基于PLC和力控的地鐵屏蔽門系統設計

趙丹

（江蘇聯合職業技術學院南京分院 電氣工程系，江蘇南京，210019）

地鐵作為城市交通工具，其主要功能是減輕地面交通的壓力，具有方便、快捷、準時的特點，因此具有一定的客流吸引力。地鐵屏蔽門是環繞地鐵站臺邊沿設置的局部開關可控的連續屏障，它將隧道行車區間與乘客候車站臺分隔開來，在列車到達和出發時可自動開啟和關閉，為乘客營造了一個安全、舒適的候車環境。地鐵屏蔽門是一套復雜的分布式參數控制系統，由于其控制的活動門數量較多，且開關門動作較頻繁，所以對控制系統的要求也比較高。

1 系統整體結構及思路設計

針對列車和乘客的安全和能耗問題，依托站臺建立屏蔽門，并通過主控機建立相關系統來解決乘客安全的上下列車和減少相關的人力使用。使得屏蔽門能夠自動地執行開關門的操作。同時，其中的監視系統能將各個屏蔽門的運行信息發送到相關的監控點，用于人機交流、軟件升級、門參數修改和數據記錄等。

通過使用可編程控制器PLC控制各種光電開關、限位開關等開關量接點。并在每個活動門內都安置一個門控器來控制電機正反轉，進而來控制活動門的左右移動。安裝指示燈和蜂鳴器，用于顯示屏蔽門的開關門狀態和故障，并能在緊急狀態下用設置的緊急按鈕對屏蔽門直接進行操控。

單扇屏蔽門布局結構示意圖如圖1所示，其中包含了幾個不同的模組。主體是由2個單獨的活動門組成一扇屏蔽門，每一個活動門都由單獨的電機來控制其動作。

圖1 屏蔽門結構圖

屏蔽門上的各個活動門上都配有一個單獨的電機來控制屏蔽門的左右移動。通過控制活動門上電機的正反轉來控制各個屏蔽門的打開或關閉。當1號三相電機M1正轉2號三相電機M2反轉，此時1號活動門左移，2號活動門右移，屏蔽門將打開，當1號三相電機M1反轉2號三相電機M2正轉，此時1號活動門右移，2號活動門左移，屏蔽門將關閉。通過PLC控制電機的正反轉來實現屏蔽門的打開和關閉，當障礙物檢測模塊檢測到障礙物時則執行開門動作，當屏蔽門故障時則通過設置的停止按鈕切斷該屏蔽門的通訊，且其他屏蔽門不受影響，以方便其檢測維修。

2 系統硬件設計

■ 2.1 系統設計

屏蔽門控制系統設計如圖2所示。

圖2 屏蔽門控制系統設計圖

該屏蔽門控制系統有PLC作為主控設備，將限位開關和障礙檢測模塊的信號傳遞給PLC，之后由PLC給出的輸出信號到電機和峰峰器以及指示燈，電機控制屏蔽門的開門或關門動作，蜂鳴器主要是提醒開門動作或關門動作正在進行，指示燈分別表示開門動作或關門動作的不同階段的狀態。

■2.2 PLC接線圖

電氣原理圖如圖3所示。其中SB為按鈕，KM為線圈，且各個電機的正反轉形成互鎖。I0 3~I2 6為開關門限位開關信號的輸入地址和避障檢測信號的輸入地址，Q3 0~Q5 3的信號輸出到指示燈，Q6 0~Q6 3的信號輸出到蜂鳴器。

圖3 PLC接線圖

3 系統軟件設計

■ 3.1 程序流程圖

屏蔽門運行流程圖如圖4所示。當列車到站時，由人按下開門按鈕，此時判斷開門是否到位，沒開好則指示燈亮紅燈蜂鳴器鳴叫。門完全打開時，指示燈綠燈亮，蜂鳴器停止鳴叫，乘客上下車。當乘客上車完畢后，由人按下關門按鈕，此時屏蔽門障礙檢測模塊檢測是否有障礙物，有障礙物則執行開門操作，無障礙物則判斷關門是否到位，沒關好則指示燈亮紅燈蜂鳴器鳴叫，關好則紅燈熄滅蜂鳴器停止鳴叫那列車允許離站。

