地鐵閘機(jī)緊急放行控制器的探討

周世爽

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，518040，深圳∥高級(jí)工程師 ）

在自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)中，每個(gè)車(chē)站的所有閘機(jī)都必須與該車(chē)站內(nèi)的緊急放行控制器連接。緊急按鈕與緊急放行控制器連接，設(shè)在車(chē)站控制室的IBP（綜合后備盤(pán)）上，是一個(gè)無(wú)源干觸點(diǎn)按鈕。當(dāng)按下緊急按鈕后，閘機(jī)能馬上進(jìn)入緊急放行狀態(tài)；釋放緊急按鈕，閘機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。緊急按鈕控制器與閘機(jī)之間為硬線(xiàn)連接，緊急按鈕的操作不依賴(lài)于閘機(jī)軟件系統(tǒng)，也不依賴(lài)于車(chē)站計(jì)算機(jī)（SC），但緊急按鈕操作時(shí)須向SC 發(fā)送信號(hào)，使SC 記錄緊急按鈕的動(dòng)作情況。

1 車(chē)站緊急放行系統(tǒng)的構(gòu)成

每個(gè)車(chē)站緊急放行系統(tǒng)的構(gòu)成主要有：IBP 上的緊急按鈕和聲光報(bào)警裝置，AFC 系統(tǒng)內(nèi)的緊急放行控制器、車(chē)站服務(wù)器、車(chē)站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及終端設(shè)備，與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的接口等。如圖1所示。

圖1 緊急放行控制系統(tǒng)構(gòu)成

緊急情況發(fā)生時(shí)，可以通過(guò)以下5種方式讓閘機(jī)打開(kāi)閘門(mén)，緊急放行乘客。

（1）按下IBP盤(pán)上的緊急按鈕，通過(guò)緊急放行控制器及控制線(xiàn)纜，使車(chē)站全部閘機(jī)的閘門(mén)開(kāi)啟。緊急放行控制器將緊急放行信號(hào)分別發(fā)送至FAS（防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）和SC，并使IBP盤(pán)發(fā)出聲光報(bào)警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過(guò)程如圖2所示。

（2）與FAS聯(lián)動(dòng)。即：緊急放行控制器檢測(cè)到FAS報(bào)警的聯(lián)動(dòng)信號(hào)后，通過(guò)緊急放行控制器及控制線(xiàn)纜，使車(chē)站全部閘機(jī)的閘門(mén)開(kāi)啟。緊急放行控制器將緊急放行信號(hào)SC 并將已進(jìn)入緊急模式的狀態(tài)反饋給FAS，并使IBP 盤(pán)發(fā)出聲光報(bào)警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過(guò)程如圖3所示。

圖2 通過(guò)緊急按鈕啟動(dòng)緊急放行模式

圖3 與FAS聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)緊急放行模式

（3）SC 發(fā)送串口命令啟動(dòng)緊急放行。即：SC通過(guò)串口發(fā)送緊急放行命令給緊急放行控制器，然后通過(guò)緊急放行控制器及控制線(xiàn)纜，使車(chē)站全部閘機(jī)的閘門(mén)開(kāi)啟。緊急控制器將緊急放行信號(hào)發(fā)送至FAS，并使IBP盤(pán)發(fā)出聲光報(bào)警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過(guò)程如圖4所示。

（4）SC 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)命令啟動(dòng)緊急放行。即：SC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送緊急放行命令給車(chē)站內(nèi)的各臺(tái)閘機(jī)，使車(chē)站全部閘機(jī)的閘門(mén)開(kāi)啟；同時(shí)，SC 還需要將進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息通過(guò)串口發(fā)送給緊急放行控制器，緊急控制器將緊急放行信號(hào)發(fā)送至FAS 和SC，并使IBP盤(pán)發(fā)出聲光報(bào)警；閘機(jī)進(jìn)入緊急放行的狀態(tài)信息反饋給SC。具體過(guò)程如圖5所示。

（5）由于特殊原因，導(dǎo)致上述4種方式都不能操作的情況下，可以通過(guò)切斷電源實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟閘機(jī)閘門(mén)的目的。具體過(guò)程如圖6所示。

圖4 SC 通過(guò)串口命令啟動(dòng)緊急放行模式

圖5 SC 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)命令啟動(dòng)緊急放行

圖6 人工切斷電源打開(kāi)閘機(jī)閘門(mén)

