轨道交通车站出入口控制系统分析与集成

沈惠鑫，董守放

（1.上海地铁第一运营有限公司设施部，上海,200000;2.上海工程技术大学，上海,200000）

轨道交通车站出入口控制系统分析与集成

沈惠鑫1，董守放2

（1.上海地铁第一运营有限公司设施部，上海,200000;2.上海工程技术大学，上海,200000）

根据上海轨道交通超大规模网络发展的背景，对上海轨道交通车站卷帘门集中控制提出功能分析和初步方案。创新设计车站卷帘门智能控制系统，能提供视频监视、语音报警及远程控制等管理功能，确保乘客人身安全和设备安全运行，以满足上海轨道交通适应超大规模网络发展对车站机电设备自动化管理的需求。

出入口控制系统；远程监控；机电设备监控系统集成

0 引言

城市轨道交通具有快速、大运量、人均能耗低等特点，随着城市的发展轨道交通成为治理交通拥堵的重要途径。聚焦上海轨道交通发展过程中的重点、难点问题，切实保障轨道交通正常运行已经成为一个亟需解决的课题。经调研车站卷帘门的监控一直未并入设备监控系统的监控范围内，车站对卷帘门操作控制均需由车站运营人员就地直接进行操作，尤其是离车控室或服务中心较远导致开关门处置时间较长，并存在一定安全隐患且工作效率低下。

1 必要性分析

实现车站卷帘门集中智能控制，将常态情况下无人值守的车站卷帘门纳入车站机电系统实施统一管理，提升安全管控等级，提升了车站运营效率。总体而言，可以体现在四个方面：

1.1 降低人工成本，适应一岗多能要求

根据上海轨道交通未来发展目标，实现从“数量增长”到“质量提升”的转型，就需要在设施设备方面给予大力的支持，由原始的人防提升为技防为主，人防兼顾的管理模式。

1.2 减少行车值班员工作强度

行车值班员作为车站最为重要的工作岗位，承担了日常运营及应急处置情况下的职责，原则上不能离开车控室至现场进行操作。采用卷帘门集中控制，可以将业务集中在车控室内处理，大大提高了工作效率。

以一座4个出入口的标准车站为例，工作人员在站厅层平面行走距离为450米，加上每个出入口行走距离以往返60米计算，总行走距离为，其中由上向下行走总距离。下表为统计的人员行走速度举例表。

表1 不同人员不同状态下行走速度举例m/s

以女性工作人员正常状态走行速度为测算依据，加上每扇卷帘门关闭或打开的行程时间以45秒计。

总行走时间为：T=T1+T2+T3

其中T1为水平行走时间，T2为从上向下行走时间，T3为卷帘门启闭的时间。

T1=（690-80）/0.75=813s

T2=80/0.3=266s

T3=45*4=180s

T=813+266+180=1259s

1259s/60=20min

按标准车站4座出入口4扇卷帘门对比，单名女性工作人员开启或关闭一次需要20分钟左右，而使用车站卷帘门集中控制系统后，开启4个出入口的总时间约为45秒，大大提高了工作效率。当出入口数量多，并且出入口长度长时，所耗费的时将更长。

1.3 运用现代化技术完善车站日常管理

目前，车站日常卷帘门开闭工作均由工作人员至现场操作，耗时较长且工作效率低下。随着新线不断开通、与地块结合开发等情况，车站出入口总数呈现稳步上升的趋势。通过车站卷帘门集中控制系统，增加了智能化的控制策略，可设定开启和关闭卷帘门的时间，在早上运营开始时自动开启卷帘门，在晚上运营结束时自动关闭卷帘门。同时，也可以设置组合控制策略，不同线路的卷帘门可同时启闭或分别启闭，达到控制人流的功能。车站工作人员只需在服务中心通过视频和反馈信号确认开关动作是否完成，无需至现场操作，可大大节约人力资源。

1.4 应急情况下高效处置要求

在故障情况下，一方面要有效对客流进行疏导，另一方面要尽快处理故障，如果还需要人员至现场对卷帘门进行操作，浪费了有限的人力资源，并增加故障影响时间，而采用远程监控后，可以在故障处置的同时对卷帘门进行远程控制，在保障安全的同时提高了故障处置效率。

