地鐵車站設(shè)計(jì)論文地鐵車站自動(dòng)扶梯與屏蔽門聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)研究

1、地鐵車站設(shè)計(jì)論文：地鐵車站自動(dòng)扶梯與屏蔽門聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)研究摘要從實(shí)現(xiàn)地鐵車站與站臺(tái)屏蔽門聯(lián)動(dòng)以達(dá)到自動(dòng)扶梯節(jié)能的目的出發(fā),分析該系統(tǒng)的LonWorks現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu),討論LonWorks神經(jīng)元芯片在智能節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用,舉例說明用NeuronC語言編寫系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序的方法,探討系統(tǒng)與自動(dòng)扶梯和屏蔽門的接口設(shè)計(jì),并簡要描述系統(tǒng)的組網(wǎng)和人機(jī)界面的開發(fā)。關(guān)鍵詞地鐵車站現(xiàn)場總線自動(dòng)扶梯屏蔽門 LonWorks神經(jīng)元 1 設(shè)計(jì)研究背景我國能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻,如何縮小能耗是城市軌道交通事業(yè)經(jīng)營者亟需解決的問題。以廣州為例,到2010年要建成總長255km的軌道交通線,屆時(shí)車站使用的自動(dòng)扶梯將達(dá)到1000臺(tái)

2、以上,耗電量將非常大。以廣州地鐵1號(hào)線為例,16個(gè)車站的日平均客流量分布極不平衡(見圖1),全線每月的平均客流量分布也極不平衡(見圖2)。另外,繁忙時(shí)行車間隔為4min30s,而站臺(tái)上行自動(dòng)扶梯實(shí)際運(yùn)送乘客的時(shí)間僅約30s,可見地鐵車站客流量的時(shí)空分布極不平衡。因此,有必要研究利用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)地鐵車站自動(dòng)扶梯與站臺(tái)屏蔽門的聯(lián)動(dòng),并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯根據(jù)分布不平衡的客流量智能化的進(jìn)行調(diào)整的設(shè)計(jì)方案。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 控制網(wǎng)絡(luò)      本系統(tǒng)包括:自動(dòng)扶梯與LonWorks的接口、屏蔽門與LonWorks的接口、LonWor

3、ks神經(jīng)元芯片、連接自動(dòng)扶梯的總線、車站工作站(含網(wǎng)關(guān))、車站到全線光纖環(huán)網(wǎng)的交換機(jī)、全線光纖環(huán)網(wǎng)、控制中心中央計(jì)算機(jī)8個(gè)部分。      整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用總線拓樸結(jié)構(gòu),分為n個(gè)子網(wǎng),每個(gè)車站為一個(gè)子網(wǎng)。車站工作站掛接在車站LonWorks總線上,可以對(duì)本站的自動(dòng)扶梯進(jìn)行控制。n個(gè)車站的LonWorks子網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)和光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)掛接在全線光纖環(huán)網(wǎng)(以太網(wǎng))上,控制中心中央計(jì)算機(jī)也掛接在光纖環(huán)網(wǎng)上,可以對(duì)全線的自動(dòng)扶梯進(jìn)行控制,系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。2.2 系統(tǒng)功能 站臺(tái)自動(dòng)扶梯與屏蔽門的聯(lián)動(dòng)    &#

4、160; 當(dāng)上行/下行列車到站、該側(cè)屏蔽門打開后,系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)屏蔽門打開信號(hào),然后向相應(yīng)區(qū)域的自動(dòng)扶梯傳送開啟信號(hào),這些自動(dòng)扶梯就開啟正常模式。      當(dāng)上行/下行列車離站、該側(cè)屏蔽門關(guān)閉后,系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)屏蔽門關(guān)閉信號(hào),然后向相應(yīng)區(qū)域的自動(dòng)扶梯傳送關(guān)閉信號(hào),自動(dòng)扶梯通過紅外線漫反射探測(cè)入口無人,延時(shí)運(yùn)行30s節(jié)能模式(用變頻器低速運(yùn)行)后關(guān)閉。      當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到上行/下行屏蔽門被緊急手動(dòng)開啟時(shí),馬上向所有區(qū)域的自動(dòng)扶梯傳送開啟信號(hào),車站所有的自動(dòng)扶梯開啟正常模式。此時(shí)需要在車站工作站上

