站台门控制系统冗余设计的必要性与实现方式

罗洪志 广东省佛山市轨道交通发展有限公司

前言

站台门系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，它具有提供乘客上下车的通道、为乘客的候车安全提供保障、美化站台环境、减少站台内空调冷量损失、节约运营成本等作用。站台门控制系统PSC 核心控制逻辑通常采用安全继电器组、PEDC 集成电路板和PLC 控制三种方式。本文就站台门控制系统冗余设计的必要性和实现方式进行探讨和设计。

一、站台门系统介绍

(一）控制系统组成

站台门控制系统主要由中央接口盘（PSC）、就地控制盘（PSL）、就地控制盒（LCB）、门控单元（DCU）、声光报警器、通讯介质及通讯接口等设备组成。其中PSC 由主监视系统（MMS）、两个PEDC/PLC（安全继电器组）、接口设备及控制配电回路组成；门机系统由DCU、电机、减速器、传动装置和锁紧装置、行程开关等组成。典型车站有一个PSC、两个PSL、每扇滑动门一个DCU。

(二）系统控制模式

站台门系统的控制模式设置有系统级、站台级、手动操作三种正常控制模式及火灾控制模式。分别为：(1)系统级控制模式是正常运行模式下由信号系统直接对站台门进行控制的模式。(2)站台级控制模式是由列车驾驶员或者站务人员在站台PSL 上对站台门进行开/关门的控制方式。(3)手动操作是由站务人员或者乘客对站台门进行的操作，当控制系统电源故障或者单个站台门发生故障时，站务人员在站台侧使用专用钥匙或乘客在轨道侧拉动开门把手对站台门进行开关门操作，实现手动操作控制模式。(4)根据环控系统模式要求，在火灾模式或应急状态下由车站值班人员在车站控制室操作综合后备盘（IBP）的站台门紧急控制开关，配合打开滑动门，配合环控系统排烟或者疏散。

二、冗余设计

(一）安全继电器组

安全继电器组是整个控制系统都是由继电器来接收开关门信号和控制门控单元开、关门，全部采用硬线连接。安全继电器属于安全部件，与一般继电器不同，它具有强制导向接点结构，即使在接点熔接时也能确保安全功能。

按标准车站站台门控制系统的安全继电器组控制回路（如图1）IBP、PSL 和SIG 开、关门的继电器是共用K0370 和K0371。这种控制回路，不论是正常SIG 控制、PSL 控制，还是IBP 控制都会使开门继电器K0370、K0371 频繁地得电、失电，故障几率大大增加，而一旦其中一个开门继电器发生故障，任一控制方式都会失去对站台门开关的控制，严重影响地铁行车。

图1 ：标准车站控制回路

对控制回路进行冗余设计（如图2）的控制回路，将IBP 控制、PSL 控制都单独设置回路，IBP 新增两个开（关）门继电器K0372 和K0373，PSL 新增两个开（关）门继电器K0374 和K0375，这样所有开（关）门模式均进行了冗余设计，做到完全冗余，在任何一种控制模式下都有冗余的开门继电器，在任一种控制模式失效的情况下都不影响其他控制模式。同时系统监视每个继电器的工作状态，如发现异常，将实时报警。

图2 控制回路完全冗余

(二）PEDC 集成电路板

PEDC 由逻辑部分和控制部分组成，逻辑部分处理信号开关门的逻辑判断，带CPU 和存储器和输入/输出（I/O）设备，能通过CAN总线和DCU 通信，实时监控站台门状态，并通过网络协议上传给BAS。控制部分由多个继电器组成，配合逻辑板完成站台门开关门的指令输出。

站台门控制系统PEDC 控制原理示意图（如图3），虚线框部分为PEDC 逻辑板处理部分，控制上（下）行站台门信号开关，信号开关门有两组继电器，其中一组继电器故障，另一组可以作为备用。站台级控制模式PSL 和火灾控制模式IBP 都是用硬线直接控制。

图3 PEDC 控制原理示意图

当PEDC 逻辑板处理部分发生故障时，会影响控制系统的正常运行，对其进行冗余设计，在PEDC 逻辑板上增加一个中央处理器，功能与原中央处理器一致，并互为备用（如图4），可以保障整个控制系统运行的稳定性。当其中一个控制回路发生故障时，备用控制回路可接入电路继续使用。同时，对PSL 使能、PSL 开门、PSL 关门触点进行双触点配置，对PSL 使能继电器、IBP 使能继电器、PSL 开关门继电器、IBP 开关门继电器进行双继电器配置，所有开关门相关功能继电器都有双份冗余配置，降低某个继电器故障导致无法开关门的现象。这样通过电路部分或整体配备的冗余性可将电气电路的一个接点故障概率控制在最小限度，提高了站台门系统运行的可靠性。

图4 PEDC 控制冗余示意图

（三）PLC

运用PLC（可编程逻辑控制器）作为站台门单元控制器（PEDC）逻辑处理器，可以同时具备多接口接入、信号处理、信息管理等功能。控制部分由多个继电器组成，配合PLC 完成信号系统开关门的指令输出。站台门PSL 和IBP 控制模式也运用继电器组采用硬线构成逻辑判断功能模块，在PLC 出现故障时迅速替代PLC 完成逻辑判断任务，如图5所示。

图5 中虚线框部分是PLC 控制部分，通过PLC 实现SIG 系统开关门及一侧站台门的状态监控。当处于正常的信号系统控制模式时，PLC 接收到信号系统发来的开（关）门命令做出判断，闭合开（关）门开关使开（关）门继电器得电、站台门打开（关闭）。

图5 PLC 为核心的中央控制系统示意图

当PLC1 发生故障时，会影响控制系统的正常运行，现对其进行冗余设计，如图6所示。正常情况下两个PLC分别控制一侧站台门的监控点，当其中一个PLC 控制模块发生故障时，另一个PLC 迅速代替故障部分完成逻辑运算任务。同时，对PSL 使能、PSL 开门、PSL 关门触点进行双触点配置，对PSL 使能继电器、IBP 使能继电器、PSL 开关门继电器、IBP 开关门继电器进行双继电器配置，所有开关门相关功能继电器都有双份冗余配置，降低某个继电器故障导致无法开关门的现象。

图6 PLC 控制系统冗余设计

三、结论

站台门系统是属于乘客界面的频繁动作的设备，故障发生几率较高，且一旦发生故障，将影响运营服务质量，因此，有必要对PSC 核心控制逻辑进行冗余设计，提高系统运行的连续性。三种控制方式：(1)安全继电器组完全冗余后，任何继电器故障不影响系统的正常运行，只需更换故障继电器，同时对设备安装成本影响不大。(2)“PEDC 集成电路板”完全冗余后，逻辑控制板或任一继电器故障，系统仍能正常运行，只需更换逻辑板或故障继电器，故障排查处理简单。（3）“PLC”完全冗余后，一个PLC 故障或任何继电器故障，系统仍能正常运行，只需更换故障PLC 或故障继电器。

可见PSC 核心控制逻辑采用的三种控制方式完全冗余后利大于弊，不会因故障导致抢修不及时而影响行车，极大地减轻维保人员的抢修压力，有效提高了站台门系统的安全性和可靠性，因此，采用冗余设计具备必要性，且实现方式简单可行。