摘要：近幾年越來(lái)越多的城市開通了地鐵，為了避免地鐵運(yùn)營(yíng)過程中的安全隱患，此次研究設(shè)計(jì)了一個(gè)地鐵站臺(tái)門設(shè)備中門鎖安全回路的智能優(yōu)化方案。改進(jìn)方案的核心是對(duì)屏蔽門門鎖的安全回路的開關(guān)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以在單點(diǎn)故障發(fā)生時(shí)保證其他部分的正常工作，從而提高整個(gè)電路抗單點(diǎn)故障的能力。實(shí)例分析結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化的列車因屏蔽門告警異常運(yùn)行的情況有了顯著的改善，并且單個(gè)故障的影響范圍也得到了合理的控制。通過對(duì)地鐵站臺(tái)門設(shè)備中的門鎖安全回路進(jìn)行智能優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以有效降低安全隱患，并且便于檢修和維護(hù)。此次研究成果對(duì)于地鐵運(yùn)營(yíng)的安全性和效率都具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：屏蔽門設(shè)計(jì)智能優(yōu)化冗余設(shè)計(jì)地鐵運(yùn)營(yíng)

中圖分類號(hào)：U231.8

DesignoftheIntelligentOptimizationSchemefortheSafetyCircuitofDoorLocksinSubwayPlatformDoorEquipment

LUOJinhui

TongfangTechonovatorInternationalTechnology（Beijing）Co.，Ltd.，Beijing，100083China

Abstract：Inrecentyears，moreandmorecitieshaveopenedsubways.Inordertoavoidsafetyhazardsduringsubwayoperation，thisstudydesignsanintelligentoptimizationschemeforthesafetycircuitofdoorlocksinsubwayplatformdoorequipment.Thecoreoftheimprovementschemeistoadjusttheswitchcircuitstructureofthesafetycircuitofsafetydoorlocks，inordertoensurethenormaloperationofotherpartsintheeventofasinglepointoffaults，andthenimprovetheabilityoftheentirecircuittoresistthesinglepointoffaults.Exampleanalysisresultsshowthattheoptimizedtrainhassignificantlyimproveditsabnormaloperationduetosafteydooralarms，andthattheimpactrangeofthesinglepointoffaultshasalsobeenreasonablycontrolled.Thedesignoftheintelligentoptimizationofthesafetycircuitofdoorlocksinsubwayplatformdoorequipmentcaneffectivelyreducesafetyhazardsandfacilitatemaintenanceandrepair.Theresultsofthisstudyareofgreatsignificanceforthesafetyandefficiencyofsubwayoperation.

KeyWords：Safetydoordesign;Intelligentoptimization;Redundancydesign;Subwayoperation

地鐵作為主要的公共交通方式之一，能夠?yàn)槌丝吞峁┛焖?、安全的交通服?wù)[1]。部分城市還在不斷地?cái)U(kuò)展地鐵網(wǎng)絡(luò)，使得乘坐地鐵的人數(shù)逐年上升。隨著地鐵客流數(shù)的增加，地鐵系統(tǒng)的壓力也在逐漸增大[2]。站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)是地鐵運(yùn)營(yíng)中不可或缺的部分，不僅保障著乘客的安全，還與列車到站信號(hào)緊密相連，一旦發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)整個(gè)地鐵系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響[3-4]。因此，站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是地鐵運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵，必須得到有效維護(hù)，以確保乘客的安全和地鐵的順暢運(yùn)營(yíng)。站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)主要由機(jī)械門設(shè)備、配套電源和控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成[5-6]。其中，控制系統(tǒng)站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)的核心，通過接收和處理列車到站信號(hào)，來(lái)控制屏蔽門的開啟和關(guān)閉[7]。只有保障控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，才能保證站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)的整體安全性和有效性。由此，此次研究針對(duì)站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和門鎖安全回路進(jìn)行優(yōu)化，從而提高屏蔽門系統(tǒng)的抗故障能力。