5、人工進(jìn)行復(fù)位操作,才能將車站自動(dòng)扶梯轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行模式。 車站自動(dòng)扶梯的運(yùn)行圖模式      運(yùn)行圖就是車站根據(jù)每日客流量在時(shí)間上的變化來調(diào)整開啟自動(dòng)扶梯的數(shù)目和運(yùn)行模式(正常和節(jié)能模式)。例如,早7點(diǎn)9點(diǎn)是上班高峰期,故此時(shí)車站的自動(dòng)扶梯全部以正常模式開啟;而9點(diǎn)12點(diǎn)為次低峰期,則此時(shí)車站的自動(dòng)扶梯一半以正常模式開啟、一半以節(jié)能模式開啟。運(yùn)行圖模式可以制定多套,以便在不同的情況下靈活使用,如冬季模式、夏季模式、節(jié)日模式等。 車站工作站和控制中心計(jì)算機(jī)      車站工作站設(shè)置在車站控制室內(nèi),可

6、以控制車站內(nèi)的自動(dòng)扶梯;控制中心中央計(jì)算機(jī)可以控制全線車站的自動(dòng)扶梯。2.3 人機(jī)界面      人機(jī)界面可以從LonWorks網(wǎng)絡(luò)上采集信息,也可以把控制命令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的控制節(jié)點(diǎn),從而完成相應(yīng)的控制任務(wù)。3 系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)開發(fā)3.1 節(jié)點(diǎn)定義和功能分配      每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用LonWorks神經(jīng)元芯片作為應(yīng)用程序處理器。其中,節(jié)點(diǎn)1用于接收屏蔽門車站MMS發(fā)出的開門、關(guān)門、緊急開門信號(hào),通過內(nèi)部應(yīng)用程序比較內(nèi)部存儲(chǔ)的開梯數(shù)據(jù)表后,向應(yīng)開啟的自動(dòng)扶梯所在的節(jié)點(diǎn)發(fā)出開啟自動(dòng)扶梯的信號(hào);節(jié)點(diǎn)2n用于

7、接收節(jié)點(diǎn)1和車站工作站的命令,并向車站工作站反饋所在自動(dòng)扶梯的狀態(tài)信息。3.2 LonWorks與自動(dòng)扶梯的接口      LonWorks與自動(dòng)扶梯的接口應(yīng)用在節(jié)點(diǎn)2n上。節(jié)點(diǎn)2n與自動(dòng)扶梯間的信號(hào)有兩類,第一類是節(jié)點(diǎn)發(fā)送給自動(dòng)扶梯的指令上行、下行、停止,這些都是開關(guān)量。第二類是自動(dòng)扶梯發(fā)給節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息故障報(bào)警,這也是開關(guān)量。第三類是自動(dòng)扶梯發(fā)送給節(jié)點(diǎn)的梯級(jí)和扶手帶速度信號(hào),這兩個(gè)信號(hào)由節(jié)點(diǎn)比較后,節(jié)點(diǎn)決定速差是否超過設(shè)定值,如超過,則節(jié)點(diǎn)給自動(dòng)扶梯發(fā)送停止指令。以下分別討論開關(guān)量的接口和速度信號(hào)的接口。 開關(guān)量的接口  

8、;    LonWorks神經(jīng)元芯片通過IO0IO10共11個(gè)管腳與指定的外部硬件相連,這些IO管腳可以組成34種對(duì)象類型,其中就有Bitinput/output(位輸入/輸出)類型。自動(dòng)扶梯的上行、下行、停止、故障報(bào)警4個(gè)信號(hào)分別使用IO0、IO1、IO2、IO3端口,見圖4。轉(zhuǎn)貼于 中國論文下載中心 速度信號(hào)的接口     自動(dòng)扶梯有3個(gè)脈沖速度信號(hào)。第一個(gè)是安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸后端的位移傳感器,通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)采集自動(dòng)扶梯梯級(jí)的運(yùn)動(dòng)速度;第二個(gè)是安裝在左扶手帶導(dǎo)向輪主軸上的位移傳感器,通過扶手帶導(dǎo)向輪跟隨扶手帶的轉(zhuǎn)動(dòng)采集左

