沈惠鑫，董守放

（1.上海地鐵第一運營有限公司設(shè)施部，上海,200000;2.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海,200000）

軌道交通車站出入口控制系統(tǒng)分析與集成

沈惠鑫1，董守放2

（1.上海地鐵第一運營有限公司設(shè)施部，上海,200000;2.上海工程技術(shù)大學(xué)，上海,200000）

根據(jù)上海軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的背景，對上海軌道交通車站卷簾門集中控制提出功能分析和初步方案。創(chuàng)新設(shè)計車站卷簾門智能控制系統(tǒng)，能提供視頻監(jiān)視、語音報警及遠(yuǎn)程控制等管理功能，確保乘客人身安全和設(shè)備安全運行，以滿足上海軌道交通適應(yīng)超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對車站機電設(shè)備自動化管理的需求。

出入口控制系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)集成

0 引言

城市軌道交通具有快速、大運量、人均能耗低等特點，隨著城市的發(fā)展軌道交通成為治理交通擁堵的重要途徑。聚焦上海軌道交通發(fā)展過程中的重點、難點問題，切實保障軌道交通正常運行已經(jīng)成為一個亟需解決的課題。經(jīng)調(diào)研車站卷簾門的監(jiān)控一直未并入設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)，車站對卷簾門操作控制均需由車站運營人員就地直接進(jìn)行操作，尤其是離車控室或服務(wù)中心較遠(yuǎn)導(dǎo)致開關(guān)門處置時間較長，并存在一定安全隱患且工作效率低下。

1 必要性分析

實現(xiàn)車站卷簾門集中智能控制，將常態(tài)情況下無人值守的車站卷簾門納入車站機電系統(tǒng)實施統(tǒng)一管理，提升安全管控等級，提升了車站運營效率?？傮w而言，可以體現(xiàn)在四個方面：

1.1 降低人工成本，適應(yīng)一崗多能要求

根據(jù)上海軌道交通未來發(fā)展目標(biāo)，實現(xiàn)從“數(shù)量增長”到“質(zhì)量提升”的轉(zhuǎn)型，就需要在設(shè)施設(shè)備方面給予大力的支持，由原始的人防提升為技防為主，人防兼顧的管理模式。

1.2 減少行車值班員工作強度

行車值班員作為車站最為重要的工作崗位，承擔(dān)了日常運營及應(yīng)急處置情況下的職責(zé)，原則上不能離開車控室至現(xiàn)場進(jìn)行操作。采用卷簾門集中控制，可以將業(yè)務(wù)集中在車控室內(nèi)處理，大大提高了工作效率。

以一座4個出入口的標(biāo)準(zhǔn)車站為例，工作人員在站廳層平面行走距離為450米，加上每個出入口行走距離以往返60米計算，總行走距離為，其中由上向下行走總距離。下表為統(tǒng)計的人員行走速度舉例表。

表1 不同人員不同狀態(tài)下行走速度舉例m/s

以女性工作人員正常狀態(tài)走行速度為測算依據(jù)，加上每扇卷簾門關(guān)閉或打開的行程時間以45秒計。

總行走時間為：T=T1+T2+T3

其中T1為水平行走時間，T2為從上向下行走時間，T3為卷簾門啟閉的時間。

T1=（690-80）/0.75=813s

T2=80/0.3=266s

T3=45*4=180s

T=813+266+180=1259s

1259s/60=20min

按標(biāo)準(zhǔn)車站4座出入口4扇卷簾門對比，單名女性工作人員開啟或關(guān)閉一次需要20分鐘左右，而使用車站卷簾門集中控制系統(tǒng)后，開啟4個出入口的總時間約為45秒，大大提高了工作效率。當(dāng)出入口數(shù)量多，并且出入口長度長時，所耗費的時將更長。

1.3 運用現(xiàn)代化技術(shù)完善車站日常管理

目前，車站日常卷簾門開閉工作均由工作人員至現(xiàn)場操作，耗時較長且工作效率低下。隨著新線不斷開通、與地塊結(jié)合開發(fā)等情況，車站出入口總數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。通過車站卷簾門集中控制系統(tǒng)，增加了智能化的控制策略，可設(shè)定開啟和關(guān)閉卷簾門的時間，在早上運營開始時自動開啟卷簾門，在晚上運營結(jié)束時自動關(guān)閉卷簾門。同時，也可以設(shè)置組合控制策略，不同線路的卷簾門可同時啟閉或分別啟閉，達(dá)到控制人流的功能。車站工作人員只需在服務(wù)中心通過視頻和反饋信號確認(rèn)開關(guān)動作是否完成，無需至現(xiàn)場操作，可大大節(jié)約人力資源。

1.4 應(yīng)急情況下高效處置要求

在故障情況下，一方面要有效對客流進(jìn)行疏導(dǎo)，另一方面要盡快處理故障，如果還需要人員至現(xiàn)場對卷簾門進(jìn)行操作，浪費了有限的人力資源，并增加故障影響時間，而采用遠(yuǎn)程監(jiān)控后，可以在故障處置的同時對卷簾門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在保障安全的同時提高了故障處置效率。