1站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)和門鎖安全回路優(yōu)化

1.1站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)控制電路分析與優(yōu)化

目前地鐵站臺(tái)門常用的是屏蔽門，它包括中央控制器、上下行故障監(jiān)視器、動(dòng)態(tài)傳感器以及各類控制指令?？刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)接收并處理來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)，并及時(shí)發(fā)送屏蔽門的控制指令[8]。在對(duì)站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行分析的過程中，此次研究發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)常見的弊端。首先，市面上常見的屏蔽門控制系統(tǒng)存在監(jiān)視器與控制器集成在同一塊電路板上的問題。監(jiān)視器中包含大量感電元器件，一旦發(fā)生故障，就會(huì)影響控制器的正常工作。從而影響站臺(tái)門的開啟或關(guān)閉，對(duì)乘客的人身安全構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。其次，上下行監(jiān)視器的各個(gè)元器件并未進(jìn)行預(yù)留和備份的設(shè)計(jì)。因此單個(gè)元器件的損壞或故障，都會(huì)對(duì)整個(gè)監(jiān)視器的運(yùn)行產(chǎn)生影響。這種設(shè)計(jì)上的不足使得監(jiān)視器在面臨故障時(shí)沒有備用元器件可供替換，導(dǎo)致站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅[9]。

針對(duì)上述缺陷，此次研究將控制器與上下行監(jiān)控器各元件集成在多塊電路板上。這意味著，即使某個(gè)元器件出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，有效地降低了單個(gè)元器件損壞的影響范圍，從而提高了屏蔽門系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[10]。而無(wú)冗余設(shè)計(jì)的缺陷改進(jìn)則是通過增加備份模塊實(shí)現(xiàn)。此次研究在分離控制電路板和監(jiān)視電路板的基礎(chǔ)上，為控制電路板與監(jiān)視電路板均增加了一套備份模塊。這套備份模塊不僅與主模塊性能相同，內(nèi)嵌驅(qū)動(dòng)代碼也保持一致，確保了主模塊出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)功能可以迅速切換到備份模塊中，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。該方案在不增加系統(tǒng)復(fù)雜性的情況下，有效地提高了系統(tǒng)的抗故障能力，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。該優(yōu)化方案的提出，有效地解決了地鐵站臺(tái)門單點(diǎn)故障所帶來(lái)的影響，同時(shí)保證了站臺(tái)屏蔽門在使用過程中的高度可靠性。為了更大程度確保地鐵站臺(tái)門系統(tǒng)的安全性和可靠性，此次研究仍需進(jìn)一步探討，以尋找更為有效的解決方案。

1.2屏蔽門門鎖安全回路的分析與優(yōu)化

生活中常用的屏蔽門門鎖安全回路由一臺(tái)UPS電源、多個(gè)串聯(lián)的滑動(dòng)開關(guān)檢測(cè)觸點(diǎn)、連接線纜以及接線端子組成。UPS電源為整個(gè)回路提供穩(wěn)定的電力支持。UPS電源具有不間斷供電的功能，即使在斷電的情況下，也能夠繼續(xù)為回路提供電源。多個(gè)串聯(lián)的滑動(dòng)開關(guān)檢測(cè)觸點(diǎn)可以檢測(cè)屏蔽門的開關(guān)狀態(tài)，確保只有在屏蔽門關(guān)閉的情況下才能啟動(dòng)回路，以避免因屏蔽門未關(guān)閉而造成的安全隱患。接線端子則是用來(lái)連接電源和滑動(dòng)開關(guān)檢測(cè)觸點(diǎn)的接口，使得電流能夠流通，其起著傳輸電能和信號(hào)的作用，確保回路中的各個(gè)組件能夠正常工作。常用的屏蔽門門鎖安全回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1中，關(guān)閉檢測(cè)觸點(diǎn)形成獨(dú)立回路，電磁感應(yīng)使繼電器閉合，控制系統(tǒng)判斷門關(guān)閉。但串聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)抗單點(diǎn)故障能力差，任一觸點(diǎn)故障都斷開回路，影響列車行駛。為了解決這個(gè)問題，研究對(duì)地鐵站臺(tái)屏蔽門的門鎖安全回路進(jìn)行了優(yōu)化。研究在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，并聯(lián)接入相應(yīng)的關(guān)閉檢測(cè)觸點(diǎn)，而繼電器保留串聯(lián)接入方式。改進(jìn)后的安全回路在發(fā)生單個(gè)檢測(cè)開關(guān)故障時(shí)，仍能保持屏蔽門與控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸。即使一個(gè)開關(guān)故障，其他并聯(lián)開關(guān)仍可正常工作。這樣一來(lái)，維護(hù)和更換故障開關(guān)可在列車正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，減少地鐵運(yùn)營(yíng)的影響。此外，改進(jìn)后的控制系統(tǒng)通過繼電器和UPS電源的狀態(tài)能迅速確定故障門位置。當(dāng)單個(gè)門未能正常關(guān)閉時(shí)，控制系統(tǒng)可快速確定故障門位置。這有助于維護(hù)人員快速解決問題，提高后期維護(hù)效率。

