地鐵車站自動扶梯與屏蔽門聯(lián)動設(shè)計研究

1、地鐵車站自動扶梯與屏蔽門聯(lián)動設(shè)計研究摘要從實現(xiàn)地鐵車站與站臺屏蔽門聯(lián)動以到達(dá)自動扶梯節(jié)能的目的出發(fā),分析該系統(tǒng)的lnrks現(xiàn)場總線構(gòu)造,討論lnrks神經(jīng)元芯片在智能節(jié)點中的應(yīng)用,舉例說明用neurn語言編寫系統(tǒng)節(jié)點應(yīng)用程序的方法,討論系統(tǒng)與自動扶梯和屏蔽門的接口設(shè)計,并簡要描繪系統(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)場總線自動扶梯屏蔽門lnrks神經(jīng)元1設(shè)計研究背景我國能源形勢日益嚴(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2022年要建成總長255k的軌道交通線,屆時車站使用的自動扶梯將到達(dá)1000臺以上,耗電量將非常大。以廣州地鐵1號線為例,16個車站的日

2、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,繁忙時行車間隔為4in30s,而站臺上行自動扶梯實際運送乘客的時間僅約30s,可見地鐵車站客流量的時空分布極不平衡。因此,有必要研究利用lnrks現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)地鐵車站自動扶梯與站臺屏蔽門的聯(lián)動,并且實現(xiàn)自動扶梯根據(jù)分布不平衡的客流量智能化的進(jìn)展調(diào)整的設(shè)計方案。2系統(tǒng)總體設(shè)計2.1控制網(wǎng)絡(luò)本系統(tǒng)包括:自動扶梯與lnrks的接口、屏蔽門與lnrks的接口、lnrks神經(jīng)元芯片、連接自動扶梯的總線、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)、控制中心中央計算機(jī)8個部分。整個網(wǎng)絡(luò)采用總線拓樸構(gòu)

3、造,分為n個子網(wǎng),每個車站為一個子網(wǎng)。車站工作站掛接在車站lnrks總線上,可以對本站的自動扶梯進(jìn)展控制。n個車站的lnrks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,控制中心中央計算機(jī)也掛接在光纖環(huán)網(wǎng)上,可以對全線的自動扶梯進(jìn)展控制,系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造如圖3所示。2.2系統(tǒng)功能2.2.1站臺自動扶梯與屏蔽門的聯(lián)動當(dāng)上行/下行列車到站、該側(cè)屏蔽門翻開后,系統(tǒng)自動檢測屏蔽門翻開信號,然后向相應(yīng)區(qū)域的自動扶梯傳送開啟信號,這些自動扶梯就開啟正常形式。當(dāng)上行/下行列車離站、該側(cè)屏蔽門關(guān)閉后,系統(tǒng)自動檢測屏蔽門關(guān)閉信號,然后向相應(yīng)區(qū)域的自動扶梯傳送關(guān)閉信號,自動扶梯通過紅外線漫反射探測入

4、口無人,延時運行30s節(jié)能形式(用變頻器低速運行)后關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)檢測到上行/下行屏蔽門被緊急手動開啟時,馬上向所有區(qū)域的自動扶梯傳送開啟信號,車站所有的自動扶梯開啟正常形式。此時需要在車站工作站上人工進(jìn)展復(fù)位操作,才能將車站自動扶梯轉(zhuǎn)為正常運行形式。2.2.2車站自動扶梯的運行圖形式運行圖就是車站根據(jù)每日客流量在時間上的變化來調(diào)整開啟自動扶梯的數(shù)目和運行形式(正常和節(jié)能形式)。例如,早7點9點是上班頂峰期,故此時車站的自動扶梯全部以正常形式開啟;而9點12點為次低峰期,那么此時車站的自動扶梯一半以正常形式開啟、一半以節(jié)能形式開啟。運行圖形式可以制定多套,以便在不同的情況下靈敏使用,如冬季形式、

