站臺門系統接口信息記錄裝置設計

曲秋蒔，胡經緯，王小娟，劉金梅

（北京交通運輸職業學院，1.副教授，2.講師，北京 100096）

引言

地鐵站臺門系統是地鐵重要機電設備，與列車信號系統相互配合，是乘客安全與列車運行的保障。站臺門系統與列車信號系統間共包括四個接口指令，任一指令信息傳輸故障均會影響站臺門開關與列車運行，故障處置延遲時間較一般故障處置延遲時間三倍以上，此類故障兼具偶發性和不確定性即接口故障排查中經常恢復正常，無法判斷是哪方接口問題，一旦恢復運行后易復發，嚴重影響乘客乘車與地鐵運行。針對站臺門系統無列車信號系統接口指令信息記錄功能，天津地鐵對安全回路相關監控展開研究，通過檢測等效電阻方法進行監控［1］；寧波地鐵提出新線建設時信號與站臺門接口故障隱患防范措施和思路［2］；北京地鐵從相對宏觀層面探討屏蔽門系統和地鐵信號系統接口發展特點［3］；沙洲職業工學院等單位通過改變控制系統來降低故障率或提高發車效率，但在指令接口故障點來源方面探討較少［4-5］。以西屋站臺門系統為研究對象，設計一種站臺門系統接口信息記錄裝置，采用光歐姆龍AQY210型繼電器和西門子S7-200型PLC為核心元件，具有可靠性高，適應性強的特點，可為故障診斷與分析提供可視化數據，為站臺門的智能維護系統提供信息支撐。

1 工作原理與設計思路

1.1 站臺門系統指令信息收發原理

西屋站臺門系統主要包括中央控制器（PEDC）和從動繼電器，中央控制器負責接收列車信號系統開門、關門指令，將指令發送至整側站臺門門控單元控制器（DCU）；從動繼電器是監測整側24 道滑動門、6道應急門的“關閉且鎖緊”狀態，向列車信號系統反饋“關閉且鎖緊”指令信息，系統異常時反饋“互鎖解除”指令信息，4組指令信息收發原理如圖1所示。

圖1 列車信號系統、站臺門系統4組指令信息收、發原理

1.2 設計思路

站臺門系統接口信息記錄裝置需要在線實時記錄“開門”、“關門”、“關閉且鎖緊”和“互鎖解除”4組指令信息，指令信息采集點選定在列車信號系統與站臺門系統接口部位，安裝在中央接口盤控制柜內對應端子排上即4 組指令的接入端子處，避免因兩個系統單方故障而相互影響，造成指令信息記錄錯誤事件發生。

1.3 “開門”“關門”指令信息采集電路設計

在中央接口盤控制柜內，列車信號與站臺門系統間“開門”指令接口電壓為DC24V。信號系統發布“開門”指令時，站臺門“開門”指令繼電器線圈得電，下發開門信息，信號系統發布“關門”指令時，站臺門“關門”指令繼電器線圈得電，下發關門信息，信息均通過光繼電器進行采集，原理如上圖1所示，接線如圖2所示。

圖2 “關門”指令信息采集接線示意圖

1.4 “關閉且鎖緊”指令信息采集電路

列車信號系統與站臺門系統設有2 條“關閉且鎖緊”指令信息，每條指令信息包括與站臺門體聯通的“關閉且鎖緊”大回路以及與信號系統聯通的小回路，原理如圖3所示。

圖3 “關閉且鎖緊”指令信息大回路工作原理示意圖

指令大回路中整側站臺門“關閉且鎖緊”指令信息發布前提是48扇滑動門和12扇應急門所關聯的120 組行程開關（分為左、右扇門側各60 組行程開關）組成的“關閉且鎖緊”回路（也稱為安全回路）導通時，安全繼電器接通，站臺門發布“關閉且鎖緊”指令給信號系統，安全回路串聯120個行程開關后，通向安全繼電器線圈的正負極。“關閉且鎖緊”指令小回路信息由從動繼電器與列車信號系統接口端子排組成，由一個安全繼電器的兩個常開觸點雙切所控制的。經前期故障數據統計對比，“關閉且鎖緊”指令信息故障多發生在大回路中，設定指令信息記錄裝置監測回路中行程開關為閉合狀態，設置在安全回路的端子排處，將光繼電器J3直接并聯在端子排65和66用于“關閉且鎖緊”指令信息采集。

