操作盤（觸摸屏）的增設，也能同時滿足無縫接入既有的車站設備監(jiān)控系統的要求。除了可實現應急單點對某扇出入口卷簾門單點開啟和關閉控制要求外，也能作為其他功能控制要求的擴展，如模式控制、就地操作/遠程控制允許等自動控制方面的要求，具體如下。

A.可以根據車站要求靈活設置模式控制要求，如運營模式、非運營模式、應急模式等。

B.手動正常運營模式：一鍵開啟所有正常運行時應該開啟的出入口卷簾門。

C.自動正常運營模式：根據運營時間表自動開啟所有正常運行時應該開啟的出入口卷簾門。

D.手動非運營模式：一鍵關閉所有在非運營時間應該關閉的出入口卷簾門。

E.自動非運營模式：根據運營時間表自動關閉所有在非運營時間應該關閉的出入口卷簾門。

F.應急模式：可以針對不同的應急情況觸發(fā)不同的應急模式，根據控制要求自動開啟或關閉某些出入口卷簾門。

車站卷簾門集中控制系統圖1如下所示。

圖1 車站卷簾門集中控制系統

3 工程實例

通過對10號線新江灣城站有4個設有卷簾門出入口進行試點，驗證車站卷簾門集中控制系統的可行性。

圖2 10號線新江灣城站4個試點出入口

3.1 系統功能

系統通過設置在新江灣城站服務中心的觸摸屏，并通過軟件開發(fā)定制了系統的人機界面。

車站卷簾門集中控制系統通過以上人機界面可以實現對出入口的卷簾門進行如下功能控制。

◎手動下降控制

◎手動上升控制

◎卷簾門急停控制

◎報警器停手動停止控制

◎并可以觀察到如下信息

◎卷簾門處于開啟狀態(tài)

◎卷簾門處于關閉狀態(tài)

◎紅外對射1處于報警狀態(tài)

◎紅外對射2處于報警狀態(tài)

◎碰撞探測器報警狀態(tài)

3.2 系統接入

首先將系統無縫接入車站既有EMSC系統，同時并入ISCS（綜合監(jiān)控系統）圖控系統，包括合理規(guī)劃車站EMSC系統網絡、統籌管理EMCS系統PLC地址及程序變量、所有外部連接通過硬線可靠連接，而非通過任何通信協議轉換設備，從而避免新增系統與既有EMCS系統產生無謂“縫隙”，降低系統的穩(wěn)定性，另外也可方便今后對系統的維護保養(yǎng)。在新增系統接入后，不影響原先在各出入口的現場手動控制，如圖3所示。

3.3 操作盤

在車站服務中心處新增一臺觸摸屏，做為卷簾門控制操作盤。同時并入現有設備監(jiān)控系統的車站級網絡。

圖3 卷簾門現場操作開關

3.4 遠程控制箱

在車站服務中心或車站設備房區(qū)，增加一個PLC遠程控制箱，同時接入現有設備監(jiān)控系統的車站級網絡。

3.5 碰撞探測器

在每個卷簾門底部增加了碰撞探測器，當卷簾門下降時，碰到任何阻礙物，將直接將卷簾門電機停止，加強對卷簾門安全控制。

3.6 紅外線對射探頭

在每個卷簾門離地1.5米處設置二對紅外線對射探頭2，除了卷簾門自身機械限位的保護裝置外，在遠程控制時通過非機械方式限位保護作為額外保護之一，如紅外探測報警信號，作為卷簾門啟停控制保護的依據，如有乘客在卷簾門下方時，將即刻自動取消遠程控制命令，無須人為干預，保證在卷簾門關閉時對乘客的保護。

3.7 語音報警

在每個卷簾門側設置語音報警器3，即卷簾門動作時輸出語音報警，提示乘客注意安全。為了進一步加強安全，在遠程控制時，語音報警可實現兩個階段報警方式。

將要動作階段：在卷簾門動作前若干秒前，語音報警輸出“卷簾門將要關閉，請勿穿行出入口”；動作階段：語音報警輸出“卷簾門正在關閉，請注意安全”。

3.8 系統整合

將觸摸屏、碰撞探測器、紅外線對射探頭、語音報警器和卷簾門電機與PLC遠程控制箱連接，通過編寫PLC程序，實現卷簾門自動化控制。系統整合圖如圖4所示。

圖4 系統整合圖

4 結語

通過對10號線新江灣城站4個設有卷簾門出入口試點卷簾門集中控制，取得了一定的成功，表明該系統確實可以利用于軌道交通車站卷簾門控制。下一步需要進一步分析應用于除EMCS外其它車站操作系統的可行性，并進一步擴展至其它目前由人工操作的車站機電設備從來體現“降本增效”和“智慧地鐵”的理念，為上海軌道交通超大規(guī)模網絡發(fā)展提供助力。

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Rail Transit Station Entrance Control System Analysis and Integration

Shen Huixin,Dong Shoufang
(1.The Facilities Department First Operation Co., Ltd. of Shanghai Metro,Shanghai, 200000;2.Shanghai University of Engineering Science，Shanghai,200000)

According to the background of the development of very large scale network of Shanghai rail transit, the function analysis and the preliminary scheme for the centralized control of the rolling shutter door of Shanghai rail transit station is put forward Innovating design station rolling shutter doors intelligent control system can provide video surveillance, voice alarm and remote control management functions to ensure safety of the passenger and equipment to meet the requirements that the Shanghai rail transit adapts to the development of very large scale network for the mechanical and electrical equipment automation management in station

import and export control system;remote monitoring;mechanical and electrical equipment monitoring and control system integration