2 設(shè)計原則及功能實現(xiàn)

針對上海軌道交通車站實際情況，完整的新增一套設(shè)備需要對既有設(shè)施進(jìn)行改造，成本較大且實施性較低，因此，本研究提出基于既有車站操作系統(tǒng)進(jìn)行功能擴充和延伸，在保證安全的前提下，實現(xiàn)卷簾門視頻監(jiān)視、語音報警及遠(yuǎn)程控制等管理功能。

2.1 兼容原則

車站卷簾門集中控制系統(tǒng)可以完全融入車站既有操作系統(tǒng)，作為原車站EMCS（機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）系統(tǒng)的功能擴展，不再形成額外的獨立控制系統(tǒng)，保證了原車站操作系統(tǒng)高度完整性，避免項目實施后增加額外維保費用。

另在設(shè)備選型上可以完全貼合車站既有操作系統(tǒng)，便于設(shè)備采購和維護(hù)，避免由于備件不一，帶來新的委外內(nèi)容而發(fā)生不必要費用。

現(xiàn)地鐵EMCS均采用PLC（可編程序控制器）系統(tǒng)控制，車站卷簾門集中控制系統(tǒng)可采用與車站PLC相同品牌或型號的PLC，在與車站系統(tǒng)的集成上不需要額外的硬件和軟件成本，沒有系統(tǒng)集成的環(huán)節(jié)，可加快系統(tǒng)的建設(shè)的進(jìn)度周期。

2.2 安全原則

如何提高安全性的保護(hù)為另一重要原則，所有的遠(yuǎn)程控制，即無人值守時對設(shè)備的操作，必須建立在安全的基礎(chǔ)上，所以設(shè)計時必須確保乘客的人身安全和設(shè)備的安全，提供多方位保護(hù)，利用系統(tǒng)集成優(yōu)勢使安全系數(shù)大大提高，體現(xiàn)在以下四重防護(hù)。

（1）完善既有卷簾門的限位開關(guān)保護(hù)，為第一重防護(hù)。

（2）卷簾門下設(shè)置紅外對射接近開關(guān)，為第二重防護(hù)。

（3）增設(shè)碰撞探測，為第三重防護(hù)。

（4）增設(shè)語音提示，為第四重防護(hù)。

安全保護(hù)的策略可通過以上4重防護(hù)得到確保。以下通過實例場景描述，可判斷系統(tǒng)的安全可靠性通過4重防護(hù)已完全避免了意外的發(fā)生。

通過以上的場景描述可以認(rèn)為車站卷簾門集中控制系統(tǒng)的安全性是有充分保證的。

表2 實例場景

2.3 功能實現(xiàn)

（1）實現(xiàn)在車站既有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)上對車站出入口卷簾門進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。將車站卷簾門集中控制系統(tǒng)直接無縫連接于車站既有的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，同時并入圖控系統(tǒng)，包括合理規(guī)劃車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)籌管理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)PLC地址及程序變量、所有外部連接通過硬線可靠連接，而非通過任何通信協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，從而避免新增系統(tǒng)與既有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生無謂“縫隙”，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外也可方便對系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)。同時，在新增系統(tǒng)接入后，不影響原先在各出入口的現(xiàn)場手動控制。每套卷簾門設(shè)若干監(jiān)視點與控制點，詳細(xì)情況見下表。

表3 卷簾門監(jiān)視點與控制點表

將以上輸入及輸出點通過硬接點方式敷設(shè)電纜連接到系統(tǒng)中，通過對每個需要集中控制的卷簾門進(jìn)行接入到系統(tǒng)中，從而對系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。

（2）實現(xiàn)可在車站服務(wù)中心處（或車站控制室）對車站出入口的卷簾門進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。卷簾門控制操作盤（觸摸屏）的增設(shè)，也能同時滿足無縫接入既有的車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的要求。除了可實現(xiàn)應(yīng)急單點對某扇出入口卷簾門單點開啟和關(guān)閉控制要求外，也能作為其他功能控制要求的擴展，如模式控制、就地操作/遠(yuǎn)程控制允許等自動控制方面的要求，具體如下。

A.可以根據(jù)車站要求靈活設(shè)置模式控制要求，如運營模式、非運營模式、應(yīng)急模式等。

B.手動正常運營模式：一鍵開啟所有正常運行時應(yīng)該開啟的出入口卷簾門。

C.自動正常運營模式：根據(jù)運營時間表自動開啟所有正常運行時應(yīng)該開啟的出入口卷簾門。

D.手動非運營模式：一鍵關(guān)閉所有在非運營時間應(yīng)該關(guān)閉的出入口卷簾門。

E.自動非運營模式：根據(jù)運營時間表自動關(guān)閉所有在非運營時間應(yīng)該關(guān)閉的出入口卷簾門。

F.應(yīng)急模式：可以針對不同的應(yīng)急情況觸發(fā)不同的應(yīng)急模式，根據(jù)控制要求自動開啟或關(guān)閉某些出入口卷簾門。

