浅谈地铁屏蔽门控制系统
摘 要：
地铁屏蔽门系统对于我国大多数人来说还是很陌生的, 本文以广州地铁为例，阐述了地铁屏蔽门控制系统的构成和功能. 并对现场总线技术在其系统中的应用及屏蔽门系统与其他相关专业接口问题做了简明扼要的介绍。
关键词：
构成、功能、现场总线、接口、原理框图。
1、引言
地铁屏蔽门系统是一个典型的机电一体化产品, 其沿站台边缘布置，将车站站台与行车隧道区域隔离开，降低车站空调通风系统的运行能耗。同时减少了列车运行噪音和活塞风对车站的影响，防止人员跌落轨道产生意外事故，为乘客提供了舒适、安全的候车环境，提高了地铁的服务水平。在我国轨道交通建设中，广州地铁2号线是国内首次引入屏蔽门系统，并在实际应用中取得了良好的经济、社会效益的地铁线路。目前已建成的地铁线路有些正在筹备加装屏蔽门（或安全门）系统（如广州一号线），新建线路多数设计采用屏蔽门（或安全门）系统。
2、系统构成
屏蔽门控制系统主要由中央接口盘（PSC ）、就地控制盘（PSL ）、门控单元（DCU ）、通讯介质及通讯接口及外围设备等组成。中央接口盘(PSC)又由主监视系统（MMS ）、两个单元控制器（PEDC ）、接线端子、接口设备及控制配电回路组成。典型站配置一个中央接口盘（PSC ）、两个就地控制盘（PSL ）、每扇滑动门一个门控单元（DCU ）。
3、系统功能及实现
3.1、控制功能
屏蔽门控制系统具有系统级控制(SIG)、站台级控制（PSL ）、手动操作控制、火灾模式（IBP ）。其中以手动操作控制优先级最高，系统级最低。只有在执行完优先级的操作后，
才可以进行低级别的操作。
3.1.1、系统级控制(SIG)
系统级控制是在正常运行模式下由信号系统（SIG ）直接对屏蔽门进行控制的方式。在系统级控制方式下，列车到站并停在允许的误差范围内时（如：±300mm ），信号系统向屏蔽门每侧单元控制器（PEDC ）发送“长/短车开/关门”命令，单元控制器（PEDC ）通过门控单元（DCU ）对每扇滑动门进行实时控制，实现屏蔽门的系统级控制操作。单元控制器（PEDC ）与门控单元（DCU ）通过可靠的硬线连接。
3.1.2、站台级控制（PSL ）
站台级控制是由列车驾驶员或站务人员在站台的就地控制盘（PSL ）上对屏蔽门进行“开/关门”的控制方式。当系统级控制不能正常实现时，列车驾驶员或站务人员可在就地控制盘（PSL ）上通过“专用钥匙”及”开/关门按钮”对屏蔽门进行“开/关门”操作，实现屏蔽门的站台级控制操作。
3.1.3、手动操作控制
手动操作是由站台人员或乘客对屏蔽门进行的操作。当控制系统电源故障或个别屏蔽门操作机构发生故障时，站台工作人员可在站台侧用“专用钥匙”或乘客在轨道侧通过“开门把手”打开屏蔽门。并将相关状态信息上传。
3.1.4、火灾模式控制（IBP ）
在隧道/车站发生火灾时，为了配合车站环控系统执行火灾模式，屏蔽门系统必须接受控制，由车站工作人员通过在车站综合控制室的应急后备盘(IBP)上的按钮对屏蔽门系统进行紧急操作。所有连接采用硬线连接。
3.2、监视功能
主监视系统（MMS ）是中央接口盘（PSC ）核心部分，完成每侧屏蔽门单元相关信息的集成，其通过监视单元控制器（PEDC ）、门控单元(DCU)、电源系统和与主控系统（MCS ）及系统维修终端（SMT ）的通讯完成以下功能：
1） 收集PSC,PSL,IBP 以及屏蔽门电源的信息；
2） 通过内部屏蔽门网络收集全部DCU 信息；
3） 提供维修数据；
4） 允许对DCU 参数进行修改；
5） 允许下载新的DCU 软件；
6） 把屏蔽门数据通过光纤送到MCS ；
7） 屏蔽门故障警报储存，屏蔽门正常系统运行记录；
8） DCU 的自诊断数据传送到MMS ；
9） MMS 的储存采用硬盘。储存量满足信息储存要求；
10） 打印数据；
11） MMS 能储存DCU 的故障诊断信息；
12） MMS 从MCS 下载GPS 时钟。
3.2.1、单元控制器（PEDC ）