1.5 “互鎖解除”指令信息采集電路

列車信號系統與站臺門系統之間的“互鎖解除”指令信息接口端子排為72、73、74、75，將光繼電器J4 直接并聯在端子排73、74 上，光繼電器J4 的線圈正極接端子排73，線圈負極接端子排74，用于“互鎖解除”指令信息采集。

2 接口數據的歸檔

數據歸檔是指通常按照日期時間排序的一組記錄，每條記錄代表著一些過程事件，過程事件中記錄了一套過程數據。由數據歸檔向導定義數據組織結構，一條數據歸檔記錄是指寫入數據歸檔中單獨的數據行。選用S7-200型配有存儲卡槽的PLC，放置256K 存儲卡，通過STEP 7-Micro/Win［6］提供數據歸檔向導，將過程測量數據存入存儲卡中。用數據歸檔向導創建數據歸檔操作方式如下：

①為每個數據歸檔創建一個符號表，每張表均包含與數據歸檔域名相同的符號名用于定義儲存當前數據歸檔所需V 存儲區地址；包含用于標識每個數據歸檔的符號常數，為每條數據歸檔記錄創建數據塊標簽，對每一個數據歸檔域分配V存儲器地址，數據歸檔配置如圖4所示。

圖4 數據歸檔配置

②勾選“使每條記錄包括一個時間戳記”和“使每條記錄包括一個日期戳記”選項，在“存儲在存儲卡中的數據記錄的最大數目”選項中設置最大數量需求，確保每條數據歸檔記錄中包含時間標簽、日期標簽，數據能留存至少半個月時間。

③單擊“域名”單元格，錄入域名，單擊“數據類型”單元格，從下拉列表中選擇“數據類型”［7］。

④數據歸檔分配存儲區，在“建議地址”選項中創建一個V 存儲區地址，一條數據歸檔記錄在被寫入存儲卡之前，存儲在這個存儲區地址中，選擇數據歸檔向導推薦的尚未使用的V存儲區。

⑤在“項目組件”中選擇子程“DAT0_WRITE”選項，生成一個DAT0_WRITE 子程序，將指定的數據歸檔記錄從V 存儲區記錄到存儲卡中，每執行一條“DAT0_WRITE”指令，會在存儲卡數據歸檔中記錄一條新的數據記錄，數據歸檔項目組件如圖5所示。

圖5 數據歸檔項目組件

3 PLC程序設計

S7-200 型PLC 資源管理器輸入端子I0.0、I0.1、I0.2、I0.3 分別為“開門”、“關門”、“關閉且鎖緊”和“互鎖解除”4 個指令信息輸入端子，各使用一個計時器來濾除尖峰脈沖，計時器設置為1秒，采集站臺門執行每個開、關循環周期3 樣指令信息數據即“011、100、010”，011 表示“開門”指令信息為低電平，“關門”指令信息為高電平，“關閉且鎖緊”指令信息為高電平；100 表示“開門”指令信息為高電平，“關門”指令信息為低電平，“關閉且鎖緊”指令信息為低電平；010 表示“開門”指令信息為低電平，“關門”指令信息為高電平，“關閉且鎖緊”指令信息為低電平。使用T37 計時器消除“開門”指令信息和“開門”指令信息電平上升沿與下降沿不同步問題，設置時間為1秒，避免重復采集，增加存儲數據數量［8］。4個指令信息經過兩級延時后，每個開、關循環周期由原來10余行周期記錄數據減小為3行周期記錄數據即“011、100、010”，程序設計梯形圖如圖6所示。

圖6 PLC梯形圖設計

4 數據的加載調用

當站臺門系統發生故障，故障分析需要調閱根據“日期戳”和“時間戳”記錄的相關數據時，使用多主站電纜將S7-200 型PLC 資源管理器與計算機接口（MPI）連接，打開資源管理器，將數據下載至計算機，通過EXCEL 加載數據信息，查看4個指令信息，UA代表“開門”指令、UB代表“關門”指令、UC代表“關閉且鎖緊”指令，其中信息記錄中的“1”表示變量為DC24V高電平，“0”表示變量為DC24V低電平，加載數據信息如圖7所示。

圖7 EXCEL中加載的數據信息

5 結論

西屋站臺系統接口信息記錄裝置組裝上電調試后，在西屋站臺門樣機進行模擬測試，對樣機門“開門”、“關門”、“關閉且鎖緊”和“互鎖解除”4 個指令信息實時記錄，指令信息準確率100%，日期準確率100%，時間準確率90%，裝置滿足設計要求，運行可靠穩定，使用效果好，可推廣至路網其它地鐵線路應用，為設備智能維保提供數據支持。