成都地鐵自動(dòng)檢票機(jī)取消不間斷電源裝置可行性分析

謝 峰 魏 鵬

（成都地鐵運(yùn)營有限公司，610081，成都∥第一作者，工程師）

成都地鐵自動(dòng)檢票機(jī)取消不間斷電源裝置可行性分析

謝 峰 魏 鵬

（成都地鐵運(yùn)營有限公司，610081，成都∥第一作者，工程師）

結(jié)合成都地鐵1號線自動(dòng)檢票機(jī)中不間斷電源（UPS）裝置的最初設(shè)計(jì)目的和現(xiàn)場使用情況，從車站自動(dòng)檢票機(jī)在運(yùn)營時(shí)間發(fā)生斷電的概率、自動(dòng)檢票機(jī)發(fā)生異常斷電時(shí)票卡丟失的概率，以及UPS的維護(hù)成本等方面，對取消自動(dòng)檢票機(jī)的UPS裝置的可行性進(jìn)行了分析，為成都地鐵后續(xù)線路自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考依據(jù)。

地鐵；自動(dòng)檢票機(jī)；不間斷電源

First-author's addressChengdu Metro Co.，Ltd.，610081，Chengdu，China

地鐵自動(dòng)檢票機(jī)作為檢票系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其可靠性、安全性受到各集成商和業(yè)主的廣泛關(guān)注。為了增加檢票機(jī)的可靠性，工程設(shè)計(jì)在自動(dòng)檢票機(jī)中會(huì)設(shè)置不間斷電源（UPS），以保證在設(shè)備突然斷電的情況下，不丟失最后一筆正在進(jìn)行的交易。但是，隨著自動(dòng)檢票系統(tǒng)的不斷發(fā)展，自動(dòng)檢票機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生突然斷電的概率已經(jīng)微乎其微，而UPS的維護(hù)和維修成本卻在持續(xù)攀升。在這種情況下，大多數(shù)城市在自動(dòng)檢票機(jī)中取消了UPS。本文結(jié)合成都地鐵車站自動(dòng)檢票機(jī)UPS裝置的實(shí)際運(yùn)用情況，從自動(dòng)檢票機(jī)異常斷電時(shí)交易丟失的概率和UPS維護(hù)成本兩個(gè)方面分析自動(dòng)檢票機(jī)取消配置UPS的可行性。

1 自動(dòng)檢票機(jī)異常斷電時(shí)交易丟失的概率分析

異常斷電，是指在正常運(yùn)營時(shí)間內(nèi)的車站斷電，會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)檢票機(jī)突然失電無法正常工作。但是，并非每次異常斷電都造成交易丟失，只有在斷電瞬間正好有乘客使用車票進(jìn)行讀卡操作，才有可能造成交易丟失。本文從異常斷電的發(fā)生概率和交易丟失的原因兩個(gè)方面分析自動(dòng)檢票機(jī)異常斷電時(shí)的交易丟失。

1.1 自動(dòng)檢票設(shè)備異常斷電的發(fā)生概率

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)是地鐵諸多系統(tǒng)中一個(gè)重要的系統(tǒng)，其供電設(shè)計(jì)一般要求為一級負(fù)荷供電。一級負(fù)荷是指中斷供電將造成重大人身傷亡、設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失的用電系統(tǒng)及設(shè)備，如大型醫(yī)院、石油提煉廠、礦井或軌道交通系統(tǒng)等。一級負(fù)荷一般有兩路電源供電，要求當(dāng)供電系統(tǒng)其中一路線路發(fā)生故障停電時(shí)，另一路線路仍保證其連續(xù)供電，即雙回路供電。

雙回路供電對兩路電源的要求為：

（1）兩路電源之間無聯(lián)系。

（2）兩路電源之間有聯(lián)系時(shí)，須符合下列要求：①發(fā)生任何一種故障時(shí)，兩路電源的任何部分應(yīng)不致同時(shí)受到損壞；②發(fā)生任何一種故障且保護(hù)裝置正常時(shí)，有一路電源不中斷供電，并且在發(fā)生任何一種故障且主保護(hù)裝置失靈以至兩路電源均中斷供電后，能在有人值班的處所完成各種必要操作，迅速恢復(fù)一路電源供電。

