地鐵屏蔽門障礙物系統(tǒng)的檢測(cè)+3月27號(hào)版+

1、地鐵屏蔽門障礙物系統(tǒng)的檢測(cè)目錄1 緒論3論文選題背景和研究意義3選題背景31.1.2 研究意義41.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.2.1 國外屏蔽門系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀41.2.2 國內(nèi)屏蔽門系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀51.3 論文的主要研究內(nèi)容62地鐵屏蔽門系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)72.1 地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)的構(gòu)成7門控單元（DCU: Drive Control Unit）7屏蔽門中央接口盤（PSC:Platform Screen Door Interface Panel）7就地接口盤（PSL）72.2 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的功能要求72.2.1 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的控制功能72.2.2 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的監(jiān)控功能82.3 地鐵屏蔽門系

2、統(tǒng)對(duì)障礙物檢測(cè)的功能要求82.4 電機(jī)的選型82.5 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案93 地鐵屏蔽門系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究103.1 地鐵屏蔽門障礙物探測(cè)實(shí)現(xiàn)方法的研究103.1.2 紅外光幕的探測(cè)原理103.1.3 地鐵屏蔽門障礙物探測(cè)的實(shí)現(xiàn)113.1.4 屏蔽門障礙物探測(cè)流程113.2 無刷直流電機(jī)調(diào)速控制技術(shù)的研究123.2.1 無刷直流電機(jī)調(diào)速控制策略123.2.2 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)133.2.3 模糊PID控制器的編輯13模糊PID控制器參數(shù)整定的仿真134 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真14參考文獻(xiàn)151 緒論論文選題背景和研究意義選題背景隨著我國城市軌道交通的迅速發(fā)展，地鐵作為新興的

3、交通工具，因?yàn)槠浞奖?、快捷、?zhǔn)時(shí)的特點(diǎn)受到了人們的青睞，逐漸成為了人們出行時(shí)必不可少的交通工具之一。地鐵與城市中其他交通工具相比，有效的避免了城市地面的擁擠，同樣減少了由于堵車帶來的不便，這也是人們選擇地鐵出行重要的原因之一。伴隨著我國地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，地鐵帶來的各種安全隱患也逐漸被人們所關(guān)注。地鐵的運(yùn)行具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：車輛行車密度大、停站時(shí)間短、運(yùn)送客流多、車站占地面積小等，這些都容易給乘客帶來安全隱患1。從國內(nèi)地鐵的運(yùn)行情況來看，乘客跌落站臺(tái)的事故屢屢發(fā)生，以近幾年北京地鐵為例：2010年07月，地鐵一號(hào)線天安門東站下行(向西)站臺(tái)列車進(jìn)站處有一位男乘客跳下站臺(tái)；2012年12月一名男

4、子在北京地鐵四惠站站臺(tái)上突然暈厥，掉下站臺(tái)橫臥在一根鐵軌上；2013年6月2號(hào)線朝陽門外環(huán)（東四十條方向）進(jìn)站處一名乘客掉下站臺(tái)；2014年2月，地鐵號(hào)線國貿(mào)站向西方向一名乘客跳下站臺(tái)；這幾起事故均發(fā)生在沒有安裝屏蔽門的地鐵一號(hào)線、二號(hào)線，這也引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。屏蔽門系統(tǒng)作為現(xiàn)代化城市軌道交通工程的先進(jìn)設(shè)施，是一項(xiàng)集建筑、機(jī)械、電子和控制等學(xué)科于一體的城市軌道交通高新技術(shù)2。屏蔽門系統(tǒng)在地鐵站臺(tái)屬于防護(hù)性系統(tǒng)，在地鐵站臺(tái)邊緣安裝隔離站臺(tái)和軌道的屏蔽門，通過其控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)列車車門與屏蔽門的同步操作11。屏蔽門系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：1、安全。在隧道內(nèi)運(yùn)行的地鐵列車在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的活

