地铁闸机紧急放行控制器的探讨

周世爽

（深圳市地铁集团有限公司运营分公司，518040，深圳∥高级工程师 ）

在自动售检票（AFC）系统中，每个车站的所有闸机都必须与该车站内的紧急放行控制器连接。紧急按钮与紧急放行控制器连接，设在车站控制室的IBP（综合后备盘）上，是一个无源干触点按钮。当按下紧急按钮后，闸机能马上进入紧急放行状态；释放紧急按钮，闸机恢复正常工作状态。紧急按钮控制器与闸机之间为硬线连接，紧急按钮的操作不依赖于闸机软件系统，也不依赖于车站计算机（SC），但紧急按钮操作时须向SC 发送信号，使SC 记录紧急按钮的动作情况。

1 车站紧急放行系统的构成

每个车站紧急放行系统的构成主要有：IBP 上的紧急按钮和声光报警装置，AFC 系统内的紧急放行控制器、车站服务器、车站计算机网络及终端设备，与火灾报警系统的接口等。如图1所示。

图1 紧急放行控制系统构成

紧急情况发生时，可以通过以下5种方式让闸机打开闸门，紧急放行乘客。

（1）按下IBP盘上的紧急按钮，通过紧急放行控制器及控制线缆，使车站全部闸机的闸门开启。紧急放行控制器将紧急放行信号分别发送至FAS（防灾报警系统）和SC，并使IBP盘发出声光报警；闸机进入紧急放行的状态信息反馈给SC。具体过程如图2所示。

（2）与FAS联动。即：紧急放行控制器检测到FAS报警的联动信号后，通过紧急放行控制器及控制线缆，使车站全部闸机的闸门开启。紧急放行控制器将紧急放行信号SC 并将已进入紧急模式的状态反馈给FAS，并使IBP 盘发出声光报警；闸机进入紧急放行的状态信息反馈给SC。具体过程如图3所示。

图2 通过紧急按钮启动紧急放行模式

图3 与FAS联动启动紧急放行模式

（3）SC 发送串口命令启动紧急放行。即：SC通过串口发送紧急放行命令给紧急放行控制器，然后通过紧急放行控制器及控制线缆，使车站全部闸机的闸门开启。紧急控制器将紧急放行信号发送至FAS，并使IBP盘发出声光报警；闸机进入紧急放行的状态信息反馈给SC。具体过程如图4所示。

（4）SC 发送网络命令启动紧急放行。即：SC通过网络发送紧急放行命令给车站内的各台闸机，使车站全部闸机的闸门开启；同时，SC 还需要将进入紧急放行的状态信息通过串口发送给紧急放行控制器，紧急控制器将紧急放行信号发送至FAS 和SC，并使IBP盘发出声光报警；闸机进入紧急放行的状态信息反馈给SC。具体过程如图5所示。

（5）由于特殊原因，导致上述4种方式都不能操作的情况下，可以通过切断电源实现开启闸机闸门的目的。具体过程如图6所示。

图4 SC 通过串口命令启动紧急放行模式

图5 SC 发送网络命令启动紧急放行

图6 人工切断电源打开闸机闸门

2 紧急放行控制器

正常情况下，紧急放行控制器输出DC24 V 的电压信号到车站的每台闸机，当闸机内的紧急信号接收电路监测到DC24 V 的电压信号消失，则表示需要该闸机切换到紧急状态。每台闸机内有一个紧急信号接收电路，工作时该电路时刻监视是否有紧急信号输入的状态，并将紧急信号的状态送到闸机控制器和闸门驱动器。当有紧急信号输入时，闸机闸门会自动打开。

闸机紧急信号接收电路的电源由紧急放行控制器提供，不使用闸机的电源，对闸机不会产生任何干扰。紧急放行控制器是一个独立于SC 与闸机设备的部件，信号电压为DC24 V，具有强抗干扰能力。

紧急放行控制器的MCU（微控制单元）使用51系列或ARM（Acom 公司生产的微处理器）单片机，和SC 通过RS－232串口连接。

3 几个问题的思考

在实际运营过程中，紧急放行控制器会带来异常开闸事件，通过长期数据收集和分析，将闸机异常开闸现象分为两大类：一类是闸机电源故障造成的，占35%；另一类是由于紧急控制器的相关故障造成的，占65%；本文主要针对紧急放行控制器的相关故障进行分析说明。

闸机异常放行的原因调查统计情况分别见表1、表2。

表1 紧急控制器故障主要原因统计表

表2 闸机异常开闸故障主要原因统计表

由表1、表2可以看出：接线松脱是造成闸机意外开闸的最主要原因，这也与在现场调查和与现场操作人员、现场维护人员进行交流了解到的情况相符合。根据可靠性理论，设备故障率曲线如图7所示。由图7可知，设备故障率随时间的变化大致分早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。