9、扶手帶的運(yùn)動(dòng)速度;第三個(gè)是安裝在右扶手帶導(dǎo)向輪主軸上的位移傳感器,作用同第二個(gè)傳感器。通過把這三個(gè)位移傳感器采集到的脈沖信號(hào)進(jìn)行比較,就可以判斷自動(dòng)扶梯的梯級(jí)與左右扶手帶的速度差是否超出了預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。      這里采用LonWorks神經(jīng)元芯片的Pulsecoun(脈沖計(jì)數(shù))輸入對(duì)象采集這三個(gè)脈沖信號(hào)。Pulsecount輸入對(duì)象可以在0.839s的固定時(shí)間內(nèi)對(duì)輸入管腳的輸入邊沿?cái)?shù)(上升沿或下降沿)進(jìn)行計(jì)數(shù),在這個(gè)固定時(shí)間內(nèi)采集到的脈沖個(gè)數(shù)將由函數(shù)io_in()返回一個(gè)unsignedlong類型的值。在這個(gè)LonWorks系統(tǒng)中,就是從3個(gè)

10、IO口獲取數(shù)據(jù),然后分別由函數(shù)io_in()返回3個(gè)值,再比較這三個(gè)值的差來判斷梯級(jí)與扶手帶的速度差是否超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的。脈沖信號(hào)分別輸入神經(jīng)元芯片的IO5、IO6、IO7口,見圖4。3.3 屏蔽門與LonWorks的接口      屏蔽門與LonWorks的接口應(yīng)用在節(jié)點(diǎn)1上。      屏蔽門與車站EMCS系統(tǒng)的通信鏈路通過一路RS232接線連接。屏蔽門系統(tǒng)的狀態(tài)與故障情況由屏蔽門PEDC(PlatformEdgeDoorController)傳送到車站EMCS系統(tǒng)。因此,此系統(tǒng)將這條RS23

11、2連接線作為節(jié)點(diǎn)1的輸入信號(hào)。神經(jīng)元芯片3120接收串行輸入對(duì)象由管腳IO8實(shí)現(xiàn),串行輸出對(duì)象由管腳IO10實(shí)現(xiàn)。但是,這兩個(gè)管腳只有TTL輸入電平和標(biāo)準(zhǔn)CMOS電平,因此還需加上Motorola的MC145407芯片,將IO管腳的TTL電平轉(zhuǎn)換為符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的EIA232C電平。EIA232C與LonWorks神經(jīng)元芯片的接口電路見圖5。3.4 為神經(jīng)元芯片編寫應(yīng)用程序      神經(jīng)元芯片的任務(wù)調(diào)度采用事件驅(qū)動(dòng)的方式:當(dāng)給定的條件變?yōu)檎鏁r(shí),與該條件相關(guān)聯(lián)的一段代碼被執(zhí)行。NeuronC是一種專門為神經(jīng)元芯片設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)語言,以下舉例

12、說明神經(jīng)元芯片應(yīng)用程序的編寫。 自動(dòng)扶梯接收網(wǎng)絡(luò)變量并開啟、關(guān)閉的程序#include<snvt_lev.h>/包含文件#defineESC_OFF0/定義常量ESC_OFF,缺省值為0#defineESC_UP1/定義常量ESC_UP,缺省值為1#defineESC_DOWN1/定義常量ESC_DOWN,缺省值為1networkinputSNVT_lev_discnv_psd=PSD_ON;/定義網(wǎng)絡(luò)變量nv_psd:屏蔽門的狀態(tài)值networkinputSNVT_lev_discnv_esc=ESC_UP;/定義網(wǎng)絡(luò)變量nv_esc:自動(dòng)扶梯上行或下行IO_1outputbit

13、io_ESC_OFF;/將管腳IO_2聲明為位輸出對(duì)象,并命名為io_ESC_OFFIO_2outputbitio_ESC_UP;/將管腳IO_3聲明為位輸出對(duì)象,并命名為io_ESC_UPIO_3outputbitio_ESC_DOWN;/將管腳IO_4聲明為位輸出對(duì)象,并命名為io_ESC_DOWN#definePSD_ON1/定義常量PSD_ON:屏蔽門開啟為1#definePSD_OFF0/定義常量PSD_ON:屏蔽門關(guān)閉為0#definePSD_ALARM10/定義常量PSD_ALARM:屏蔽門報(bào)警為10when(nv_update_occurs(nv_esc)/當(dāng)輸入網(wǎng)絡(luò)變量的值更

14、新時(shí),執(zhí)行該任務(wù)io_out(io_ESC_DOWN,(nv_esc=ESC_UP)?ESC_OFF:ESC_DOWN);/如果nv_esc不為1,則自動(dòng)扶梯接到指令應(yīng)該下行,則io_ESC_DOWN輸出為1,自動(dòng)扶梯下行運(yùn)行if(nv_esc=ESC_DOWN)/如果收到下行指令gotoSTOP;/則不繼續(xù)執(zhí)行下面與屏蔽門聯(lián)動(dòng)的程序elsebreak;/如果沒有收到下行指令,則繼續(xù)執(zhí)行下面與屏蔽門聯(lián)動(dòng)的程序when(nv_update_occurs(nv_psd)/當(dāng)輸入網(wǎng)絡(luò)變量的值更新時(shí),執(zhí)行該任務(wù)io_out(io_ESC_OFF,(nv_psd=PSD_OFF)?ESC_OFF:ESC

