屏蔽门控制器
阅读说明：本技术 屏蔽门控制器 (Shielding door controller ) 是由 董磊 肖庆林 卢泽泉 袁钧 杨鹏 陈超 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种屏蔽门控制器,包括单片机1、单片机2、逻辑控制电路、固态继电器灭弧电路、接收继电器组、列车自动控制系统和站台单侧单元门,机械继电器驱动回路和冗余电源；单片机1和单片机2相连,逻辑控制电路分别与单片机1和单片机2相连,固态继电器灭弧电路与逻辑控制电路相连且与站台单侧单元门相连,机械继电器驱动回路与逻辑控制电路相连,且通过固态继电器灭弧电路与站台单侧单元门相连,接收继电器组分别与列车自动控制系统(ATC)和单片机1、单片机2相连；冗余电源分别与单片机1和单片机2相连。在逻辑控制部分采用集成电路替代继电器控制来提高安全性。(The invention discloses a shield door controller, which comprises a single chip microcomputer 1, a single chip microcomputer 2, a logic control circuit, a solid state relay arc extinguishing circuit, a receiving relay group, a train automatic control system, a platform single side unit door, a mechanical relay driving circuit and a redundant power supply, wherein the single chip microcomputer 2 is connected with the logic control circuit; the system comprises a single chip microcomputer 1, a single chip microcomputer 2, a logic control circuit, a solid-state relay arc extinguishing circuit, a mechanical relay driving circuit, a receiving relay group and a train automatic control system (ATC), wherein the single chip microcomputer 1 and the single chip microcomputer 2 are connected, the logic control circuit is respectively connected with the single chip microcomputer 1 and the single chip microcomputer 2, the solid-state relay arc extinguishing circuit is connected with the logic control circuit and is connected with a single-side unit door of a platform, the mechanical relay driving circuit is connected with the logic control circuit and is connected with the single-side unit door of the platform through the solid-state relay arc extinguishing circuit, and the receiving relay group is respectively connected with the automatic train control system (ATC), the single chip microcomputer 1 and the single chip microcomputer 2; the redundant power supply is respectively connected with the single chip microcomputer 1 and the single chip microcomputer 2. And an integrated circuit is adopted in the logic control part to replace the relay control so as to improve the safety.)
技术领域
本发明实施例涉及屏蔽门系统技术领域，具体涉及一种屏蔽门控制器。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展，越来越多的地铁线路采用了屏蔽门系统。从安全的角度来看，屏蔽门的存在隔离了站台候车乘客和轨道的接触，避免因拥挤而导致乘客跌落轨行区的情况发生，保障了乘客的人身安全。其次，屏蔽门的存在避免了地铁活塞风对于站台温度的影响，提高了车站空调的利用率，起到了节约能源的作用；同时，又能以最大限度地降低列车进出站时所发出的噪声，改善了乘客的候车环境。