2 设计原则及功能实现

针对上海轨道交通车站实际情况，完整的新增一套设备需要对既有设施进行改造，成本较大且实施性较低，因此，本研究提出基于既有车站操作系统进行功能扩充和延伸，在保证安全的前提下，实现卷帘门视频监视、语音报警及远程控制等管理功能。

2.1 兼容原则

车站卷帘门集中控制系统可以完全融入车站既有操作系统，作为原车站EMCS（机电设备监控系统）系统的功能扩展，不再形成额外的独立控制系统，保证了原车站操作系统高度完整性，避免项目实施后增加额外维保费用。

另在设备选型上可以完全贴合车站既有操作系统，便于设备采购和维护，避免由于备件不一，带来新的委外内容而发生不必要费用。

现地铁EMCS均采用PLC（可编程序控制器）系统控制，车站卷帘门集中控制系统可采用与车站PLC相同品牌或型号的PLC，在与车站系统的集成上不需要额外的硬件和软件成本，没有系统集成的环节，可加快系统的建设的进度周期。

2.2 安全原则

如何提高安全性的保护为另一重要原则，所有的远程控制，即无人值守时对设备的操作，必须建立在安全的基础上，所以设计时必须确保乘客的人身安全和设备的安全，提供多方位保护，利用系统集成优势使安全系数大大提高，体现在以下四重防护。

（1）完善既有卷帘门的限位开关保护，为第一重防护。

（2）卷帘门下设置红外对射接近开关，为第二重防护。

（3）增设碰撞探测，为第三重防护。

（4）增设语音提示，为第四重防护。

安全保护的策略可通过以上4重防护得到确保。以下通过实例场景描述，可判断系统的安全可靠性通过4重防护已完全避免了意外的发生。

通过以上的场景描述可以认为车站卷帘门集中控制系统的安全性是有充分保证的。

表2 实例场景

2.3 功能实现

（1）实现在车站既有设备监控系统上对车站出入口卷帘门进行远程监控。将车站卷帘门集中控制系统直接无缝连接于车站既有的设备监控系统，同时并入图控系统，包括合理规划车站设备监控系统网络、统筹管理设备监控系统PLC地址及程序变量、所有外部连接通过硬线可靠连接，而非通过任何通信协议转换设备，从而避免新增系统与既有设备监控系统产生无谓“缝隙”，降低系统的稳定性，另外也可方便对系统的维护保养。同时，在新增系统接入后，不影响原先在各出入口的现场手动控制。每套卷帘门设若干监视点与控制点，详细情况见下表。

表3 卷帘门监视点与控制点表

将以上输入及输出点通过硬接点方式敷设电缆连接到系统中，通过对每个需要集中控制的卷帘门进行接入到系统中，从而对系统进行集中控制。

（2）实现可在车站服务中心处（或车站控制室）对车站出入口的卷帘门进行远程监控操作。卷帘门控制操作盘（触摸屏）的增设，也能同时满足无缝接入既有的车站设备监控系统的要求。除了可实现应急单点对某扇出入口卷帘门单点开启和关闭控制要求外，也能作为其他功能控制要求的扩展，如模式控制、就地操作/远程控制允许等自动控制方面的要求，具体如下。

