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轨道交通车站站台门核心电气设备分析

所属栏目:交通运输论文 发布日期:2021-07-16 09:44 热度:

   城市轨道交通车站站台门设备主要由站台门体机械系统、控制系统及电源系统三部分构成。控制系统作为站台门设备的关键技术,对站台门系统运行的稳定性、可靠性起着极其重要的作用。本文通过对轨道交通车站站台门核心电气设备的分析和对比,提出若干合理化建议。

轨道交通车站站台门核心电气设备分析

  1城市轨道交通车站站台门核心电气设备组成

  站台门控制系统作为站台门设备的核心,主要由中央控制单元(PEDC)、站台端头控制盘(PSL)、车站综合控制盘(IBP)、站台滑动门门机控制器(DCU)及执行电机、电磁锁、工控机(内含监视系统)(MMS)、输入/输出模块、声光报警装置和现场冗余总线网络等构成,完成对整个车站站台门的实时控制与监视。站台门控制系统接收来自信号系统(SIG)的开关门指令,反馈给SIG关闭锁紧信息,并将所有的实时监控信息上传至其上位机(主控系统)。

  1.1站台门电气设备

  1.1.1传动系统该系统由电机、减速器、传动轮、及皮带组成,驱动电机采用中置方式,位于门机梁中部,减速器将电机旋转的方向转向90度。两个主动轮直接固定在减速器输出轴上,通过同步齿形皮带和从动轮连接,滑动门挂在同步齿形带上,由同步齿形带(传动皮带)带动滑动门作同步运动。1.1.2电机及减速器电机采用德国进口德恩科直流无刷电机BG65×75(42V),额定功率189W,额定转矩0.4N·m,电机选型主要考虑的因素除了电机的参数外,还应重点参考滑动门打开时的运行阻力,除了包括滑动门重力在运行导轨上的阻力外,还包括水平方向风荷载下,门槛与滑动门导靴的阻力,导轨和挂轮的阻力。减速器选用AlcatelDunkermotoren公司与电机配套的涡轮涡杆式SG80减速器,减速比为10∶1。电机输出轴连接减速器输入轴,带齿滑轮装配在减速器输出轴上,将电机旋转的方向转向90度。主动轮直接固定在减速器输出轴上,通过同步齿形皮带和从动轮连接,滑动门挂在传动皮带上,由传动皮带带动滑动门作同步运动。1.1.3皮带传动皮带采用重载圆形齿皮带,采用耐磨、阻燃、低烟、无毒材料,抗拉体强度高,受载后变形小,能保持齿的节距不变,传动比准确,传动平稳,速度快,噪音小,不需润滑,清洁维护简单,结构紧凑,张紧力和压轴力小,耐摩擦,效率高达98%~99%,并具有皮带张紧力的调节功能,以消除皮带打滑的隐患。传动系统示意见图1。

  1.2控制系统

  1.2.1中央控制单元(PEDC)每个车站配置两套逻辑控制单元,每套均配置与信号系统的接口、与就地控制盘(PSL)的接口、与车站控制室IBP盘接口的继电器组。接口设备相互独立,设备不能互用,在接收到SIG传来的开/关门的关键命令后,正确地控制相应门单元进行动作。PEDC控制板为控制车站一侧站台所有DCU的核心部件,外部接口指令都通过硬线连接到PEDC板卡,根据接口指令的优先级,PEDC发送命令到ASD。PSC柜内安装有2块PEDC板卡,分别对应上行方向和下行方向的PSD。每块PEDC板卡设有冗余控制芯片(CPLD),所有输入和输出都同时连接到两个CPLD。当主CPLD工作正常时,输出由其逻辑输出驱动,从机CPLD处于待机状态,;如果主机与从机的通信停止,从机CPLD将会被激活,外部输出由从机CPLD驱动。PEDC输出继电器采用德国进口的Hengstler安全继电器H-480,机械寿命可达1000万次。值得一提的是为了满足在PEDC故障以后,IBP能应急操作上、下行滑动门,还在PSC柜里单独搭建了一套继电器组来实现此功能,增加了PEDC的可靠性。1.2.2门机控制器(DCU)DCU是现场门控单元,执行来自远端和就地的控制命令,并将收集来的门单元信息发送给PSC;同时,DCU也是滑动门电机的监控装置,每个滑动门单元均配置一个DCU。DCU由CPU、存储单元、驱动控制单元及相关软件等组成,DCU的微处理器采用arm架构的STM32芯片,微处理器根据门的位置,按照设定的速度曲线发出脉宽调制信号,通过IGBT以脉宽调制(PWM)方式控制电机的电流,克服滑动门运动时产生的摩擦力及惯性力而带动滑动门开门/关门。DCU内存储了一条开门速度曲线和一条关门速度曲线,将按照开门/关门速度曲线对电机进行速度控制。1.2.3就地控制盒(LCB)LCB是安装在滑动门附近用于就地控制滑动门的就地控制装置,用来单独对本道滑动门进行开关门操作。LCB安装在滑动门门楣下方,方便工作人员操作。LCB设“自动、手动关、手动开、隔离”4位钥匙开关,钥匙从“自动”位顺时针旋转45°为“手动关”位,再顺时针旋转45°为“手动开”位;从“手动开”不能直接旋转至“隔离”位;从“自动”位逆时针旋转45°为“隔离”位,钥匙可在任意位置拔出。1.2.4电磁锁电磁锁是站台门系统最重要的部件之一,往往决定了站台门系统的可靠性和稳定性。电磁锁由锁机构、电磁铁、行程开关组成,电磁锁由锁轴带动锁机构上下往复运动完成锁闭与解锁动作。锁机构与电磁铁的锁轴联动,锁机构与滑动门上的锁钩配合完成门体机械上的锁闭和解锁动作。它与滑动门锁钩配套有专门的触发机构,在关门状态下可触发门体关闭行程开关的滚轮动作,行程开关用于检测滑动门的锁闭与解锁位置,锁机构下方有锁片,依靠锁机构的重力触发电磁锁落锁行程开关。电动开门/关门时电磁锁的工作原理:1)门控器DCU接收到开门命令,经逻辑单元处理后,驱动电磁锁的电磁铁锁轴动作,锁轴带动锁钩动作,锁机构提升触发行程开关,行程开关向DCU发送解锁信号,锁机构随电磁铁提起后,滑动门不再受电磁锁的约束,滑动门在电机驱动下完成开门动作,与此同时锁机构在提起后的1s后,会自动释放,依靠重力自由下落,压实行程开关,整个开门周期完成;2)门控器DCU接收到关门命令,DCU驱动电机旋转,皮带动作,皮带牵引滑动门完成关门动作,DCU收到关门命令后同时也会驱动电磁铁吸起锁轴,滑动门运动到门关闭位置,关门到位行程开关触发,并向DCU发出关门到位信号,DCU控制电磁锁的电磁铁线圈断电,依靠锁轴和锁机构的重力作用触发行程开关,发出锁闭信号,整个关门周期完成。1.2.5手动解锁装置手动解锁装置是该系统的一大特点,由手动解锁机构和触发开关组成。手动解锁机构隐藏在滑动门门框内,用于紧急时的门体解锁。手动解锁原理:紧急情况下乘客可在轨道侧扳动解锁把手,带动锁杆锁舌运动,顶开电磁锁图1传动系统示意图毛夏川:轨道交通车站站台门核心电气设备分析锁钩,解锁滑动门,切断安全回路。为了将正常的电磁锁不落锁故障与手动解锁故障区分开,特意在解锁机构内配置了行程开关,用于检测解锁机构是否动作。当解锁把手动作时,带动行程开关动作,安全回路断开并将触发信号发送至DCU,实现手动解锁故障监测。大多数厂家的手动解锁机构仅设置在左滑动门上,板动右门把手是不能实现紧急解锁操作的。为此,考虑到紧急情况下乘客不易辨别有效的解锁把手,在左、右滑动门上均设置了一套滑动门手动解锁机构。