5、塞效應(yīng),這樣當(dāng)列車進(jìn)站時(shí)候車乘客可能會(huì)有被活塞風(fēng)吹吸的危險(xiǎn)。3安裝屏蔽門后，站臺(tái)與隧道空間分離開來，有效的避免了乘客追趕列車的現(xiàn)象，也防止了乘客或物體意外掉落站臺(tái)的發(fā)生。2、節(jié)能環(huán)保。設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)后，候車站臺(tái)與隧道完全隔開，避免了大量冷、熱氣流的交換，明顯降低空調(diào)環(huán)控系統(tǒng)電耗。在空調(diào)運(yùn)行環(huán)境不變的情況下，設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)可以降低站臺(tái)溫度23。4對(duì)于列車行駛產(chǎn)生噪聲的問題，屏蔽門系統(tǒng)在站臺(tái)和隧道中間形成了一道隔音屏障，可以有效降低噪聲約10dB(A) 25dB(A)3，提高了乘客候車的舒適度。3、降低人工成本。安裝屏蔽門后，在乘客較少的車站可以相對(duì)減少工作人員，這將減少地鐵的日常運(yùn)營管理費(fèi)用。在

6、日本由于人力資源成本較高，東京地鐵南北線安裝屏蔽門就是出于此種考慮，大大節(jié)省了人工成本。 4、拓展乘客的候車空間。安裝屏蔽門系統(tǒng)只需要25cm30cm的寬度，而在沒有屏蔽門系統(tǒng)的車站，處于安全的考慮，安全線距站臺(tái)邊緣大概有50cm60cm的距離3，因此屏蔽門既可以保障乘客的安全，也可以拓寬乘客的候車空間。1.1.2 研究意義目前屏蔽門系統(tǒng)障礙物的探測(cè)是通過計(jì)算屏蔽門關(guān)門過程中產(chǎn)生的夾緊力來判斷的。因?yàn)樵搳A緊力與電機(jī)電流存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以可通過比較門速曲線中的電機(jī)電流而獲得，如廣州地鐵就采用該方法14。國內(nèi)所使用的屏蔽門都是依托國外技術(shù)，國外的交通環(huán)境相對(duì)較好，客流量小，因而不需要高敏感的障礙物

7、檢測(cè)功能，但是由于國內(nèi)客流量比較大，應(yīng)用后屢屢發(fā)生夾人事故，若將屏蔽門預(yù)期電機(jī)電流設(shè)置過低，又會(huì)導(dǎo)致障礙物檢測(cè)過于敏感，容易造成誤判，從而影響運(yùn)營效率15,16。另外，在實(shí)際運(yùn)營中，由于車門與屏蔽門采取聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)站臺(tái)某一扇屏蔽門因故障而無法打開時(shí)，在該處等待的乘客下車時(shí)如果沒有發(fā)現(xiàn)屏蔽門鎖閉，就會(huì)撞到屏蔽門上，造成不必要的傷害；如果發(fā)現(xiàn)后改用其他車門下車，也會(huì)使乘客上下車時(shí)間延長。反之，當(dāng)列車的某個(gè)車門故障無法打開時(shí)，等待上車的乘客也可能出現(xiàn)類似事件，造成旅客上、下車混亂，干擾正常秩序，降低運(yùn)營效率17,18。隨著地鐵的飛速發(fā)展和信息化技術(shù)的推進(jìn)，屏蔽門作為乘客候車時(shí)的屏障，為每一個(gè)乘客的安

8、全保駕護(hù)航，它是地鐵系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)、地鐵管理運(yùn)營商都亟待解決的問題19；但是，即使安裝屏蔽門，也可能會(huì)有事故發(fā)生，所以開展屏蔽門系統(tǒng)安全至關(guān)控制技術(shù)的研究非常必要的20。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外屏蔽門系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 最早的屏蔽門出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代前蘇聯(lián)的列寧格勒(現(xiàn)圣彼得堡),當(dāng)時(shí)一為了保證無側(cè)站臺(tái)的安全和觀瞻，設(shè)計(jì)了一種利用區(qū)間隧道停車的車站，這就是地鐵屏蔽門的雛形。在法國，巴黎大眾運(yùn)輸公司已使用多年屏蔽門，以防止客戶進(jìn)入或落在軌道22，1970年在法國里爾的全自動(dòng)地鐵的設(shè)計(jì)中為了保證自動(dòng)行車的安全而裝配了屏蔽門。1981年，日本東京地鐵南北線上安裝了半封閉式的站臺(tái)安全門，

