地铁自动扶梯急停控制的敷线方式研究

2019-01-05张慎富

现代工业经济和信息化 2018年16期

张慎富

（上海电力建设有限责任公司，上海 201100）

引言

随着我国经济的快速发展，地铁建设在全国范围内也进入高峰期，乘坐地铁也成为大多数人的首选出行方式。虽然各个城市都在全力建设地铁，但是客流还是在飞速增长，自动扶梯作为地铁站内客流的主要运输工具，在为乘客提供便利的同时，对自动扶梯的运载能力及运行稳定性也面临着严峻的考验。由于地铁客流主要集中在上下班、周末及节假日时段，所以对自动扶梯是否能在满负荷重在状态下长期稳定的运行是有严格的要求，在自动扶梯安装验收时，考虑到地铁乘客集中的特点，都是要做严格的重在试验来检验扶梯的性能指标是否符合投入使用的条件的。即便如此，由于现场情况瞬息万变，也不能保证绝对的安全，所以在全国的多个城市比如北京、上海都出现过地铁扶梯伤人的情况。本文论述了自动扶梯在紧急状态下的急停按钮的施工及优化措施，以期达到快速制止事故的发生及最大可能地减少损失。

自动扶梯在运行中发生挤伤、夹伤乘客时，最有效地减少乘客伤害程度的方式就是迅速按下急停按钮，使扶梯迅速停止运行，虽然在扶梯的出入口处、或者扶梯的中部都设有急停按钮，但是对于大多数人来说，都不知如何操作。更何况在事故发生时所有人都处在慌乱状态，不能及时制停扶梯的运行，无疑会增加乘客的伤害程度。为此，在地铁站自动扶梯进行设计时，考虑到上述状况，自动扶梯在车站控制室IBP盘上都设有急停按钮，以防出现事故时，车站专业操作人员可以在最短时间内在车控室控制自动扶梯的启停。

1 地铁自动扶梯运营现状

近年来，随着地铁施工技术逐渐成熟，各个专业都在不断地进行设计优化，在确保满足功能使用的前提下，使整个系统更简洁。自动扶梯也不例外，按照现行的设计标准，自动扶梯主要由BAS对站内自动扶梯运行控制及状态监视，包含站内自动扶梯数量、接口型式、位置、控制及状态信息；由综合监控（ISCS）在IBP盘面的控制，包含控制按钮、指示灯的数量与规格。

在以往的自动扶梯设计中，车控室的急停控制是通过干触点硬线直连方式敷设一根硬线来实现控制功能。此种施工方式虽然在功能实现上没有问题，但是平均每个地铁站都有十几台以上的扶梯，每台扶梯单独引线至车控室，不但增加了施工工程量，浪费了材料，而且增加了政府的投资。

2 优化方案

就实现扶梯急停功能来说，无外乎有两种控制原理：第一种是人工介入强行切断电源；另一种是人工介入给予停梯信号，由扶梯控制箱动作，抱闸停机。在实现功能上，图1即是第一种控制原理。我们结合第二种控制原理，有两种布线方案可以实现急停功能，具体方案如下：

图1 地铁自动扶梯急停控制敷线常规布置图

2.1 方案一

由车控室IBP盘通过BAS模块箱引一根RS485通信线至自动扶梯控制箱，当在IPB盘上人工操作急停控制后，通过RS485通信线传输信号给自动扶梯控制箱，控制箱接收停梯信号动作，扶梯抱闸实现停梯（见图2）。

图2 RS485通信控制扶梯急停原理图

2.1.1 RS485通讯的优点

1）采用差分信号。差分信号最大的优势是可以抑制共模干扰，非常适用于现场环境复杂、干扰比较多的公共场所。

2）由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据是不能同时进行的，也就是说它是一种半双工通信，所以一般只需两根线，实际应用中均采用屏蔽双绞线传输，屏蔽双绞线的价格比较便宜。

3）逻辑特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+2～+6 V表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-2～-6 V表示。

4）RS485通信传输速度可以达到10 MB/s以上。

5）RS485接口的传输距离最远可以达到1 200 m左右，但是它的传输速率和传输距离是成反比的，只有在100 kB/s以下的传输速度，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离就必须要使用中继。