A.可以根据车站要求灵活设置模式控制要求，如运营模式、非运营模式、应急模式等。

B.手动正常运营模式：一键开启所有正常运行时应该开启的出入口卷帘门。

C.自动正常运营模式：根据运营时间表自动开启所有正常运行时应该开启的出入口卷帘门。

D.手动非运营模式：一键关闭所有在非运营时间应该关闭的出入口卷帘门。

E.自动非运营模式：根据运营时间表自动关闭所有在非运营时间应该关闭的出入口卷帘门。

F.应急模式：可以针对不同的应急情况触发不同的应急模式，根据控制要求自动开启或关闭某些出入口卷帘门。

车站卷帘门集中控制系统图1如下所示。

图1 车站卷帘门集中控制系统

3 工程实例

通过对10号线新江湾城站有4个设有卷帘门出入口进行试点，验证车站卷帘门集中控制系统的可行性。

图2 10号线新江湾城站4个试点出入口

3.1 系统功能

系统通过设置在新江湾城站服务中心的触摸屏，并通过软件开发定制了系统的人机界面。

车站卷帘门集中控制系统通过以上人机界面可以实现对出入口的卷帘门进行如下功能控制。

◎手动下降控制

◎手动上升控制

◎卷帘门急停控制

◎报警器停手动停止控制

◎并可以观察到如下信息

◎卷帘门处于开启状态

◎卷帘门处于关闭状态

◎红外对射1处于报警状态

◎红外对射2处于报警状态

◎碰撞探测器报警状态

3.2 系统接入

首先将系统无缝接入车站既有EMSC系统，同时并入ISCS（综合监控系统）图控系统，包括合理规划车站EMSC系统网络、统筹管理EMCS系统PLC地址及程序变量、所有外部连接通过硬线可靠连接，而非通过任何通信协议转换设备，从而避免新增系统与既有EMCS系统产生无谓“缝隙”，降低系统的稳定性，另外也可方便今后对系统的维护保养。在新增系统接入后，不影响原先在各出入口的现场手动控制，如图3所示。

3.3 操作盘

在车站服务中心处新增一台触摸屏，做为卷帘门控制操作盘。同时并入现有设备监控系统的车站级网络。

图3 卷帘门现场操作开关

3.4 远程控制箱

在车站服务中心或车站设备房区，增加一个PLC远程控制箱，同时接入现有设备监控系统的车站级网络。

3.5 碰撞探测器

在每个卷帘门底部增加了碰撞探测器，当卷帘门下降时，碰到任何阻碍物，将直接将卷帘门电机停止，加强对卷帘门安全控制。

3.6 红外线对射探头

在每个卷帘门离地1.5米处设置二对红外线对射探头2，除了卷帘门自身机械限位的保护装置外，在远程控制时通过非机械方式限位保护作为额外保护之一，如红外探测报警信号，作为卷帘门启停控制保护的依据，如有乘客在卷帘门下方时，将即刻自动取消远程控制命令，无须人为干预，保证在卷帘门关闭时对乘客的保护。

3.7 语音报警

在每个卷帘门侧设置语音报警器3，即卷帘门动作时输出语音报警，提示乘客注意安全。为了进一步加强安全，在远程控制时，语音报警可实现两个阶段报警方式。

将要动作阶段：在卷帘门动作前若干秒前，语音报警输出“卷帘门将要关闭，请勿穿行出入口”；动作阶段：语音报警输出“卷帘门正在关闭，请注意安全”。

3.8 系统整合

将触摸屏、碰撞探测器、红外线对射探头、语音报警器和卷帘门电机与PLC远程控制箱连接，通过编写PLC程序，实现卷帘门自动化控制。系统整合图如图4所示。

图4 系统整合图

4 结语

通过对10号线新江湾城站4个设有卷帘门出入口试点卷帘门集中控制，取得了一定的成功，表明该系统确实可以利用于轨道交通车站卷帘门控制。下一步需要进一步分析应用于除EMCS外其它车站操作系统的可行性，并进一步扩展至其它目前由人工操作的车站机电设备从来体现“降本增效”和“智慧地铁”的理念，为上海轨道交通超大规模网络发展提供助力。

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Rail Transit Station Entrance Control System Analysis and Integration

Shen Huixin,Dong Shoufang
(1.The Facilities Department First Operation Co., Ltd. of Shanghai Metro,Shanghai, 200000;2.Shanghai University of Engineering Science，Shanghai,200000)

According to the background of the development of very large scale network of Shanghai rail transit, the function analysis and the preliminary scheme for the centralized control of the rolling shutter door of Shanghai rail transit station is put forward Innovating design station rolling shutter doors intelligent control system can provide video surveillance, voice alarm and remote control management functions to ensure safety of the passenger and equipment to meet the requirements that the Shanghai rail transit adapts to the development of very large scale network for the mechanical and electrical equipment automation management in station

import and export control system;remote monitoring;mechanical and electrical equipment monitoring and control system integration