9、主要是為了把軌道與乘客隔離開，在保證了站臺(tái)候車乘客的安全的同時(shí)也能起到一定的降低噪音的作用23。新加坡常年氣候炎熱，空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用在地鐵運(yùn)行成本中占了相當(dāng)大的比重，為了減少空調(diào)的能源消耗，1988年，新加坡地鐵NEL線首次采用了世界地鐵第一套屏蔽門系統(tǒng)，距今已有26年歷史24。這也是世界上最早的以節(jié)能為目的的帶屏蔽門的地鐵運(yùn)行線路。1991年，日本在東京地鐵南北線上安裝了屏蔽門之后，只需司機(jī)1人操作即可，取消了站臺(tái)監(jiān)督接發(fā)列車的值班人員，降低了管理成本25。隨后,1998年中國香港機(jī)場(chǎng)快線、1999年馬來西亞吉隆坡輕軌交通二期工程、1999年英國倫敦JUBILEE延長線等工程都相繼安裝了屏蔽門

10、26。從目前地鐵屏蔽門行業(yè)的實(shí)際情況來看，,由于國外企業(yè)屏蔽門技術(shù)發(fā)展較早,使之在于國內(nèi)企業(yè)的競(jìng)爭中占據(jù)著先機(jī)和絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)23。地鐵屏蔽門領(lǐng)域，英國的西屋(Westhouse)公司為首家研發(fā)企業(yè)，該公司與瑞士卡巴(Kaba)公司、法國法維萊(Faiveley)公司和日本納博克(Nabco)公司一起，成為目前世界上擁有核心生產(chǎn)技術(shù)和主要市場(chǎng)份額(約占國際屏蔽門的90%)的廠家27。日本納博克株式會(huì)社于1956年研制出了日本第一臺(tái)自動(dòng)門,揭開了日本自動(dòng)門生產(chǎn)的第一幕。四十多年來,一直以其領(lǐng)先的技術(shù)、優(yōu)良的品質(zhì)、一流的服務(wù)屹立于日本乃至世界自動(dòng)門領(lǐng)域的最前列。納博克自動(dòng)門現(xiàn)年產(chǎn)量萬臺(tái),日本自動(dòng)門市場(chǎng)

11、占有率在50%以上,世界自動(dòng)門占有率在25%以上。法國法維萊作為屏蔽門與安全門業(yè)務(wù)的業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者,己經(jīng)安裝或正在安裝超過一萬多扇屏蔽門,這其中有的是完整配套的站臺(tái)門體,有的是會(huì)同此類站臺(tái)門體中所有關(guān)鍵的PSD核心組件一同提供給客戶。瑞士卡巴集團(tuán)有超過145年的輝煌歷史,被公認(rèn)為全球安防行業(yè)和自動(dòng)門領(lǐng)域中之領(lǐng)先企業(yè),以提供高端優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品而著稱,業(yè)務(wù)活動(dòng)遍及80多個(gè)國家和地區(qū)。集團(tuán)實(shí)行“全面通道控制”戰(zhàn)略,是一家高度專業(yè)化的公司。擁有300多項(xiàng)技術(shù)專利,提供各種一體化解決方案23。為了打開中國地鐵屏蔽門市場(chǎng)，這些公司分別與國內(nèi)的部分企業(yè)進(jìn)行合作，如廣州奧的斯電梯公司與英國西屋公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建設(shè)廣州地鐵