单元控制器（PEDC ）与主监视系统(MMS)之间的监测信号是通过可靠的硬线连接来实现的。每个单元控制器（PEDC ）将为主监视系统(MMS)的逻辑输入模块提供其操作状态（逻辑电平信号）。由主监视系统(MMS)监测屏蔽门系统的基本操作状态，如：来自信号系统(SIG)的“开长/短车门”和“关门”命令信号、来自站台就地控制盘(PSL) 的“PSL操作允许”信号、来自站台就地控制盘(PSL)的“互锁解除”信号、来自就地控制盘（PSL ）启动的“开长/短车门”命令及“关门”命令、来自IBP 盘上启动的“开门”命令及“关门”命令信号、“所有ASD/EED关闭且锁紧”信号等。
3.2.2、门控单元(DCU)
门控单元（DCU ）与主监视系统(MMS)之间的监视是通过使用通讯网络（现场总线）来实现的。每个门控单元（DCU ）在网络上都有一个唯一的地址，工程上，为了便于管理和标识，每个门控单元（DCU ）的地址可取决于门控单元（DCU ）在站台上的位置（上/下行线、门单元号）。由主监视系统（MMS ）监测门控单元（DCU ）的相关状态信息。
3.2.3、电源系统
主监视系统(MMS)与电源系统之间的监视是通过触点形式及总线方式来实现的，主监视系统（MMS ）与电源系统的监控模块通讯，采集、监视其电源装置的UPS 输出电压、电流，隔离变压器输出的电压、电流，蓄电池浮充电压、电流等信息。
3.2.4、与主控系统（MCS ）通讯
屏蔽门系统的重要故障信息、工作状态信息（如：）纳入主控系统集成范围，由主控系统集中实现对重要故障信息、工作状态信息的显示、报表、统计及打印功能。
3.2.5、与维修工具（SMT ）通讯
维修工具（SMT ）是屏蔽门系统日常维护、查询、修改系统参数的必备工具，实际上为一台装有系统软件的便携式笔记本电脑，其通过现场总线接口（或RJ45口）与主监视系统（MMS ）及门控单元（DCU ）通讯，完成对系统的日常维护、查询、参数修改等工作。
4、系统信息集成
4.1、概述
如前所述，屏蔽门控制系统必须完成控制和监视两项基本功能，门控单元（DCU ）完成每扇门的具体控制功能，而主监视系统（MMS ）完成整个车站所有门单元的相关信息集成, 并提供与主控系统接口的界面，完成屏蔽门系统的监视功能。在车站范围内，每个门控单元（DCU ）的检测到的对应滑动门的状态信息必须通过现场总线网络与主监视系统进行通讯；在整条地铁线路范围内，每个车站的主监视系统（MMS ）与主控系统通过以太网接口建立通讯。
鉴于现场总线技术的开放性、互可操作性与互用性、高度分散性及对现场环境适应性等特性，目前广泛应用于工业控制领域，并取得了良好的效果，在屏蔽门系统中主监视系统（MMS ）与门控单元（DCU ）的通讯网络就使用了现场总线技术，下面以广州地铁为例，简单介绍LonWorksâ现场总线及CANbus 现场总线。
4.2、LonWorksâ现场总线
LonWorks 现场总线技术，它是由美国Ecelon 公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从300bps 至15Mbps 不等，直接通信距离可达到2700m(78kbps，双绞线), 支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。
LonWorks 技术所采用的LonTalk 协议被封装在称之为Neuron 的芯片中并得以实现。集成芯片中有3个8位CPU; 一个用于完成开放互连模型中第 1～ 2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理 ; 第二个用于完成第3～6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等; 第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现CPU 之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。如Motorola 公司生产的神经元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM 和2KEEPROM 。
按照LonWorksâ标准网络变量来定义数据结构，也可以解决和不同厂家产品的互操作性问题，可以与其它按照LonMark 规范设计的产品容易地集成，用户不必为日后的维护和扩展费用担心。
