基于綜合實訓的TVM 的結構設計*

劉妮娜，衡馬俊

（1.南京鐵道職業技術學院軌道交通工程實踐中心，江蘇 南京 210031；2.南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210031）

城市軌道交通專業的學生除了要掌握應有的理論知識外，還要有一定的實際操作能力，就要求學生能夠熟練操作售票機 （ Ticket Vending Machine，TVM ），并且能夠處理設備的故障。 針對這樣的需求，南京鐵道職業技術學院自主研究設計了一種適合學生綜合實訓的TVM。 目的是使學生和老師充分了解TVM 的基本組成，加深對TVM 的全面認識，掌握TVM 的機械結構、 電氣原理、 使用方法，以便上崗后能更好地處理設備的故障[1]。該設備適用于軌道交通類學生、 地鐵運營公司、 地鐵車站相關工作人員，且適用于教師科研的開發、 設計和測試。

1 TVM 的特點

隨著城市軌道交通的發展，地鐵出行成了大部分市民出行方式的首要選擇，因此地鐵站內人員流量迅速增長，特別是北上廣等一線城市，地鐵站內的TVM 顯得尤為重要。 TVM 是直接面對乘客，實現售票自主化的重要設備，其支持硬幣、 紙幣以及硬幣和紙幣混合支付及找零。 目前國內外主要針對售票機的軟件系統、 人機交互界面、 資源配置以及售票機的故障診斷等對售票系統進行研究。 TVM 設置于地鐵車站非付費區，是供乘客使用的自助購票設備，已經經歷幾次更新換代。 具有以下特點： 使用觸摸屏技術，方便乘客購票操作； 采用微型計算機作為設備的主控單元，可以實時控制各部件，又能實時完成上位機下達的各項命令； 采用先進的紙幣模塊，支持面值為100 元、 50 元、 20 元、 10 元、5 元、 1 元的各種流通貨幣 （可接受面額根據運營方的實際需求），還可現場進行軟件升級，拒絕假幣進入； 采用先進的硬幣識幣器，支持1 元和5 角硬幣； 安裝有狀態顯示屏，可以用中英文顯示TVM的運行狀態[2]；安裝有裝飾玻璃，配合燈光，增加了漂亮的色彩，使TVM 成為一條靚麗的風景線； 可實時響應緊急命令，并自動顯示緊急狀態； 配置UPS 電源，即使停電，也可使TVM 正常完成最后一筆交易； 安裝有加熱器，在環境溫度低于一定溫度時，加熱器開啟，保證了TVM 設備內部各模塊穩定工作。

2 TVM 的組成

TVM 主要由電路控制系統和機械結構組成，包括微型計算機、 乘客顯示屏、 維護屏和鍵盤、 I/O控制板、 繼電器板、 電源轉接板、 狀態顯示屏、 票據打印機、 硬幣模塊、 紙幣模塊、 紙幣找鈔模塊、車票發售模塊 （含車票讀寫器）、 UPS、 開關電源、濾波器、 電源開關、 儲值票讀寫器、 揚聲器、 近距離乘客感應器、 召援按鈕、 手持式維護照明燈等[3]。

一臺售票機的機械結構對設備的外形、 后期的維修影響極為深遠。 所以本文結合現場運營和軌道交通類學生綜合實訓的需要對其機械結構進行研究設計，以保證自助售票機的輕量化、 操作流暢化，并能降低制造成本。

2.1 TVM 的外觀

第111 頁圖1 為TVM 外觀圖。 由圖1 可見，TVM 主要包括觸摸顯示屏、 狀態顯示屏、 硬幣投入口、 紙幣入口、 取票口和找零口、 儲值卡插入口和打印憑條出口[4]。 相比以往的TVM，這次設計改變了顯示屏的尺寸大小，同時增加了二維碼掃碼支付功能，可節省旅客的出行時間，方便運營管理，有利于車站的大數據統計。

圖1 TVM 外部組成

2.2 TVM 的內部結構

以前的TVM 是前面單開門設置，對實訓操作空間要求比較大，并且用扳手進行開門操作需要很大的力氣，對于女同學來講有難度。 本文設計將其改為后面雙開門設置，可節省實訓所需要的空間，同時采用鑰匙開門，方便學生、 教師、 員工的實訓操作。 圖2 為TVM 的內部組成圖，從圖2 中可以看到各個模塊的安裝位置。