12、二號(hào)線屏蔽門；法維萊公司和深圳方大集團(tuán)共同承建了泰國曼谷地鐵等屏蔽門工程項(xiàng)目；瑞士卡巴公司也與江蘇金創(chuàng)集團(tuán)合作在國內(nèi)承接屏蔽門工程項(xiàng)目；日本那博克公司與重慶川儀總廠就屏蔽門項(xiàng)目也進(jìn)行著合作。1.2.2 國內(nèi)屏蔽門系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀在國內(nèi)于1997年，香港地鐵在機(jī)場(chǎng)鐵路安裝了站臺(tái)屏蔽門，為乘客上下車提供了很大的方便，另外，在新建將軍澳線新車站和北角站的2個(gè)站臺(tái)時(shí)也引進(jìn)了站臺(tái)屏蔽門。并對(duì)已運(yùn)營的原43km、38個(gè)車站的三條地下鐵路亦花了四年時(shí)間加裝屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行改造1。進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，大陸新建的地鐵線也開始考慮大量使用屏蔽門。2002年12月28日建成開通的廣州軌道交通2號(hào)

13、線（9個(gè)車站，8個(gè)區(qū)間）以及2003年6月28日首期工程全線開通（16個(gè)車站，線路），成為我國地鐵第一個(gè)應(yīng)用屏蔽門系統(tǒng)的地下軌道交通系統(tǒng)18，與未使用屏蔽門的1號(hào)線相比，減少了車站冷氣在隧道里的散失，在節(jié)能方面，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)將近減少了20的電能消耗25。隨后該項(xiàng)目技術(shù)在我國北京、上海、深圳、南京、杭州、沈陽、西安等城市新建地鐵線路中得到推廣應(yīng)用。隨著地鐵屏蔽門的普及，近年來，國內(nèi)屏蔽門制造企業(yè)致力于對(duì)地鐵屏蔽門硬件產(chǎn)品的研制以及安全至關(guān)控制系統(tǒng)的研發(fā)，形成了系列化的技術(shù)產(chǎn)品，在一定程度上打破了國外企業(yè)在這個(gè)行業(yè)的長期壟斷29，深圳方大集團(tuán)于2006年4月率先研發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化屏蔽

14、門系統(tǒng)，通過了國家評(píng)審，并且于2007年3月與深圳地鐵簽訂了一號(hào)線續(xù)建工程地鐵屏蔽門系統(tǒng)的總承包合同，標(biāo)志著我國的地鐵屏蔽門產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入世界先進(jìn)行列。1.3 論文的主要研究內(nèi)容論文重點(diǎn)是通過結(jié)合無刷直流電機(jī)控制技術(shù)、紅外光幕探測(cè)技術(shù)對(duì)地鐵屏蔽門障礙物探測(cè)方法的研究，并對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)的可行性和正確性進(jìn)行仿真測(cè)試。本論文研究內(nèi)容如下：第1章 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的研究背景與意義，概述國內(nèi)外屏蔽門系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并對(duì)我國的屏蔽門系統(tǒng)存在問題進(jìn)行分析，確定本文的研究目的和意義。第2章 對(duì)地鐵屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了地鐵屏蔽門系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)的功能。第3章 地鐵屏蔽門門控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，

15、包括地鐵屏蔽門利用紅外光幕的障礙物探測(cè)方法、無刷直流電機(jī)調(diào)速控制技術(shù)等。第4章 對(duì)屏蔽門門控系統(tǒng)控制進(jìn)行設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真結(jié)果與分析。2地鐵屏蔽門系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1 地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)的構(gòu)成地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：門控單元（DCU: Drive Control Unit）、屏蔽門中央接口盤（PSC:Platform Screen Door Interface Panel）、就地接口盤（PSL）以及其他系統(tǒng)接口以及電源設(shè)備和相關(guān)電纜。典型站配置一個(gè)中央接口盤、兩個(gè)就地控制盤、每扇滑動(dòng)門一個(gè)門控單元5。各主要部分具體功能如下：門控單元（DCU: Drive Control Uni