2 緊急放行控制器

正常情況下，緊急放行控制器輸出DC24 V 的電壓信號(hào)到車(chē)站的每臺(tái)閘機(jī)，當(dāng)閘機(jī)內(nèi)的緊急信號(hào)接收電路監(jiān)測(cè)到DC24 V 的電壓信號(hào)消失，則表示需要該閘機(jī)切換到緊急狀態(tài)。每臺(tái)閘機(jī)內(nèi)有一個(gè)緊急信號(hào)接收電路，工作時(shí)該電路時(shí)刻監(jiān)視是否有緊急信號(hào)輸入的狀態(tài)，并將緊急信號(hào)的狀態(tài)送到閘機(jī)控制器和閘門(mén)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)有緊急信號(hào)輸入時(shí)，閘機(jī)閘門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。

閘機(jī)緊急信號(hào)接收電路的電源由緊急放行控制器提供，不使用閘機(jī)的電源，對(duì)閘機(jī)不會(huì)產(chǎn)生任何干擾。緊急放行控制器是一個(gè)獨(dú)立于SC 與閘機(jī)設(shè)備的部件，信號(hào)電壓為DC24 V，具有強(qiáng)抗干擾能力。

緊急放行控制器的MCU（微控制單元）使用51系列或ARM（Acom 公司生產(chǎn)的微處理器）單片機(jī)，和SC 通過(guò)RS－232串口連接。

3 幾個(gè)問(wèn)題的思考

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，緊急放行控制器會(huì)帶來(lái)異常開(kāi)閘事件，通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)收集和分析，將閘機(jī)異常開(kāi)閘現(xiàn)象分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是閘機(jī)電源故障造成的，占35%；另一類(lèi)是由于緊急控制器的相關(guān)故障造成的，占65%；本文主要針對(duì)緊急放行控制器的相關(guān)故障進(jìn)行分析說(shuō)明。

閘機(jī)異常放行的原因調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況分別見(jiàn)表1、表2。

表1 緊急控制器故障主要原因統(tǒng)計(jì)表

表2 閘機(jī)異常開(kāi)閘故障主要原因統(tǒng)計(jì)表

由表1、表2可以看出：接線(xiàn)松脫是造成閘機(jī)意外開(kāi)閘的最主要原因，這也與在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和與現(xiàn)場(chǎng)操作人員、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員進(jìn)行交流了解到的情況相符合。根據(jù)可靠性理論，設(shè)備故障率曲線(xiàn)如圖7所示。由圖7可知，設(shè)備故障率隨時(shí)間的變化大致分早期故障期、偶發(fā)故障期和耗損故障期。

圖7 設(shè)備故障率曲線(xiàn)

早期故障期又叫磨合期。在此期間，開(kāi)始的故障率很高，但隨著時(shí)間的推移，故障率迅速下降。此期間發(fā)生的故障主要是設(shè)計(jì)、制造上的缺陷所致，或使用不當(dāng)所造成。

進(jìn)入偶發(fā)故障期后，設(shè)備故障率大致處于穩(wěn)定狀態(tài)。在此期間，故障發(fā)生是隨機(jī)的，故障率最低而且穩(wěn)定，這是設(shè)備的正常工作期或最佳狀態(tài)期。在此間發(fā)生的故障多是因?yàn)樵O(shè)計(jì)、使用不當(dāng)及維修不力產(chǎn)生的，可以通過(guò)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、改進(jìn)管理和維護(hù)保養(yǎng)方法使故障率降到最低。

在設(shè)備使用后期，由于設(shè)備零部件的磨損、疲勞、老化、腐蝕等，故障率不斷上升，設(shè)備進(jìn)入耗損故障期。因此，如果在耗損故障期開(kāi)始時(shí)進(jìn)行大修，可經(jīng)濟(jì)而有效地降低故障率。

由于接線(xiàn)松脫和電源故障是造成緊急放行控制器異常的最主要原因，為加強(qiáng)設(shè)備可靠性，可在設(shè)計(jì)階段考慮以下幾點(diǎn)建議。

3.1 緊急放行控制器航空插頭與雙電源的應(yīng)用

閘機(jī)正常工作時(shí)，緊急放行接口必須維持一個(gè)DC24 V 的輸入信號(hào)，否則閘機(jī)會(huì)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)。該DC24 V 的輸入信號(hào)來(lái)自緊急放行控制器，所以正常工作情況下，必須要保證緊急放行控制器的正常供電。