車站卷簾門集中控制系統(tǒng)圖1如下所示。

圖1 車站卷簾門集中控制系統(tǒng)

3 工程實例

通過對10號線新江灣城站有4個設(shè)有卷簾門出入口進(jìn)行試點，驗證車站卷簾門集中控制系統(tǒng)的可行性。

圖2 10號線新江灣城站4個試點出入口

3.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)通過設(shè)置在新江灣城站服務(wù)中心的觸摸屏，并通過軟件開發(fā)定制了系統(tǒng)的人機界面。

車站卷簾門集中控制系統(tǒng)通過以上人機界面可以實現(xiàn)對出入口的卷簾門進(jìn)行如下功能控制。

◎手動下降控制

◎手動上升控制

◎卷簾門急?？刂?/p>

◎報警器停手動停止控制

◎并可以觀察到如下信息

◎卷簾門處于開啟狀態(tài)

◎卷簾門處于關(guān)閉狀態(tài)

◎紅外對射1處于報警狀態(tài)

◎紅外對射2處于報警狀態(tài)

◎碰撞探測器報警狀態(tài)

3.2 系統(tǒng)接入

首先將系統(tǒng)無縫接入車站既有EMSC系統(tǒng)，同時并入ISCS（綜合監(jiān)控系統(tǒng)）圖控系統(tǒng)，包括合理規(guī)劃車站EMSC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)籌管理EMCS系統(tǒng)PLC地址及程序變量、所有外部連接通過硬線可靠連接，而非通過任何通信協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，從而避免新增系統(tǒng)與既有EMCS系統(tǒng)產(chǎn)生無謂“縫隙”，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外也可方便今后對系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)。在新增系統(tǒng)接入后，不影響原先在各出入口的現(xiàn)場手動控制，如圖3所示。

3.3 操作盤

在車站服務(wù)中心處新增一臺觸摸屏，做為卷簾門控制操作盤。同時并入現(xiàn)有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的車站級網(wǎng)絡(luò)。

圖3 卷簾門現(xiàn)場操作開關(guān)

3.4 遠(yuǎn)程控制箱

在車站服務(wù)中心或車站設(shè)備房區(qū)，增加一個PLC遠(yuǎn)程控制箱，同時接入現(xiàn)有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的車站級網(wǎng)絡(luò)。

3.5 碰撞探測器

在每個卷簾門底部增加了碰撞探測器，當(dāng)卷簾門下降時，碰到任何阻礙物，將直接將卷簾門電機停止，加強對卷簾門安全控制。

3.6 紅外線對射探頭

在每個卷簾門離地1.5米處設(shè)置二對紅外線對射探頭2，除了卷簾門自身機械限位的保護(hù)裝置外，在遠(yuǎn)程控制時通過非機械方式限位保護(hù)作為額外保護(hù)之一，如紅外探測報警信號，作為卷簾門啟?？刂票Ｗo(hù)的依據(jù)，如有乘客在卷簾門下方時，將即刻自動取消遠(yuǎn)程控制命令，無須人為干預(yù)，保證在卷簾門關(guān)閉時對乘客的保護(hù)。

3.7 語音報警

在每個卷簾門側(cè)設(shè)置語音報警器3，即卷簾門動作時輸出語音報警，提示乘客注意安全。為了進(jìn)一步加強安全，在遠(yuǎn)程控制時，語音報警可實現(xiàn)兩個階段報警方式。

將要動作階段：在卷簾門動作前若干秒前，語音報警輸出“卷簾門將要關(guān)閉，請勿穿行出入口”；動作階段：語音報警輸出“卷簾門正在關(guān)閉，請注意安全”。

3.8 系統(tǒng)整合

將觸摸屏、碰撞探測器、紅外線對射探頭、語音報警器和卷簾門電機與PLC遠(yuǎn)程控制箱連接，通過編寫PLC程序，實現(xiàn)卷簾門自動化控制。系統(tǒng)整合圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)整合圖

4 結(jié)語

通過對10號線新江灣城站4個設(shè)有卷簾門出入口試點卷簾門集中控制，取得了一定的成功，表明該系統(tǒng)確實可以利用于軌道交通車站卷簾門控制。下一步需要進(jìn)一步分析應(yīng)用于除EMCS外其它車站操作系統(tǒng)的可行性，并進(jìn)一步擴展至其它目前由人工操作的車站機電設(shè)備從來體現(xiàn)“降本增效”和“智慧地鐵”的理念，為上海軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供助力。

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Rail Transit Station Entrance Control System Analysis and Integration

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(1.The Facilities Department First Operation Co., Ltd. of Shanghai Metro,Shanghai, 200000;2.Shanghai University of Engineering Science，Shanghai,200000)

According to the background of the development of very large scale network of Shanghai rail transit, the function analysis and the preliminary scheme for the centralized control of the rolling shutter door of Shanghai rail transit station is put forward Innovating design station rolling shutter doors intelligent control system can provide video surveillance, voice alarm and remote control management functions to ensure safety of the passenger and equipment to meet the requirements that the Shanghai rail transit adapts to the development of very large scale network for the mechanical and electrical equipment automation management in station

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