圖4 正弦波總諧波失真

圖4 屏蔽門運行流程圖

■3.2 I/O地址分配表

I/O地址分配表如表1所示。

表1 I/O地址分配表

■ 3.3 PLC 梯形圖

當開門按鈕按下，各電機開門中間繼電器得電，各活動門執行開門操作。當各活動門碰到各開門限位開關時，活動門則停止開門動作。

從梯形圖中能夠看出，緊急停止按鈕為最高優先級，當發生緊急情況時按下該按鈕可切斷各個信號的傳遞。第二優先級控制為各扇門的單獨控制，為此設置了各扇門的停止按鈕，方便單扇門的維修及其他情況的處理。

圖5 開門動作梯形

當關門按鈕按下，1號電機關門反轉中間繼電器和2號電機關門正轉中間繼電器得電，一號門執行關門操作；3號電機關門反轉中間繼電器和4號電機關門正轉中間繼電器得電，二號門執行關門操作；5號電機關門反轉中間繼電器和6號電機關門正轉中間繼電器得電，三號門執行關門操作；7號電機關門反轉中間繼電器和8號電機關門正轉中間繼電器得電，四號門執行關門操作。當1號電機關門右限位開關和2號電機關門左限位開關得到信號時，1號電機關門反轉中間繼電器和2號電機關門正轉中間繼電器失電，一號門停止關門操作，此時一號門完成關門；3號電機關門右限位開關和4號電機關門左限位開關得到信號時，3號電機關門反轉中間繼電器和4號電機關門正轉中間繼電器失電，二號門停止關門操作，此時二號門完成開門；5號電機關門右限位開關和6號電機關門左限位開關得到信號時，5號電機關門反轉中間繼電器和6號電機關門正轉中間繼電器失電，三號門停止關門操作，此時三號門完成開門；7號電機關門右限位開關和8號電機關門左限位開關得到信號時，7號電機關門反轉中間繼電器和8號電機關門正轉中間繼電器失電，四號門停止關門操作，此時四號門完成開關門。

圖6 關門動作梯形圖

從圖中可以看出，各個電機的正反轉都各自形成自鎖，且開門動作與關門動作的各個電機的正轉和反轉都相互形成互鎖。這樣可以避免電路短路，從而保護電路。

■3.4 力控監控系統設計

考慮到力控組態軟件具有開放性好、適應性強、開發周期短、經濟等優點，本設計采用力控軟件。

圖7 開門組態畫面

當開門按鈕按下時，各電機正反轉實行開門操作，指示燈紅燈亮蜂鳴器鳴叫，總狀態指示燈紅燈亮。當各個開門限位開關被碰到時，則開門完成。指示燈綠燈亮蜂鳴器停止動作。總狀態指示燈綠燈亮。

圖8 關門完成組態畫面

圖9 遇障組態畫面

當關門按鈕按下時，各電機正反轉實行關門操作，指示燈紅燈亮蜂鳴器鳴叫，總狀態指示燈紅燈亮。當各個關門限位開關被碰到時，則關門完成。指示燈綠燈亮蜂鳴器停止動作。總狀態指示燈綠燈亮。

如圖10所示，關門操作時，1號門檢測到障礙物，則1號門實行開門操作。當障礙清除后則繼續執行關門操作。

圖10 單扇門停止運行時組態畫面

當1號門停止按鈕按下，則1號門切斷與主回路的聯系，且不影響其他門的正常運行。該情況主要用于單扇門事故或故障。當發生緊急情況時，按下緊急停止按鈕。則屏蔽門系統停止運行，此時只能手動操作各屏蔽門。

4 結語

本論文所設計的地鐵屏蔽門控制系統不僅能實現自動開關門的基礎操作，還能檢測障礙物防止乘客被夾傷，同時還有緊急停止按鈕應對緊急的突發情況，以及設置了單扇屏蔽門的停止按鈕幫助解決個別問題以及故障維修，同時指示燈和蜂鳴器能對乘客和工作人員對當前屏蔽門的工作狀態給予提醒，理論上滿足了地鐵屏蔽門作為保障乘客候車安全作用，同時也給乘客帶來了較為舒服的候車環境，例如隔絕了絕大多數噪音等等。