16、t）DCU是屏蔽門電機(jī)的監(jiān)控裝置，每一個(gè)屏蔽門均在上方的頂箱內(nèi)設(shè)置一個(gè)DCU，主要由CPU、存儲(chǔ)器、接口單元及其相關(guān)軟件組成。正常運(yùn)行情況下，由DCU控制屏蔽門的開關(guān)： PSC發(fā)送的命令DCU會(huì)迅速執(zhí)行相應(yīng)的屏蔽門的開/關(guān)、啟動(dòng)、停止操作。屏蔽門中央接口盤（PSC:Platform Screen Door Interface Panel） 中央接口盤(PSC)位于控制室，是自動(dòng)列車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)屏蔽門開關(guān)的重要控制及接口設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)接受屏蔽門狀態(tài)信號(hào)和向屏蔽門發(fā)出遠(yuǎn)程控制信號(hào)的功能。在正常情況下，系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)，PSC接受信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，對(duì)PSD進(jìn)行控制，同時(shí)反饋門狀態(tài)信號(hào)給信號(hào)系統(tǒng)，例

17、如門關(guān)閉信號(hào)等。就地接口盤（PSL） 就地接口盤是位于上行線站臺(tái)和下行線站臺(tái)出站端的控制盤，可以向控制室發(fā)出命令，通過控制室PSC向同側(cè)的DCU發(fā)出開關(guān)門信號(hào)。所有站臺(tái)均需要設(shè)置一個(gè)PSL，與列車正常停車時(shí)駕駛室的門相對(duì)應(yīng)，乘務(wù)員可以手動(dòng)操作PSL按鈕進(jìn)行屏蔽門的開關(guān)。2.2 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的功能要求地鐵屏蔽門系統(tǒng)的主要功能是控制和監(jiān)控兩大功能。2.2.1 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的控制功能屏蔽門控制系統(tǒng)采用三級(jí)控制方式，由優(yōu)先級(jí)從低到高排列有：系統(tǒng)級(jí)控制、站臺(tái)級(jí)控制和手動(dòng)操作6-7。系統(tǒng)級(jí)控制通常應(yīng)用于列車正常運(yùn)行時(shí)，由列車門控系統(tǒng)直接對(duì)屏蔽門進(jìn)行操作控制。列車進(jìn)站且停在允許誤差范圍內(nèi)時(shí)，屏蔽門系統(tǒng)接

18、受門控系統(tǒng)發(fā)送的開關(guān)門指令，中央接口盤通過通信系統(tǒng)接收命令并通過DCU實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作。站臺(tái)級(jí)控制分為兩種情況。在列車運(yùn)行出現(xiàn)緊急情況時(shí)，工作人員可以經(jīng)授權(quán)控制車控室的綜合后備盤（IBP）對(duì)屏蔽門進(jìn)行開關(guān)操作；在列車非運(yùn)行維護(hù)階段，可以由維護(hù)人員在PSL上對(duì)屏蔽門進(jìn)行操作。手動(dòng)操作是在屏蔽門操作機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)工作人員或乘客對(duì)屏蔽門進(jìn)行的操作，發(fā)生這種情況是，工作人員可以用鑰匙打開屏蔽門或乘客用開門把手打開屏蔽門。2.2.2 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的監(jiān)控功能地鐵屏蔽門系統(tǒng)的監(jiān)視功能主要包括：收集屏蔽門的操作模式、屏蔽門的運(yùn)行狀態(tài)、屏蔽門的鎖閉和互鎖解除、障礙物探測(cè)、故障報(bào)警等信息，并與上位機(jī)監(jiān)控界面建立動(dòng)畫

19、鏈接，將屏蔽門運(yùn)行過程中的各個(gè)信息直觀表示出來；同時(shí)還提供參數(shù)修改、數(shù)據(jù)下載以及遠(yuǎn)程控制的操作手動(dòng)按鈕。通過現(xiàn)場(chǎng)總線，每側(cè)站臺(tái)屏蔽門中的設(shè)備信息都被傳送到每個(gè)屏蔽門控制子系統(tǒng)的PSC上，可以通過手提電腦從PSC上查詢到設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。PSC將與運(yùn)營相關(guān)的屏蔽門狀態(tài)及故障信息、通過電纜或光纜通道發(fā)送至EMCS(機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng))進(jìn)行狀態(tài)、故障顯示,EMCS系統(tǒng)的車站控制室工作站可實(shí)現(xiàn)屏蔽門相關(guān)狀態(tài)的查詢及故障報(bào)警,并可以利用屏蔽門系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)營月報(bào)表生成、運(yùn)營故障記錄等。 地鐵屏蔽門系統(tǒng)對(duì)障礙物檢測(cè)的功能要求地鐵屏蔽門系統(tǒng)對(duì)于障礙物檢測(cè)的功能應(yīng)滿足一下要求34：1、 手動(dòng)解鎖關(guān)門延遲時(shí)間