因此，從城市軌道交通一級負(fù)荷供電的特點(diǎn)以及一級負(fù)荷供電的重要性來講，城市軌道交通由一級負(fù)荷電源供電的設(shè)備發(fā)生異常斷電的情況是極少的。成都地鐵1號線自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的實(shí)際情況也證明了這一點(diǎn)。成都地鐵1號線自動(dòng)售檢票系統(tǒng)采用了一級負(fù)荷供電設(shè)計(jì)，由南北兩路電源（一路主電源，一路備用電源）供電，以確保運(yùn)營時(shí)間內(nèi)車站自動(dòng)售檢票系統(tǒng)終端設(shè)備的正常運(yùn)行。成都地鐵1號線自2010年9月正式運(yùn)營以來，從未發(fā)生過任何運(yùn)營時(shí)間內(nèi)一級負(fù)荷故障斷電事故。

1.2 異常斷電導(dǎo)致交易丟失的原因和概率

我國大多數(shù)城市的軌道交通都采用出站扣費(fèi)的計(jì)費(fèi)方式，所以，只有在自動(dòng)檢票機(jī)遇到異常斷電時(shí)有乘客正在使用車票刷卡出站，才有可能造成交易丟失。一張票卡的交易具體可分為尋卡、校驗(yàn)、讀卡、寫卡、生成交易、交易寫入硬盤、交易上傳等幾個(gè)階段。異常斷電時(shí)交易是否丟失，與票卡當(dāng)時(shí)所處的階段有關(guān)。如果異常斷電發(fā)生在尋卡、校驗(yàn)、讀卡、寫卡幾個(gè)階段，因?yàn)樽詣?dòng)檢票機(jī)軟件系統(tǒng)未能正式生成交易，將不會(huì)發(fā)生丟失交易的情況；若異常斷電發(fā)生在自動(dòng)檢票機(jī)完成寫卡操作以后，設(shè)備處在生成交易的過程中，則有可能發(fā)生交易丟失的情況。所以，因異常斷電而發(fā)生交易丟失的概率是非常低的。

以成都地鐵自動(dòng)售檢票實(shí)際情況為例，根據(jù)《成都軌道交通AFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，軌道交通讀寫器對回收類專用票操作的讀寫時(shí)間不大于250 ms，對非回收類專用票操作的讀寫時(shí)間不大于350 ms。對于單筆交易，遠(yuǎn)期預(yù)留占用300 B的硬盤空間，而自動(dòng)檢票機(jī)的CF（Compact Flash）內(nèi)存卡的一般讀寫速率為20 MB/s，故單筆交易的讀寫時(shí)間為15 ms。

AFC系統(tǒng)中，票卡讀寫時(shí)間指從輪尋POLLING捕獲到卡至卡交易過程數(shù)據(jù)讀寫全部結(jié)束所需時(shí)間，包含讀寫過程中ECU（閘機(jī)工控機(jī)）端的業(yè)務(wù)處理時(shí)間，不包含交易記錄的產(chǎn)生及設(shè)備開門、出票等動(dòng)作花費(fèi)的時(shí)間?！冻啥架壍澜煌ˋFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，票卡的交易過程中從尋卡到交易寫入硬盤的時(shí)間最多為0.25 s，而真正用于寫交易到硬盤的時(shí)間只有15 ms。也就是說，設(shè)備斷電導(dǎo)致交易記錄丟失的寫卡階段所花費(fèi)的時(shí)間只占票卡交易總時(shí)間的6%左右。因此，由于設(shè)備斷電而導(dǎo)致交易記錄丟失的概率是很低的。

1.3 異常斷電導(dǎo)致交易丟失分析總結(jié)

綜上所述，工程設(shè)計(jì)為一級負(fù)荷的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)在運(yùn)營時(shí)間發(fā)生異常斷電的概率是很低的；從一張票卡的交易過程來看，設(shè)備異常斷電恰巧發(fā)生在交易生成和寫入硬盤的階段的概率也是比較低的。因此，由于自動(dòng)檢票機(jī)異常斷電而發(fā)生丟失交易的概率是極低的。

假設(shè)每年車站一級負(fù)荷設(shè)備有4次斷電（每次只是在一個(gè)站，不可能全線斷電），每次斷電瞬間有10人正在刷卡，其中2人的交易丟失；每個(gè)交易記為5元。那么，交易損失為4×2×5元=40元?？梢?，由于車站設(shè)備掉電造成的票務(wù)收益的損失是相當(dāng)有限的。

2 UPS的維護(hù)成本分析

在自動(dòng)檢票機(jī)中配置UPS需要兩方面的成本投入，一是AFC系統(tǒng)建設(shè)階段，設(shè)計(jì)生產(chǎn)自動(dòng)檢票機(jī)時(shí)采購UPS的成本，也是直接配置成本；二是在AFC系統(tǒng)建成后，運(yùn)營維護(hù)階段的維護(hù)成本，包括人工和材料成本。本文從以上兩個(gè)方面具體分析。