6）RS485接口在总线上最多允许连接128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS485接口方便地组建起设备网络。但是总线上任何时候只能有一个发送器发送。

2.1.2 RS485通讯的缺点

1）RS485是单主从结构，也就是在一个总线上只能设置一台主机，所有通讯都由这一台发起，主机不下达命令，下面的节点不能发送，而且要发完必须及时收到答复，主机收到答复后，才能向下一个节点询问。这样避免了多个节点向总线发送数据，造成数据混乱，但是这种效率很低。

2）RS485没有数据链路层，以至于它对错误无法识别，除非是有些短路故障等物理错误。这样造成的结果是，如果有一个节点损坏了，不断的向总线发送数据，最终会导致总线瘫痪。

3）在RS485网络中，若系统出现了错误，多个节点同时向总线发送数据，会导致总线出现短路，进而造成有些节点损坏。

4）因为在RS485通信网络中采用的是主从通信方式，在连接RS485通信时只是简单地将各个接口的“A”、“B”端连接起来，而忽略了信号地的连接。这种连接方法虽然在许多场合是能正常工作的，但是却有严重的隐患，因为RS485接口采用差分信号传输方式，系统只是检测两线之间的电位差来判断信号逻辑，而收发器有一定的共模电压范围。RS485收发器共模电压范围为-7～+12 V，只有电压在此范围，整个网络才能正常工作；当网络中共模电压超出此范围时就会影响通信的正常工作，甚至是节点不断的发送错误信号，导致系统瘫痪。

2.2 方案2

由车控室IBP盘通过BAS模块箱引一根硬线至自动扶梯控制箱，当在IPB盘上人工操作急停控制后，急停信号通过BAS内部通信网络传至BAS模块箱，BAS模块箱通过硬线直接控制扶梯控制箱动作，抱闸停机（见图3）。

图3 硬线控制扶梯急停原理图

1）硬线连接的优点：可靠性高，即使一个变量有问题不会影响其他变量传输；问题查找相对简单。

2）硬线连接的缺点：施工工程量较大，尤其是大量传输时，电缆施工成本较高；需要连接硬件较多，导致在设计时就要设置更多的连接机柜等硬件设施，占用的设备房空间更大；能传递的信息有限；抗干扰能力差。

3 方案确定

在选择哪种方案前，要弄明白自身的实际需求。首先，地铁自动扶梯的急停功能，是当扶梯出现紧急情况时，车站操控人员应急处理突发事件的一种保证措施，说明急停功能使用频率非常小。但是一旦要使用这个功能，就要确保它的安全性和可靠性不能出现错误，否则就会发生人身伤亡的事件。所以，使用急停功能的前提是必须保证安全可靠。其次，由于地铁站基本都是设在地下，里面通风效果不好、环境湿度大，设备的运行环境相对比较恶劣，尤其是自动扶梯是直接面对乘客使用的，所以出现问题的概率就比封闭在设备房里的设备大的多，包括一些人为无意识的损坏。所以，即便是在运行前测试的非常完善，在运行是也难免出现小的问题，这就要求设备本身包括与之相连的各种电气设备以及线路有良好的韧性及抗破坏性能。如果上面两个要求都能保证，我们才能考虑如何节约投资。

鉴于此，我们比较两种方案的优缺点，虽然RS485通信线有抗干扰能力强、通信速率快、价格便宜等优点，但是它的缺点是致命的，假如运行中一个自动扶梯的节点出现了故障或者是共模电压超出既定范围，那么这个节点会一直给主机发信号，导致网络无法检测到其他扶梯的运行状态，以至于出现网络瘫痪的情况，这种不安全因素，在地铁运行过程中是绝对不能出现的。所以，选用方案二，对于方案二中硬线连接的缺点，我们采取了一系列应对措施，比如：针对电缆成本高和连接硬件多的问题，我们将BAS模块箱设置在地铁出入口附近，这样就减少了硬线的敷设长度，BAS模块箱和IBP盘之间属于内部网络，安全性没问题，因为硬线直接连接到BAS模块箱，减少了其它硬件的设置；针对抗干扰能力差的问题，我们在设计之初就和供电专业沟通好，不和动力电缆敷设在一个电缆桥架内，消除了电磁干扰问题，至于能传递的信息有限的问题，此线路本身使用频率就很小，信息传递量没有达到饱和的程度。