5、夏季形式、節(jié)日形式等。2.2.3車站工作站和控制中心計算機(jī)車站工作站設(shè)置在車站控制室內(nèi),可以控制車站內(nèi)的自動扶梯;控制中心中央計算機(jī)可以控制全線車站的自動扶梯。2.3人機(jī)界面人機(jī)界面可以從lnrks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,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)點定義和功能分配每個節(jié)點采用lnrks神經(jīng)元芯片作為應(yīng)用程序處理器。其中,節(jié)點1用于接收屏蔽門車站s發(fā)出的開門、關(guān)門、緊急開門信號,通過內(nèi)部應(yīng)用程序比較內(nèi)部存儲的開梯數(shù)據(jù)表后,向應(yīng)開啟的自動扶梯所在的節(jié)點發(fā)出開啟自動扶梯的信號;節(jié)點2n用于接收節(jié)點1和車站工作站的命令,并向車站工作站反響所在自動

6、扶梯的狀態(tài)信息。3.2lnrks與自動扶梯的接口lnrks與自動扶梯的接口應(yīng)用在節(jié)點2n上。節(jié)點2n與自動扶梯間的信號有兩類,第一類是節(jié)點發(fā)送給自動扶梯的指令上行、下行、停頓,這些都是開關(guān)量。第二類是自動扶梯發(fā)給節(jié)點的狀態(tài)信息故障報警,這也是開關(guān)量。第三類是自動扶梯發(fā)送給節(jié)點的梯級和扶手帶速度信號,這兩個信號由節(jié)點比較后,節(jié)點決定速差是否超過設(shè)定值,如超過,那么節(jié)點給自動扶梯發(fā)送停頓指令。以下分別討論開關(guān)量的接口和速度信號的接口。3.2.1開關(guān)量的接口lnrks神經(jīng)元芯片通過i0i10共11個管腳與指定的外部硬件相連,這些i管腳可以組成34種對象類型,其中就有bitinput/utput(位輸

7、入/輸出)類型。自動扶梯的上行、下行、停頓、故障報警4個信號分別使用i0、i1、i2、i3端口,見圖4。3.2.2速度信號的接口自動扶梯有3個脈沖速度信號。第一個是安裝在驅(qū)動電機(jī)主軸后端的位移傳感器,通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動采集自動扶梯梯級的運動速度;第二個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)動采集左扶手帶的運動速度;第三個是安裝在右扶手帶導(dǎo)向輪主軸上的位移傳感器,作用同第二個傳感器。通過把這三個位移傳感器采集到的脈沖信號進(jìn)展比較,就可以判斷自動扶梯的梯級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lnrks神經(jīng)元芯片的pulseun(脈沖計數(shù))輸入對象采集這三

8、個脈沖信號。pulseunt輸入對象可以在0.839s的固定時間內(nèi)對輸入管腳的輸入邊沿數(shù)(上升沿或下降沿)進(jìn)展計數(shù),在這個固定時間內(nèi)采集到的脈沖個數(shù)將由函數(shù)i_in()返回一個unsignedlng類型的值。在這個lnrks系統(tǒng)中,就是從3個i口獲取數(shù)據(jù),然后分別由函數(shù)i_in()返回3個值,再比較這三個值的差來判斷梯級與扶手帶的速度差是否超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的。脈沖信號分別輸入神經(jīng)元芯片的i5、i6、i7口,見圖4。3.3屏蔽門與lnrks的接口屏蔽門與lnrks的接口應(yīng)用在節(jié)點1上。屏蔽門與車站es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ped(platfred