圖2 TVM 內部組成

2.3 TVM 的機械結構設計

TVM 的機械結構會影響整個設備的性能以及設備的外觀。 鑒于現場運營和實訓教學的需要，學院的軌道交通工程實踐中心人員對售票機的內部機械結構做了新的設計，設計的原則就是所有模塊輕量化，節省材質，減少生產成本。 鎖閉結構采取卡扣式模式，每個單元模塊采用推拉式拆卸，并且用顏色標識拆卸按鈕，便于學生實訓操作。 在不改變原理的情況下機械配件采用鋁合金材質，較以往模塊輕量化，外觀流暢化[5]。 結構變化的主要模塊有紙幣箱、 零錢箱、 票箱、 打印機、 操作面板。 傳統的售票機票箱、 錢箱比較沉重，不便更換，且需要幾把鑰匙開鎖，鑰匙丟失就無法操作。 現在錢幣箱開鎖改為卡扣模式，減少了鑰匙的管理，提高了工作效率。 票箱質量也比較輕便，便于學生更換，提高了安全性能[6]。 操作面板以前是臺式電腦鼠標鍵盤的尺寸，鍵盤位于設備最上方或者最下方，不夠美觀且操作不方便，給實訓操作帶來很多麻煩。 現改為書本大小的尺寸，位于TVM 門扇后面，高度符合人體的需要，見圖3、 圖4。

圖3 設計前的錢箱、票箱內部結構

圖4 設計后的錢箱、票箱內部結構

3 電氣原理

3.1 電源輸入原理

TVM 供電電源為交流220 V 電源，由漏電保護開關和斷路器控制。 漏電保護開關控制設備的總電源，斷路器為設備電源輸入的控制開關，經其控制輸出至內置電源UPS[7]。 UPS 的主要功能： 將TVM系統供電與外界隔離，并給TVM 系統各個模塊提供電源； 在市電斷開的情況下提供給系統電源，可保證TVM 系統正常工作一段時間，用于保存最后一筆交易數據。

3.2 硬件組成原理

TVM 是由微型計算機統一控制的高度集成的自動化設備，它主要由一臺微型計算機、 多個智能控制模塊、 供電直流電源模塊等組成。

1） 微型計算機共有12 個RS232 通信串口以及2 個1000/100/10 M 自適應以太網口，微型計算機通過這些串口與各個智能模塊交互信息，同時通過以太網口將相關信息上傳至車站計算機和票務清分中心。 在微型計算機的統一協調下，通過這些智能模塊完成一系列自動售票功能[8]。

2） TVM 的智能模塊主要包括觸摸顯示屏、 硬幣模塊、 紙幣模塊、 發卡機、 狀態顯示屏、 I/O 控制器、 維護屏和鍵盤、 票據打印機、 IC 卡讀寫器、儲值卡讀寫器等[9]。

3） 供電電源模塊主要包括交流輸入開關、 山特MT-1000pro UPS 和SP-500-24 開關電源等。 交流輸入開關主要控制交流輸入電源的接通和斷開，同時檢測設備的漏電流，當漏電流大于30 mA 時，會自動切斷交流輸入電源。 UPS 的功能是當交流電源斷開時自動轉換為電池逆變供電，保證設備在一定時間內得到有效供電[10]。 開關電源的功能是將交流220 V 電源轉換為直流24 V 電源，供設備所有模塊使用。

4 結論

在不影響TVM 主要功能的前提下，簡化TVM的機械結構、 優化電氣原理，不僅節約TVM 的制造成本，提高TVM 的經濟性，以適應現在飛速發展的軌道交通行業，而且進一步提高自主服務的通用性，提升產品的品牌價值和市場占有率。 地鐵TVM 是一種與用戶高度交互的自助式終端設備，研究其結構設計，改進缺陷、 彌補不足，創造新方法，獲得新成果，不但可以提高其產品層次，而且可為今后的產品設計提供一定的經驗。 經過設計改變后的TVM 更適合于學生的綜合實訓和職工的培訓。 經過對TVM 的機械模塊、 電源模塊、 故障處理的設計研究，新的TVM 在節約成本的同時提高了學生的學習質量，可為企業的培訓和學校的實訓教學帶來深遠的影響。