轨道交通车站站台门核心电气设备探析

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摘要：轨道交通车站站台门是集网络、机械和自动控制等技术于一体的机电设备。介绍了轨道交通车站站台门核心电气设备的操作原理，分析了站台门核心电气设备的技术性能，重点阐述了站台门核心电气设备中的PEDC、电磁锁及手解锁技术，为后期该设备更新和优化提供了解决思路与方向。

关键词：轨道交通;车站;站台门;电气设备;传动装置;电磁锁;手解锁

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。

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 单位:成都轨道建设管理有限公司