屏蔽门系统的应用，带来了诸多便利之处，但出现故障时，对乘客安全和列车运行会产生很大的影响。市面上现有的传统屏蔽门控制器(以下简称传统 PEDC)，均采用继电器无源开关(继电器干接点)实现地铁通号命令的接收，逻辑控制和开/关门驱动输出。这种早期的设计存在诸多缺陷，如安全性、稳定性较差，寿命低、可扩展性差等等。随着现代轨道交通的蓬勃发展，地铁客流量日益增多，车站屏蔽门使用频率也逐渐增长，传统PEDC设备经过长时间高频次运行后，极易出现故障率增高，稳定性变差的现象，轻者给顾客的出行造成不便，严重的会影响整条地铁线路的正常运行。
参见图1，为传统PEDC驱动逻辑电路，传统PEDC内部控制逻辑运算依靠 15个机械继电器联动实现，由于机械继电器本身工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且继电器的机械触点开/合瞬间还会出现抖动现象，在运算过程中极易因某一继电器反应滞后和机械触点的抖动形成误动作，造成车站屏蔽门开/关异常，影响屏蔽门系统的正常运行。PEDC在驱动输出部分，由继电器无源开关(干接点)直接输出，即发送给车站屏蔽门的开/关命令信号和使能电源信号，直接通过继电器的机械触点连接到负载。单个站台单元门电磁锁“抬索”(开门时解除门的机械锁定)动作至少需要240mA瞬时电流，单台PEDC集成的6个使能驱动单元需同时驱动40扇单元门，平均每个驱动单元承担1.6A电流。电磁锁线圈属于感性负载，继电器机械触点在开/关瞬间，触点间常常会引起拉弧放电，此放电分解气体中包含的有机物会使触点产生黑色氧化物，触电会因氧化物的附着而导致接触不良。另外，放电过程中与空气中的氮和水(湿气)结合，会使触点金属生锈，随着设备使用时间的增加，氧化和生锈现象越来越严重，缩短设备使用寿命，最后造成设备故障乃至报废。继电器控制系统采用硬件接线实现，利用继电器机械触点的串联或并联及延时电路的滞后动作等组合形成控制逻辑，连接多且复杂、系统构成后，想再改变或增加功能较为困难，灵活性和可扩展性受到限制，同时继电器作为功率器件，会给电源系统带来额外的负担。基于上述传统PEDC缺陷的存在，传统PEDC 存在故障率高、误动作频繁、设备使用寿命达不到设计要求的问题。
发明内容
为此，本发明提供一种新型屏蔽门控制器，以解决现有技术中由于早期屏蔽门控制器均采用继电器无源开关实现地铁通号命令的接收，逻辑控制和开/关门驱动输出这种电路设计存在缺陷而导致的安全性、稳定性差、寿命低、可扩展性差等的问题。
为了实现上述目的，本发明设计方案采用集成电路代替传统的机械继电器进行控制逻辑运算，保证控制信号更加安全可靠，同时，在继电器输出回路上增加灭弧电路实现对继电器触点的灭弧，保护继电器触点，增加设备使用寿命。
具体的技术方案如下：
本发明提供的一种新型屏蔽门控制器，其特征在于，包括单片机1、单片机2、逻辑控制电路、固态继电器灭弧电路、接收继电器组、列车自动控制系统和站台单侧单元门、机械继电器驱动回路和冗余电源；其中，所述单片机1和所述单片机2相连，所述逻辑控制电路分别与单片机1和单片机2相连，所述固态继电器灭弧电路与所述逻辑控制电路相连且与所述站台单侧单元门相连，机械继电器驱动回路与所述逻辑控制电路相连，且通过固态继电器灭弧电路与所述站台单侧单元门相连，所述接收继电器组分别与所述列车自动控制系统(ATC)和所述单片机1和所述单片机2相连；所述冗余电源分别与单片机1和单片机2相连。
进一步的，所述单片机1和单片机2选用汽车级别的芯片S9KEAZ128A。
进一步的，所述机械继电器采用德国亨士乐生产的HDZ-468继电器。
本发明实施例具有如下优点：
本发明在逻辑控制部分采用集成电路替代继电器控制来提高安全性。并在驱动输出回路增加固态继电器灭弧电路来降低设备故障率，增加了控制器的使用寿命。
新型PEDC集成电路的机械继电器为德国亨氏乐生产的HDZ-468系列继电器，根据元器件数据手册可知，该继电器机械使用寿命为>10^7次循环，当外部不存在突变电流负载时的电气使用寿命>10^6次循环。以客流量大，列车班次频率高的上海1号线为例，上海1号线全天约270班次列车进出站，全年 98550班次，由此可分析得出，在排除外界因素的前提下，新型PEDC至少可以保证在投入使用的前10年不会出现故障，如果保养得当可进一步延长使用寿命。这已经大大超出了工业用电子设备建议使用寿命。本发明研制成功后，生产出4台样机，在屏蔽门样机上模拟出车站现场工作方式运行500000 次无故障，并投入车站实际运行13个月无故障，无误动作。通过理论和实践证明新型PEDC可完全替代传统PEDC，而且故障率更低，更加可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为为传统PEDC驱动逻辑电路；
图2为本发明提供的新型屏蔽门控制器电路图；
图3为本发明提供的新型屏蔽门控制器的动作逻辑流程图；
图4为本发明提供的单片机控制电路；