2實(shí)例分析

此次研究模擬了列車進(jìn)站和出站的場(chǎng)景，詳細(xì)地考察了屏蔽門系統(tǒng)單點(diǎn)故障情況下，告警反饋以及列車運(yùn)行是否正常的各種情況。為了描述列車運(yùn)行是否正常，研究采用了列車準(zhǔn)點(diǎn)率作為判斷指標(biāo)，以評(píng)估故障對(duì)列車運(yùn)營(yíng)的影響。

（1）當(dāng)列車進(jìn)站或出站時(shí)，未經(jīng)優(yōu)化的屏蔽門系統(tǒng)中的單個(gè)監(jiān)控PCB板發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)錯(cuò)誤地發(fā)出告警信號(hào)，導(dǎo)致所有站臺(tái)屏蔽門無(wú)法正常開啟。這將嚴(yán)重影響列車的正常運(yùn)行。然而，通過優(yōu)化后的屏蔽門系統(tǒng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，備份監(jiān)控PCB板會(huì)立即啟用，從而避免將告警信息傳遞給控制PCB板。這樣一來(lái)，所有站臺(tái)的屏蔽門能夠正常開啟和關(guān)閉，列車的運(yùn)行不會(huì)受到任何影響。（2）在優(yōu)化前的屏蔽門系統(tǒng)中，單個(gè)檢測(cè)觸點(diǎn)故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)回路無(wú)法連通，影響整排屏蔽門的開關(guān)，從而使列車無(wú)法正常行駛。經(jīng)過優(yōu)化后的系統(tǒng)采用混聯(lián)電路設(shè)計(jì)，單個(gè)觸點(diǎn)故障僅影響一小部分門的開關(guān)，減少了影響范圍，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。（3）在未經(jīng)優(yōu)化的屏蔽門系統(tǒng)中，當(dāng)存在單個(gè)繼電器故障時(shí)，控制器無(wú)法接收到繼電器的狀態(tài)信息，因此會(huì)誤判為門鎖安全回路故障。然而，在經(jīng)過優(yōu)化后的屏蔽門系統(tǒng)中，控制器不會(huì)因?yàn)殚T鎖安全回路斷路而無(wú)法接收所有繼電器的信息。相反，控制器能夠準(zhǔn)確判斷出出現(xiàn)故障的繼電器的位置。

從實(shí)例分析結(jié)果可以看出，經(jīng)過優(yōu)化的列車因屏蔽門告警異常運(yùn)行的情況有了顯著的改善，并且屏蔽門系統(tǒng)中的單個(gè)故障對(duì)其影響范圍也得到了合理的控制。

3結(jié)語(yǔ)

地鐵站臺(tái)屏蔽門的產(chǎn)生是為了更好地保護(hù)乘客人身安全，但目前常用的站臺(tái)屏蔽門還存在電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗單點(diǎn)故障能力差的缺陷，鑒于上述缺陷，此次研究對(duì)地鐵站臺(tái)屏蔽門電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。通過對(duì)應(yīng)用效果的分析結(jié)果可以看出，優(yōu)化后的屏蔽門電路結(jié)構(gòu)，單點(diǎn)故障只會(huì)影響到局部區(qū)域，其他區(qū)域的屏蔽門仍能正常運(yùn)行。這一改進(jìn)大大減少了故障的影響范圍，有效地提高了地鐵站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此次研究的改進(jìn)對(duì)地鐵的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)有著積極的影響。通過優(yōu)化屏蔽門的電路結(jié)構(gòu)，減少了由于屏蔽門故障造成的列車停運(yùn)現(xiàn)象，為地鐵系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化提供了有益的經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)。

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