20、：0s30s可調(diào)；2、 障礙物檢測(cè)次數(shù)：1次5次可調(diào)；3、 障礙物檢測(cè)間隔時(shí)間：0s2s可調(diào)；4、 重關(guān)門延遲停頓時(shí)間：0s10s可調(diào)；5、 障礙物探測(cè)后滑動(dòng)門打開度：零至最大凈開度。2.4 電機(jī)的選型屏蔽門系統(tǒng)要求其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要具有寬調(diào)速范圍、高可靠性的特點(diǎn)，直流電機(jī)具有優(yōu)良的控制性能，所以直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于各大驅(qū)動(dòng)裝置中。上世紀(jì)90年代，電子技術(shù)和可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用，極大地推動(dòng)了永磁無刷直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展89。無刷直流電機(jī)內(nèi)部沒有電刷和換向器，其轉(zhuǎn)子一般由永磁體構(gòu)成,，用多相繞組的定子取代電樞，用固態(tài)逆變器和軸位置檢測(cè)器組成的電子換相器取代機(jī)械換相器和電刷。無刷直流電機(jī)既具

21、有直流電機(jī)控制簡單，優(yōu)良的調(diào)速性能，且不會(huì)失步的優(yōu)點(diǎn)，又具有交流電機(jī)運(yùn)行效率高，體積小，維護(hù)方便等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于大多數(shù)伺服系統(tǒng)如驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人，機(jī)床等裝置中10。在屏蔽門控制系統(tǒng)中，我們選擇無刷直流電機(jī)作為伺服電機(jī)。2.5 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案通過上述對(duì)地鐵屏蔽門功能的描述可以看出，PCS和PSL都是通過DCU實(shí)現(xiàn)屏蔽門運(yùn)行參數(shù)的邏輯運(yùn)算過程，通過DCU 發(fā)送控制命令控制電機(jī)運(yùn)行和調(diào)速控制，再通過機(jī)械傳動(dòng)帶動(dòng)屏蔽門進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽門的控制。12同時(shí)DCU會(huì)將屏蔽門運(yùn)行中出現(xiàn)的相關(guān)信息反饋到監(jiān)控界面，為工作人員實(shí)時(shí)提供系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，方便工作人員對(duì)緊急的系統(tǒng)故障作出及時(shí)反應(yīng)。由此確定

22、地鐵屏蔽門系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖所示。圖 地鐵屏蔽門系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖在地鐵屏蔽門系統(tǒng)中，DCU門控單元作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，一方面PSC的控制命令需要先發(fā)送到DCU，再通過驅(qū)動(dòng)電路向電機(jī)發(fā)送命令來控制屏蔽門的運(yùn)行；另一方面還需要將屏蔽門運(yùn)行過程中的各種信息反饋給上位機(jī)PSC。除此之外，還給出了手動(dòng)控制模式，用于屏蔽門故障時(shí)以及系統(tǒng)維護(hù)等非正常運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)屏蔽門的功能需求，該設(shè)計(jì)方案可以滿足屏蔽門系統(tǒng)的要求。3 地鐵屏蔽門系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究3.1 地鐵屏蔽門障礙物探測(cè)實(shí)現(xiàn)方法的研究3.1.2 紅外光幕的探測(cè)原理紅外光幕是通過控制系統(tǒng)同時(shí)控制紅外發(fā)射器發(fā)送信號(hào)和紅外接收器接收信號(hào)，并將接收管探測(cè)到的信號(hào)反饋