图5为本发明提供的固态继电器灭弧电路。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2，为本发明提供的新型屏蔽门控制器电路图，包括单片机1、单片机2、逻辑控制电路、固态继电器灭弧电路、接收继电器组、列车自动控制系统和站台单侧单元门、机械继电器驱动回路和冗余电源；其中，所述单片机1和所述单片机2相连，所述逻辑控制电路分别与单片机1和单片机2相连，所述固态继电器灭弧电路与所述逻辑控制电路相连且与所述站台单侧单元门相连，机械继电器驱动回路与所述逻辑控制电路相连，且通过固态继电器灭弧电路与所述站台单侧单元门相连，所述接收继电器组分别与所述列车自动控制系统(ATC)和所述单片机1和所述单片机2相连；所述冗余电源分别与单片机1和单片机2相连。
进一步的，优选的，该继电器采用德国亨士乐生产的HDZ-468系列继电器，单片机1和单片机2选用汽车级别的芯片S9KEAZ128A；所述机械继电器采用德国亨士乐生产的HDZ-468继电器。
本发明在逻辑控制部分采用集成电路替代继电器控制来提高安全性。并在驱动输出回路增加固态继电器灭弧电路来降低设备故障率，增加了控制器的使用寿命。
参见图3，为本发明提供的屏蔽门控制器的动作逻辑流程图。设备运行过程中，当接收到ATC发送的开门/关门命令时，命令通过“接收继电器组”和“信号采集电路”同时送至单片机1和单片机2，经过两个单片机逻辑运算后给出运算结果，经过逻辑控制电路判断电路对比运算结果一致后，分先后驱动“机械继电器驱动回路”和“固态继电器灭弧电路”输出控制命令给单侧站台DCU，控制屏蔽门的开/关。
参见图4为本发明提供的单片机电路，采用双冗余单片机进行逻辑控制，单片机选用汽车级别的S9KEAZ128A芯片，作为主控单片机。系统上电后，单片机系统开始工作，单片机SWD_DIO和SWD_CLK，为烧录器信号线，负责单片机程序的烧录，仿真调试；RESET信号是单片机的复位信号，外接标准的阻容复位电路。单片机采用8M时钟晶振作为时钟。INPUT 1～10为输入信号脚，负责采集“屏蔽门信号系统(ATC)”发送过来的开门、关门、关闭锁紧信号命令，并读取控制反馈信号。OUTPUT 1～9为输出信号脚，负责驱动灭弧固态继电器、机械继电器、双单片机同步脉冲信号输出。整个单片机系统采用5V供电，由隔离稳压电压供电。
参见图5为本发明提供的固态继电器灭弧电路。固态继电器灭弧电路，是以固态继电器为主的灭弧电路，固态继电器型号为Crydom生产的： CX240D5R，控制电压为3～15VDC，负载电压12～280VAC。最大负载电流5A。
本发明共集成6路固态继电器灭弧电路，为说明其工作原理，现任取其中一路“使能信号灭弧电路”来进行说明。
如图5所示，系统投入使用后，当开/关门命令到来时，“输入电源使能L1”，首先加载在机械继电器U77的7、8常开触点,当系统经过逻辑运算，确定需要输出开/关门使能信号时，单片机首先控制机械继电器U77、U78、U76吸合，待安全继电器的触点完全闭合后。此时“输入电源使能L1”信号加载至固态继电器的PORT1端，经过特定的延时时间(根据电学原理计算得出精确的延时时间)后，单片机通过CONTROL1、CONTROL2驱动固态继电器打开，“输入电源使能L1”信号经过固态继电器输出，形成“输出使能电源L1”，驱动DCU 进行开/关门动作。同理，当开/关门命令结束时，单片机首先通过CONTROL1、 CONTROL2驱动固态继电器关闭，断开负载连接，再经过特定的延时时间后，放开机械继电器U77、U78、U76的吸合状态。
本发明的逻辑控制部分电路，全部采用集成电路实现，集成电路实现逻辑控制比机械继电器逻辑安全性更强，同时采用复用技术，进一步加强安全性，其中：
电源部分采用双路冗余电源供电，分为主电源和备用电源，一旦主电源供电出现问题，可自动切换至备用电源，不影响单片机的工作。
控制部分采用双冗余单片机复用控制，只有当主从单片机逻辑运算结果完全相同时，才会执行命令，防止因单个单片机故障造成的逻辑运算错误。同时驱动逻辑控制部分电路采用脉冲同步技术，防止外围信号干扰造成误操作。本发明在驱动输出部分，增加以固态继电器为核心组成的灭弧电路。固态继电器无机械构件，吸合速度快，使用寿命长，运行无噪声。内部由双向可控硅构成，无接触点，无电弧，不产生火花，安全可靠。
当驱动输出时，单片机首先控制机械继电器使其触点接通，待机械继电器触点完全接通后，打开固态继电器，使驱动输出，这样，在机械继电器触点接通的瞬间，由于固态继电器仍处于关闭状态，触点上不会有电流流过，可以有效的避免接通瞬间的电弧。
根据以上工作原理可知，新型PEDC可以有效的解决传统PEDC继电器触点氧化、损坏的问题。可明显降低设备的故障率，同时增加设备使用寿命。
本发明采用单片机取代继电器实现逻辑控制，理论上只要存储空间足够，单片机控制逻辑数目可无限扩展，无需改变硬件电路，只需更改刷新软件即可实现控制逻辑的更改和扩展，可根据用户应用实际需求灵活的调整，单片机由中大规模集成电路组成，功率小，不会给电源系统带来额外的负担。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
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