  2站台门设备分析

  2.1传动方式

  目前的站台门传动方式有两种:一是蜗轮蜗杆式,二是皮带轮传动。皮带轮传动比较广泛。大多数的传动系统电机都位于门机梁右部,1个驱动轮,1个从动轮,1条通长的齿形皮带。本文阐述的传动系统有2个同轴驱动轮,2个从动轮,2条传动皮带。相对于1条皮带,长度减半,增大了皮带的张力,降低了皮带受关门遇阻的冲击后脱扣和打滑的概率。

  2.2电磁锁

  电磁锁采用拼装式设计,零件较多,组装复杂,在现场组装难度大,精度要求高,完成安装后还需要接入并调整好行程开关的位置。整个电磁锁的安装调整需要耗费大量人力。大多数厂家采用的是集成式电磁锁,锁壳内集成了电磁铁、锁轴、行程开关、接线端子等部件。这种集成式的电磁锁安装、接线方便,行程开关在工厂组装并测试完成。拼装式电磁锁唯一的优点是电磁锁故障后排查故障方便,可以针对故障零件进行更换,不必将整个电磁锁返厂维修,节约维修成本。

  2.3PEDC

  PEDC是整个控制系统的核心,每家系统都做冗余设计,只是每个厂家对冗余的理解不同,比如有的做了输出继电器冗余,却没做控制板卡冗余;有的是将上、下行的PEDC控制板卡互备冗余,继电器缺没冗余;还有的是将PEDC的三级控制(SIG/PSL/IBP)分开做成了3块板卡,这样来实现互不影响的冗余。该PEDC的冗余设计是做在了PEDC板卡上的芯片冗余,为了保证在整个PEDC故障以后,还能实现IBP的开关门操作,又用继电器组单独搭建了IBP的控制回路。这在一定程度上弥补了冗余功能的不足,但并未完全实现冗余。

  2.4DCU

  DCU采用STM32F407芯片,具有性能高、运算速度快、接口丰富、功耗低等优点,能在发生开、关门障碍的时候,通过预设电流阀值快速做出判断,发出障碍物指令,控制电机停转或反转。DCU有2路CAN总线接口,可直接将一侧的DCU和PEDC组成控制总线环网,与PEDC及相邻DCU通信,实现数据的上传与下载。DCU外壳采用不锈钢材质,专用穿线位置防水设计,电气接头均位于DCU外壳内,这种外壳和接线方式有效保护了DCU板卡及接头,减少了被水气氧化的概率。

  2.5手动解锁

  左右滑动门均设置了手动解锁装置,为只有一扇门把手能解锁的方案打上了补丁,应得到行业的认可和推广。手动解锁的行程开关是严谨的,只是行程开关的线束是活动的,在随着滑动门往复运动的过程中容易受损,损坏后会中断安全回路,影响行车,加之区分手动开门和电磁锁解锁的意义不是很大,建议取消这项锦上添花的功能。

  3结语

  站台门是集网络、机械和自动控制等技术于一体的机电设备,行业内的站台门产品模型都大同小异,但细节上的设计各有长短。通过对站台门核心系统的分析,结合施工现场安装情况和运营经验,为站台门核心系统的设计和优化提供一些思路与方向。

  作者:毛夏川

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文章标题:轨道交通车站站台门核心电气设备分析

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