23、給控制系統(tǒng)，這樣就形成一個(gè)保護(hù)回路。如果該回路出現(xiàn)故障，紅外光幕就會(huì)發(fā)出報(bào)警13。就一束紅外光線來說，紅外光線照射到紅外傳感器會(huì)使傳感器產(chǎn)生一定的電流，正常情況下，發(fā)射器發(fā)射的紅外光線會(huì)被接收器完全接收，此時(shí)輸出正常信號(hào)，若紅外光線被障礙物遮擋，則該電流就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，輸出報(bào)警信號(hào)31。我們通常選用特定的紅外光源，且在接收端紅外傳感器前錢加裝濾波片以防止雜光干擾，使其電流值變化更加明顯。紅外光幕是由多束紅外光束在同一個(gè)平面上平行或交錯(cuò)構(gòu)成的一面光墻，若有障礙物遮擋住該光墻的紅外光，就可產(chǎn)生信號(hào)實(shí)現(xiàn)障礙物的探測(cè)功能32。構(gòu)成紅外光幕的紅外光束示意圖如圖 3.1 所示。其中，圖3.1(a)為直

24、線掃描模式下的光束示意圖；圖3.1(b)為交叉掃描模式下的光束示意圖。(a) 直線掃描模式下的光束示意圖 (b) 交叉掃描模式下的光束示意圖圖3.1 構(gòu)成紅外光束示意圖在直線掃描模式下，系統(tǒng)只接收與紅外發(fā)射管相對(duì)應(yīng)的紅外接收管的信號(hào)，當(dāng)控制系統(tǒng)對(duì)每一對(duì)紅外發(fā)射管和接收管按照一定周期進(jìn)行循環(huán)掃描時(shí)，會(huì)形成了一面由平行的紅外光束組成的紅外光幕。在這種模式下，平行光束之間的距離則不會(huì)被掃描到，因此成為掃描盲區(qū)。在交叉掃描模式下，由于紅外發(fā)射管發(fā)出的光束具有較大的發(fā)射角，因此紅外發(fā)射管發(fā)出的光纖不光會(huì)被相對(duì)應(yīng)的紅外接收管所接收到，還會(huì)被相鄰的多組紅外接收管接收到，因此當(dāng)一個(gè)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光束時(shí)，控

25、制多個(gè)紅外接收管依次接收該發(fā)射管發(fā)射的光束，并對(duì)每條光束按照一定周期進(jìn)行循環(huán)掃描，也會(huì)形成一面由交叉光束組成的紅外光幕。在這種模式下，由于有了交叉光束，安裝的紅外發(fā)射管和紅外接收管會(huì)明顯少于直線掃描模式。 圖給出了相鄰兩對(duì)發(fā)射管互不干擾的條件，發(fā)射管的發(fā)射角為，發(fā)射管與接收管之間的距離為L，則可以計(jì)算出相鄰兩對(duì)發(fā)射管互補(bǔ)干擾的最小距離d25。d=L×tan2圖3.2 相鄰兩對(duì)發(fā)射管互不干擾條件3.1.3 地鐵屏蔽門障礙物探測(cè)的實(shí)現(xiàn)在地鐵屏蔽門系統(tǒng)紅外光幕系統(tǒng)中，由于紅外發(fā)射器和接收器安裝在地鐵屏蔽門兩側(cè)，因此發(fā)射器和接收器的距離會(huì)隨著屏蔽門之間的距離變化而變化，如果發(fā)射器發(fā)射的光源是

26、恒定的，當(dāng)屏蔽門之間的距離變化時(shí)，距離較近時(shí)接收器有可能出現(xiàn)接收強(qiáng)光而飽和，距離較遠(yuǎn)時(shí)，接收器接收到的光較弱則會(huì)使接收器產(chǎn)生誤判。因此，在地鐵屏蔽門安裝紅外光幕時(shí)，需要對(duì)光源的光強(qiáng)進(jìn)行控制，使接收器接收到的光強(qiáng)基本保持一個(gè)恒定值。我們可以采用可調(diào)電壓對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行供電33。通過單片機(jī)編程進(jìn)行供電電壓的調(diào)節(jié)，其原理框圖如圖3.3所示。圖3.3 實(shí)現(xiàn)紅外光幕原理框圖紅外光幕的紅外發(fā)射和接收通路數(shù)目理論上最大可有215 個(gè)，考慮到地鐵屏蔽門的高度和紅外光幕上下通路之間的間距，一般不會(huì)超過64 個(gè)；而地鐵屏蔽門的有效探測(cè)區(qū)域?yàn)? 900 mm(寬)×2 000 mm(高)，故紅外光幕能探測(cè)