15、_UP);/如果nv_psd為0,屏蔽門關(guān)閉,則io_ESC_OFF輸出為0,自動(dòng)扶梯關(guān)閉io_out(io_ESC_UP,(nv_psd=PSD_ALARM)?ESC_UP:ESC_OFF);/如果nv_psd為10,屏蔽門手動(dòng)開啟,則io_ESC_UP輸出為1,自動(dòng)扶梯上行運(yùn)行io_out(io_ESC_UP,(nv_psd=PSD_ON)?ESC_UP:ESC_OFF);/如果nv_psd為1,屏蔽門打開,則io_ESC_UP輸出為1,自動(dòng)扶梯上行運(yùn)行STOP:      以上這段程序是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)變量來在此分布式系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的。即當(dāng)節(jié)

16、點(diǎn)1發(fā)出網(wǎng)絡(luò)變量nv_psd時(shí),節(jié)點(diǎn)2n收到此網(wǎng)絡(luò)變量,開始執(zhí)行以上的應(yīng)用程序,并向IO1IO3發(fā)送相應(yīng)的高低電平信號(hào),開啟或關(guān)閉自動(dòng)扶梯。另外,節(jié)點(diǎn)1也可以通過發(fā)送報(bào)文的形式給節(jié)點(diǎn)2n發(fā)送屏蔽門狀態(tài)信息。 節(jié)點(diǎn)1發(fā)送開啟自動(dòng)扶梯報(bào)文的程序select_ESC(nv_psd,ESC_Noumber);/調(diào)用子程序select_ESC根據(jù)nv_psd的值查表后得出應(yīng)開啟或關(guān)閉的自動(dòng)扶梯節(jié)點(diǎn)號(hào)msg_tag(ESC_Noumber);/定義報(bào)文發(fā)送對(duì)象(即自動(dòng)扶梯節(jié)點(diǎn)號(hào))#definePSD_ON1/定義常量PSD_ON:屏蔽門開啟為1#definePSD_OFF0/定義常量PSD_ON:屏蔽門關(guān)

17、閉為0#definePSD_ALARM10/定義常量PSD_ALARM:屏蔽門報(bào)警為10when(io_changes(nv_psd)to1)/當(dāng)nv_psd的值改變?yōu)?時(shí)執(zhí)行以下操作msg_out.tag=(ESC_Noumber);/報(bào)文標(biāo)簽標(biāo)志符msg_out.code=PSD_ON;/報(bào)文碼msg_out.data=1;/報(bào)文數(shù)據(jù)msg_send();/發(fā)送報(bào)文      節(jié)點(diǎn)1的神經(jīng)元芯片根據(jù)nv_psd的值,通過另外一個(gè)子程序select_ESC來判斷應(yīng)該開啟或關(guān)閉幾號(hào)自動(dòng)扶梯,而子程序select_ESC就包含了查找車站自動(dòng)扶梯使

18、用的季節(jié)模式、節(jié)日模式、省電模式等的信息的功能。以上這些功能模式都可以事先根據(jù)圖1和圖2等信息,制作成數(shù)據(jù)表,存放在神經(jīng)元芯片的ROM中。      同理,節(jié)點(diǎn)1n使用網(wǎng)絡(luò)變量或報(bào)文的形式,向車站工作站發(fā)送狀態(tài)信息;而車站工作站也通過網(wǎng)絡(luò)變量或報(bào)文,向節(jié)點(diǎn)2n發(fā)送指令信息。這樣,此系統(tǒng)的神經(jīng)元芯片應(yīng)用程序就編制完成了。3.5 安裝網(wǎng)絡(luò)      使用Echelon公司的LonProfiler和LonMaker安裝網(wǎng)絡(luò)即可。LonProfiler定義所有的網(wǎng)絡(luò)組件,LonMaker用于安裝網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)設(shè)備掛接到網(wǎng)絡(luò)上后,LonMaker可以將所有的設(shè)備整合與協(xié)調(diào)起來。3.6 人機(jī)界面的開發(fā)