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摘要：我国轨道交通事业发展迅速,地铁已经成为人们生活中重要的交通工具之一,然而轨道交通车站站台的安全事故屡见不鲜,且运营能耗巨大。地铁站台屏蔽门系统凭借其与站台上建结构的接口与车站站台融为一体,完美的解决了站台的安全与能耗问题,因此地铁屏蔽门系统成为当前轨道交通发展的热点问题之一。作为屏蔽门系统中的关键性部分,屏蔽门控制系统已经得到了广泛应用。
关键词：屏蔽门；控制系统；设计
地铁屏蔽门控制系统软件设计的基本思想是,采用巡检的方式,不断对各个输入端口进行检测,当检测到相应的状态信号时一进行相应的处理。对一些重要信号的检测,要采用定时中断方式,定时检测这些信号的状态。屏蔽门控制系统软件的主程序流程图如图1所示。
系统上电复位后,首先进行初始化,接着执行门宽参数的自学习程序。此后的程序是一个循环操作过程,包括开始正常运行、障碍物检测、采样电流信号、UART串口通信、CAN总线通信、PID控制以及检测输入信号,再结合当前系统状态做出相关处理,执行相应子程序,完成对屏蔽门的控制。
软件系统主要包括系统初始化程序、门宽参数自学习程序、屏蔽门控制任务程序、开关门过程控制程序、CAN总线通信程序、不完全微分增量式PID算法六个部分。
1 系统初始化程序
系统上电后,ARM7微控制器LPC2129复位,系统开始执行初始化程序,配置控制系统运行的参数,包括对LP2129、系统变量、屏蔽门运行参数、电机驱动控制程序的初始化：
1.1 LP2129初始化程序用于设置LP2129内核时钟运行模式,使能片内和片外设备,包括设置各个I/O端口的方向,设置ADC模块的转换条件、转换通道等。
1.2系统变量初始化,用于定义并初始化系统程序在运算过程中使用到的变量,如电机驱动控制程序变量、门速曲线变量、串口通信及CAN总线通信变量等。
1.3屏蔽门运行参数初始化程序,用于读取屏蔽门运行参数,包括屏蔽门开关门曲线参数,防挤压力信号产生的阂值参数等。
1.4电机驱动控制初始化程序,如设置电机控制功能模块相关的寄存器,包括设置PWM信号的开关频率、初始化AD转换模块工作方式等。
2 门宽参数自学习程序
在屏蔽门控制系统中,设计了门宽参数自学习功能。门宽参数自学习的工作过程为在屏蔽门控制系统初始化完成后,屏蔽门将以均匀慢速关门一次,第一次关门的过程为初始化关门过程,这是为了让屏蔽门运行到完全关闭的位置保证计数位置的准确性然后屏蔽门再以均匀慢速开门一次,这个过程中,单片机将记录门在打开过程中各点的位置,门在开关的过程中,与无刷直流电机同轴连接的霍尔位置传感器产生脉冲,一个脉冲就对应着门体一段固定的位移当门开到最大位置时,门停止移动,此时没有新脉冲输入到单片机,则脉冲计数器就记录了门宽参数。这一门宽参数的自动识别过程叫门宽参数自学习功能,这一程序执行的过程称为自检。
自学习过程中,定义了五个工作状态初始化关门状态、关门到位状态、等待、初始化开门状态和开门到位状态。在顺序执行完这五个过程后,控制系统就将门的位置参数存放到微控制器的存储器中,每次初始化时一该参数都需重置。识别到的门宽参数是开、关门运行的关键参数,主要用来确定门运行的过程中加速和减速的转折点,以及一些特殊功能的识别点,比如门宽刚好允许人通过的最小位置。
系统可以存储的门的位置参数不止一组,所以在门宽参数自学习运行之后系统也可以选择是否按照本次获得的参数运行,还是调用外部存储器中已经存储的己往的门宽参数。
3 屏蔽门控制程序
屏蔽门的控制过程如下所述。控制系统启动后,首先执进行自检,自检不能完成时,系统报错。自检完成后,系统处于等待状态,控制系统查询中断信号,对屏蔽门进行相应的控制。
3.1 正常操作
地铁每隔几分钟就有一个班次到达地铁站台,所以地铁屏蔽门每隔几分钟就要开关一次,正常情况下控制系统分为四个工作状态,分别是开门状态、开门结束状态、关门状态、关门结束状态。控制系统完成自检后就会等待来自列车系统或者站台的就地控制盘发出的开关门信号,进行一次开关门操作并将事件记录下来存入外部存储器。另外,系统还要不断检测手动开门信号和手动关门信号,它们属于屏蔽门的手动操作控制。由于手动操作控制具有最高优先级,因此在正常运行时一旦发现手动开门信号与手动开门信号产生,就会立刻从上图的状态循环中脱离,保持开门到位或者关门到位状态不变,直至信号消失为止。
3.2 防挤压功能
如上所述,本屏蔽门控制系统对于系统防挤压功能的实现采取了两种模式：
被动安全模式：在关门的过程中,如果电机在低速时电枢电流突然增大到微控制器设定的闭值并持续一小段时间时（为了排除关门到位时所产生的过流信号）,系统就认为遇到了障碍物或人,立即使门停下,然后控制电机反转,使门后退至容许人通过的最小门宽位置处（可编程值）停止,然后将在大约5秒钟（可编程值）后,门再自动关闭,该关闭周期将会重复3次。如果门仍然不能关闭,系统被设置为故障并且停止操作,屏蔽门完全打一开,LED显示闪烁和蜂鸣器报警,等待工作人员进行维修或者故障处理。
主动安全模式在关门的过程中如果遇到人或障碍物靠近时红外传感器动作,发出红外信号一,微控制器发出停止关门命令,直至红外信号消失且电机速度降至很低、没有过流信号时系统才可以执行关门操作。
4 结束语
目前,屏蔽门设备的大多数部分都已实现了国产化,并已投入使用但是,屏蔽门的控制部分核心技术还需要靠进口,国产化程度不高,投资昂贵。本项研究开发的目的是为了满足国内城市轨道交通快速发展的需要,打破其核心技术被国外几家企业垄断的局面,降低地铁屏蔽门设备的成本,进一步提高屏蔽门设备的国产化,使国产化的屏蔽门设备在国内地铁屏蔽门市场中占有一席之地,所以本项研究具有重要的实际意义。
参考文献
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[4]刘沃鸿. 地铁屏蔽门控制与监视系统的设计与实现[D].华南理工大学,2015.
论文作者:陈刚
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/1
标签：屏蔽门论文; 参数论文; 初始化论文; 系统论文; 关门论文; 信号论文; 控制系统论文; 《防护工程》2019年12期论文;