27、到的最小障礙物直徑約為30 mm28。3.1.4 屏蔽門障礙物探測(cè)流程在滑動(dòng)門關(guān)閉期間，如果滑動(dòng)門門扇探測(cè)到障礙物，該滑動(dòng)門停止關(guān)閉（其他滑動(dòng)門繼續(xù)關(guān)閉）。該滑動(dòng)門卸掉加緊力，處于自由狀態(tài)，便于解脫被夾的人或物。經(jīng)過一定時(shí)間的延遲等待（在 010s 內(nèi)可調(diào)）后，門將嘗試再次關(guān)閉。在嘗試關(guān)閉三次（次數(shù)可調(diào)）后，如果障礙物還沒有被排除，滑動(dòng)門處于自由狀態(tài)，門狀態(tài)指示燈閃爍。此時(shí)，可通過站臺(tái)工作人員排除障礙物，手動(dòng)關(guān)閉且鎖定滑動(dòng)門；也可通過 SIG、PSL 或 IBP 重新發(fā)送開門命令，然后發(fā)送關(guān)門命令，門將以低速自動(dòng)關(guān)閉1。屏蔽門障礙物探測(cè)流程圖如圖所示。圖3.4 屏蔽門障礙物探測(cè)流程圖3.2 無

28、刷直流電機(jī)調(diào)速控制技術(shù)的研究3.2.1 無刷直流電機(jī)調(diào)速控制策略系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)、外環(huán)是速度環(huán)。其中，速度環(huán)控制器采用模糊PID 控制算法; 電流環(huán)控制器采用PID 控制算法; 這樣就可以使電流緊緊跟隨速度控制器的輸出，防止系統(tǒng)擾動(dòng)。28系統(tǒng)中PWM 占空比的控制量是先通過給定轉(zhuǎn)速與速度反饋量比較后形成偏差，經(jīng)速度環(huán)控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考量，然后與電流反饋量比較并形成偏差，最后經(jīng)電流環(huán)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后形成。系統(tǒng)通過速度環(huán)的模糊PID 控制算法和電流環(huán)的PID 控制算法的有效結(jié)合，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性，確保速度主被控量的控制質(zhì)量30。圖3.4 無刷直流電機(jī)的控制策略

29、框圖3.2.2 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)3.2.3 模糊PID控制器的編輯模糊PID控制器參數(shù)整定的仿真4 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真參考文獻(xiàn)1 勞運(yùn)敬 地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)的研究D.廣州:華南理工大學(xué),2011.2 向駿. 城市軌道交通站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)J.建筑電氣,2006, 25(2): 21-25.3 岑永明. 地鐵屏蔽門系統(tǒng)的工程技術(shù)及其應(yīng)用D.華南理工大學(xué),2010.4 朱偉峰,丁劍紅,葉倩,等.屏蔽門安裝前后地鐵車站室內(nèi)環(huán)境的比較J.全國暖通空調(diào)制冷 2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集, 2008.5 梁永波. 地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)介紹J. 科技資訊, 2009 (19): 69-69.6

30、張杰. 地鐵屏蔽門系統(tǒng)操作控制模式的探討J. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2009 (13): 18-19.7 向駿. 城市軌道站臺(tái)屏蔽門系統(tǒng)J. 四川建筑, 2006, 26(4): 114-116.8 劉錦波,張承慧.電機(jī)與拖動(dòng)M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.9 劉剛,王志強(qiáng),房建成.永磁無刷直流電機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.10 Xia C, Guo P, Shi T, et al. Speed control of brushless DC motor using genetic algorithm based fuzzy controllerC/Proceedin

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