图7 设备故障率曲线

早期故障期又叫磨合期。在此期间，开始的故障率很高，但随着时间的推移，故障率迅速下降。此期间发生的故障主要是设计、制造上的缺陷所致，或使用不当所造成。

进入偶发故障期后，设备故障率大致处于稳定状态。在此期间，故障发生是随机的，故障率最低而且稳定，这是设备的正常工作期或最佳状态期。在此间发生的故障多是因为设计、使用不当及维修不力产生的，可以通过提高设计质量、改进管理和维护保养方法使故障率降到最低。

在设备使用后期，由于设备零部件的磨损、疲劳、老化、腐蚀等，故障率不断上升，设备进入耗损故障期。因此，如果在耗损故障期开始时进行大修，可经济而有效地降低故障率。

由于接线松脱和电源故障是造成紧急放行控制器异常的最主要原因，为加强设备可靠性，可在设计阶段考虑以下几点建议。

3.1 紧急放行控制器航空插头与双电源的应用

闸机正常工作时，紧急放行接口必须维持一个DC24 V 的输入信号，否则闸机会进入紧急放行状态。该DC24 V 的输入信号来自紧急放行控制器，所以正常工作情况下，必须要保证紧急放行控制器的正常供电。

在设计时，可使用航空插头接插双电源同时给紧急放行控制器供电，以增加电源的可靠性。其中任何一个电源出现故障时，都能由另一个电源继续供电。两路电源的电源输入也采取不同的方式，其中一路使用市电供电，另一路通过UPS（不间断电源）供电。紧急放行控制器对双电源的输出以及UPS是否正常进行监测，当电源或UPS 出现故障时，紧急放行控制器会立即将故障状态传送到SC，以便能够及时维修。

3.2 紧急按钮常开或常闭触点的选择

在目前国内实际运营的AFC 系统中，紧急按钮既有使用常开触点的也有采用常闭触点的。

3.2.1 紧急按钮采用常开与常闭的区别

（1）紧急按钮采用不同性质的触点：常开方案采用常开触点，常闭方案采用常闭触点。

（2）紧急放行控制器主控单元检测紧急按钮是否动作的检测电平正好相反，需要在软件上注意区别；

（3）输出到闸机组或闸机上的紧急放行信号电平正好相反，对于常闭方案，闸机检测到输入接口有DC24 V 电平则保持正常，无DC24 V 电平则进入紧急放行；对于常开方案，闸机检测到输入接口无DC24 V 电平则保持正常，有DC24 V 电平则进入紧急放行。这样就要求闸机的紧急按钮输入接口要做相应的变化。

3.2.2 使用常开与常闭方案的对比

（1）常开方案在闸机不需要紧急放行时闸机的紧急输入接口不带电，而常闭方案需要维持DC24 V 的电源，所以，闸机在正常使用时，使用常开方式更节电。

（2）由于从紧急按钮到闸机的紧急输入接口之间的连线发生故障时，使用常闭方式可以检测到连线故障，而使用常开方式只有到需要按下紧急按钮时才能检测到，所以，使用常闭方式可以及时发现连线故障而进行维护。

从安全的角度考虑，使用常闭方式更能及时发现故障，保证紧急放行时能及时响应，也符合“故障导向安全”的原则。

3.3 与FAS的联动

在设计时，需要考虑紧急放行控制器与FAS之间的联动。

FAS提供一个干接点信号给紧急放行控制器，当该接点打开时，FAS未要求闸机进入紧急放行状态；干接点闭合时，FAS请求闸机进入紧急放行状态，闸机进入紧急放行状态并维持直到该干接点打开。紧急放行控制器也向FAS提供一个干接点信号，干接点打开时，表示闸机处于正常状态；干接点闭合时，表示闸机已经处于紧急放行状态。

在实际运营过程中，闸机紧急放行不采取与FAS联动的方式，一般情况下是采取人工联动。即：FAS出现紧急报警时，由车站工作人员对FAS的紧急报警信号进行确认，然后确认是否需要闸机紧急放行，需要闸机紧急放行时就人工按下紧急放行按钮让闸机进入紧急放行状态。这样做主要目的是为了防止误启动闸机紧急放行。

［1］白洪波.关于地铁AFC设备国产化研究［J］.都市快轨交通，1998（02）：2.

［2］周末.城市轨道交通AFC系统运用分析［J］.内蒙古科技与经济，2003（11）：86.

［3］伍敏.自动售检票设备应用中存在问题及应对措施的探讨［J］.都市快轨交通，2002（4）：45.

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