屏蔽门系统中LonWorksâ总线拓扑为星型，传输介质为冗余屏蔽双绞线，每个门控单元（DCU ）作为一个节点挂在LonWorksâ总线上，并遵寻主监视系统（MMS ）为主，门控单元（DCU ）为从的通讯方式。
4.3、CANbus 现场总线
CAN 是控制网络ControlAreaNetwork 的简称，最早由德国BOSCH 公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO 国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola 、Intel 、Philips 、Siemens 、NEC 等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。
CAN 协议也是建立在国际标准组织(ISO)的开放系统互连参考模型(OSI)基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取OSI 底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达 1Mbps/40m，直接传输距离最远可达 1 0km/kbps,可挂接设备最多可达 110个。
CAN 支持多主方式工作，网络上任何节点均在任意时刻主动向其它节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。
屏蔽门系统中网络拓扑结构为总线型，物理层为EIA －RS232C/RS485协议，使用双绞线。
5、系统外接口处理
屏蔽门系统作为车站重要设备。考虑到各车控室及控制中心（OCC ）能够有效、科学、合理地对各车站进行管理、调度，屏蔽门系统必须与车站其他系统建立密切的联系，配合车站及控制中心完成相应的应急模式的执行，必然牵涉到与相关专业接口问题，接口问题的处理好坏，直接影响了屏蔽门系统功能的实现及在紧急情况下乘客及工作人员的安全。屏蔽门系统与主控、信号、低压配电、车站建筑、限界及轨道等都存在接口，以下简单介绍与主控系统及信号系统的接口处理。
5.1、屏蔽门系统与主控系统（MCS ）的接口
屏蔽门系统与主控系统接口共两种类型：以太网接口（PSD/MCS.1）及硬线接口（PSD/MCS.2）。
5.1.1、接口位置
5.1.2、接口功能
PSD/MCS.1:
★ 屏蔽门系统按约定好的数据格式，准备设备故障及设备运行状态（含门的开、关状态等）信息；
★ MCS 系统至少每隔500ms ，对与PSD 系统间的通道进行检测。
★ 车站MCS 负责对PSD 的运营统计报表工作，屏蔽门系统提供相关数据。
★ MCS 能监视屏蔽门的运行状态，并在车控室的显示终端进行显示。
★ MCS 对屏蔽门系统进行故障报警，可实施故障查询和记录。
★ 屏蔽门系统从MCS 接收主控系统时钟信号。
PSD/MCS.2:
在车站紧急模式下，由主控系统设在车站综合控制室的综合后备盘（IBP ）对屏蔽门系统进行紧急操作。
5.1.3、接口类型
PSD/MCS.1:RJ45以太网接口, 通讯协议为Modbus TCP/IP;
PSD/MCS.2:可靠的硬线连接，无源节点形式。
5.2、屏蔽门系统与信号系统(SIG)的接口
车站正常运行模式下，屏蔽门系统由信号系统进行控制，实现屏蔽门系统的系统级控制功能。
屏蔽门系统与信号系统接口类型为可靠的硬线连接实现，均为无源节点形式，接口位置在中央接口盘（PSC ）内的两个单元控制器（PEDC ）段子排上，信号系统负责屏蔽门系统与信号系统之间的电缆施工。
6、屏蔽门系统控制框图
7、结语
屏蔽门系统是一个复杂的系统。目前，由于屏蔽门控制部分核心技术还需要靠进口，国产化率不高，投资是相当昂贵的。只有发展、鼓励一批国内的屏蔽门生产企业（设计院所）加快核心技术的开发、研究，培养一支高素质的屏蔽门系统工程师，实现屏蔽门系统国产化，降低造价，相信屏蔽门在我国将会有更加广泛的应用前景。
参考文献
1、 埃施朗公司 LonWorksâ技术介绍 原理与实践概述 第二版；
2、 魏晓东 城市轨道交通自动化系统与技术。