在設(shè)計(jì)時(shí)，可使用航空插頭接插雙電源同時(shí)給緊急放行控制器供電，以增加電源的可靠性。其中任何一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，都能由另一個(gè)電源繼續(xù)供電。兩路電源的電源輸入也采取不同的方式，其中一路使用市電供電，另一路通過(guò)UPS（不間斷電源）供電。緊急放行控制器對(duì)雙電源的輸出以及UPS是否正常進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)電源或UPS 出現(xiàn)故障時(shí)，緊急放行控制器會(huì)立即將故障狀態(tài)傳送到SC，以便能夠及時(shí)維修。

3.2 緊急按鈕常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)的選擇

在目前國(guó)內(nèi)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的AFC 系統(tǒng)中，緊急按鈕既有使用常開(kāi)觸點(diǎn)的也有采用常閉觸點(diǎn)的。

3.2.1 緊急按鈕采用常開(kāi)與常閉的區(qū)別

（1）緊急按鈕采用不同性質(zhì)的觸點(diǎn)：常開(kāi)方案采用常開(kāi)觸點(diǎn)，常閉方案采用常閉觸點(diǎn)。

（2）緊急放行控制器主控單元檢測(cè)緊急按鈕是否動(dòng)作的檢測(cè)電平正好相反，需要在軟件上注意區(qū)別；

（3）輸出到閘機(jī)組或閘機(jī)上的緊急放行信號(hào)電平正好相反，對(duì)于常閉方案，閘機(jī)檢測(cè)到輸入接口有DC24 V 電平則保持正常，無(wú)DC24 V 電平則進(jìn)入緊急放行；對(duì)于常開(kāi)方案，閘機(jī)檢測(cè)到輸入接口無(wú)DC24 V 電平則保持正常，有DC24 V 電平則進(jìn)入緊急放行。這樣就要求閘機(jī)的緊急按鈕輸入接口要做相應(yīng)的變化。

3.2.2 使用常開(kāi)與常閉方案的對(duì)比

（1）常開(kāi)方案在閘機(jī)不需要緊急放行時(shí)閘機(jī)的緊急輸入接口不帶電，而常閉方案需要維持DC24 V 的電源，所以，閘機(jī)在正常使用時(shí)，使用常開(kāi)方式更節(jié)電。

（2）由于從緊急按鈕到閘機(jī)的緊急輸入接口之間的連線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，使用常閉方式可以檢測(cè)到連線(xiàn)故障，而使用常開(kāi)方式只有到需要按下緊急按鈕時(shí)才能檢測(cè)到，所以，使用常閉方式可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)連線(xiàn)故障而進(jìn)行維護(hù)。

從安全的角度考慮，使用常閉方式更能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，保證緊急放行時(shí)能及時(shí)響應(yīng)，也符合“故障導(dǎo)向安全”的原則。

3.3 與FAS的聯(lián)動(dòng)

在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮緊急放行控制器與FAS之間的聯(lián)動(dòng)。

FAS提供一個(gè)干接點(diǎn)信號(hào)給緊急放行控制器，當(dāng)該接點(diǎn)打開(kāi)時(shí)，F(xiàn)AS未要求閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)；干接點(diǎn)閉合時(shí)，F(xiàn)AS請(qǐng)求閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)，閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)并維持直到該干接點(diǎn)打開(kāi)。緊急放行控制器也向FAS提供一個(gè)干接點(diǎn)信號(hào)，干接點(diǎn)打開(kāi)時(shí)，表示閘機(jī)處于正常狀態(tài)；干接點(diǎn)閉合時(shí)，表示閘機(jī)已經(jīng)處于緊急放行狀態(tài)。

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，閘機(jī)緊急放行不采取與FAS聯(lián)動(dòng)的方式，一般情況下是采取人工聯(lián)動(dòng)。即：FAS出現(xiàn)緊急報(bào)警時(shí)，由車(chē)站工作人員對(duì)FAS的緊急報(bào)警信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)，然后確認(rèn)是否需要閘機(jī)緊急放行，需要閘機(jī)緊急放行時(shí)就人工按下緊急放行按鈕讓閘機(jī)進(jìn)入緊急放行狀態(tài)。這樣做主要目的是為了防止誤啟動(dòng)閘機(jī)緊急放行。

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