2.1 配置成本

以成都地鐵1號線一期工程為例，按照目前市場報(bào)價(jià)，每個(gè)自動(dòng)檢票機(jī)通道均配置1 k VA的UPS來進(jìn)行計(jì)算，1號線一期工程自動(dòng)檢票機(jī)配置UPS的總成本見表1。本AFC系統(tǒng)為自動(dòng)檢票機(jī)配置UPS的直接成本在33萬元左右。

表1 成都地鐵1號線一期工程UPS配置成本表

2.2 維修成本

隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前UPS的維護(hù)工作量已比以前減少了很多。但是，為了保證電池的使用壽命，仍需定期對其進(jìn)行充放電維護(hù)。如果不進(jìn)行定期維護(hù)，電池的壽命只有2～3年左右，其在惡劣工作環(huán)境下（如高溫環(huán)境）的壽命也將大打折扣。理想工作環(huán)境下3年內(nèi)UPS的維護(hù)費(fèi)用見表2。

表2 理想工作環(huán)境下UPS逐年維修成本表

由表2可知，隨著UPS使用年限的遞增，其維修成本逐年增加，且到地鐵開通后3年UPS電池需進(jìn)行更換。以此計(jì)算，UPS每年平均的維護(hù)成本是配置成本的25%左右。由于自動(dòng)檢票機(jī)內(nèi)部空間狹小，UPS需與電源盒一同放置，導(dǎo)致UPS的工作環(huán)境溫度很高，嚴(yán)重影響了UPS的使用壽命，其實(shí)際維護(hù)成本比理論成本還要高。由此可以看出，車站自動(dòng)檢票機(jī)UPS的故障率比較高，且維修成本高昂。

成都地鐵1號線一期工程自開通以來，由于車站自動(dòng)檢票機(jī)的UPS同電源盒一同放置，導(dǎo)致UPS的工作環(huán)境溫度很高，加上自動(dòng)檢票機(jī)UPS定期放電工作量巨大、運(yùn)營時(shí)間無法操作等原因，車站自動(dòng)檢票機(jī)的UPS裝置運(yùn)營1年左右就開始出現(xiàn)電池浮充、老化、主板損壞等一系列設(shè)備共性故障。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，成都地鐵1號線一期工程全線自動(dòng)檢票機(jī)的UPS裝置運(yùn)營2年時(shí)大部分已將電池更換。按照目前成都地鐵UPS廠家報(bào)價(jià)，僅維護(hù)工作的材料成本就已達(dá)到每年15萬元左右。

3 各城市自動(dòng)檢票機(jī)配置UPS情況

隨著城市供電安全性、可靠性的提高，自動(dòng)檢票機(jī)配置UPS的必要性在逐漸下降，而UPS使用中的維護(hù)、保養(yǎng)費(fèi)用卻在日益增高。在這種情況下，我國許多城市在地鐵自動(dòng)檢票機(jī)的配置中取消了UPS（見表3）。

表3 我國部分城市地鐵自動(dòng)檢票機(jī)配置UPS情況一覽表

4 結(jié) 語

綜上所述，隨著城市供電安全性、可靠性的提高，地鐵車站發(fā)生異常斷電事件的概率在不斷降低，自動(dòng)檢票機(jī)配置UPS的必要性變得越來越低，加之UPS的維護(hù)、維修成本較高，維護(hù)工作量較大，而消耗巨大維護(hù)成本所換來的運(yùn)營收益很小。因此，為降低地鐵運(yùn)營維護(hù)成本，在城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中可考慮取消自動(dòng)檢票機(jī)的UPS裝置。

［1］ 趙時(shí)旻.軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2007.

［2］ 何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通車站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行與維修［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［3］ GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Feasible Analysis of UPS Equipment Removal from Automatic Gate Machine in Chengdu Metro

Xie Feng，Wei Peng

Combined with the design purpose and practical appllication of UPS in automatic gate machine（AGM）of Chengdu metro Line 1，the removing feasibility of UPS equipment from AGM is analyzed based on the power outrage rate in AGM working times，the ticket loss probability when abnormal power down happens in AGM，and the maintenance cost of UPS.This research will provide some references for the design and manufacture of new AFCsystem on the following metro lines in Chengdu.

metro；automatic gate machine（AGM）；uninterrupted power source（UPS）

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2015.01.022

2013-04-19）