9、gedrntrller)傳送到車站es系統(tǒng)。因此,此系統(tǒng)將這條rs232連接線作為節(jié)點1的輸入信號。神經(jīng)元芯片3120接收串行輸入對象由管腳i8實現(xiàn),串行輸出對象由管腳i10實現(xiàn)。但是,這兩個管腳只有ttl輸入電平和標(biāo)準(zhǔn)s電平,因此還需加上trla的145407芯片,將i管腳的ttl電平轉(zhuǎn)換為符合rs232標(biāo)準(zhǔn)的eia232電平。eia232與lnrks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)動的方式:當(dāng)給定的條件變?yōu)檎鏁r,與該條件相關(guān)聯(lián)的一段代碼被執(zhí)行。neurn是一種專門為神經(jīng)元芯片設(shè)計的程序設(shè)計語言,以下舉例說明神經(jīng)元芯片應(yīng)用程序的編寫。3

10、.4.1自動扶梯接收網(wǎng)絡(luò)變量并開啟、關(guān)閉的程序#inludesnvt_lev.h/包含文件#definees_ff0/定義常量es_ff,缺省值為0#definees_up1/定義常量es_up,缺省值為1#definees_dn1/定義常量es_dn,缺省值為1netrkinputsnvt_lev_disnv_psd=psd_n;/定義網(wǎng)絡(luò)變量nv_psd:屏蔽門的狀態(tài)值netrkinputsnvt_lev_disnv_es=es_up;/定義網(wǎng)絡(luò)變量nv_es:自動扶梯上行或下行i_1utputbiti_es_ff;/將管腳i_2聲明為位輸出對象,并命名為i_es_ffi_2utputbi

11、ti_es_up;/將管腳i_3聲明為位輸出對象,并命名為i_es_upi_3utputbiti_es_dn;/將管腳i_4聲明為位輸出對象,并命名為i_es_dn#definepsd_n1/定義常量psd_n:屏蔽門開啟為1#definepsd_ff0/定義常量psd_n:屏蔽門關(guān)閉為0#definepsd_alar10/定義常量psd_alar:屏蔽門報警為10hen(nv_update_urs(nv_es)/當(dāng)輸入網(wǎng)絡(luò)變量的值更新時,執(zhí)行該任務(wù)i_ut(i_es_dn,(nv_es=es_up)?es_ff:es_dn);/假設(shè)nv_es不為1,那么自動扶梯接到指令應(yīng)該下行,那么i_es

12、_dn輸出為1,自動扶梯下行運行if(nv_es=es_dn)/假設(shè)收到下行指令gtstp;/那么不繼續(xù)執(zhí)行下面與屏蔽門聯(lián)動的程序elsebreak;/假設(shè)沒有收到下行指令,那么繼續(xù)執(zhí)行下面與屏蔽門聯(lián)動的程序hen(nv_update_urs(nv_psd)/當(dāng)輸入網(wǎng)絡(luò)變量的值更新時,執(zhí)行該任務(wù)i_ut(i_es_ff,(nv_psd=psd_ff)?es_ff:es_up);/假設(shè)nv_psd為0,屏蔽門關(guān)閉,那么i_es_ff輸出為0,自動扶梯關(guān)閉i_ut(i_es_up,(nv_psd=psd_alar)?es_up:es_ff);/假設(shè)nv_psd為10,屏蔽門手動開啟,那么i_es_

13、up輸出為1,自動扶梯上行運行i_ut(i_es_up,(nv_psd=psd_n)?es_up:es_ff);/假設(shè)nv_psd為1,屏蔽門翻開,那么i_es_up輸出為1,自動扶梯上行運行stp: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)展數(shù)據(jù)共享的。即當(dāng)節(jié)點1發(fā)出網(wǎng)絡(luò)變量nv_psd時,節(jié)點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i1i3發(fā)送相應(yīng)的上下電平信號,開啟或關(guān)閉自動扶梯。另外,節(jié)點1也可以通過發(fā)送報文的形式給節(jié)點2n發(fā)送屏蔽門狀態(tài)信息。3.4.2節(jié)點1發(fā)送開啟自動扶梯報文的程序selet_es(nv_psd,es_nuber);/調(diào)用子程序selet_es根據(jù)nv_

14、psd的值查表后得出應(yīng)開啟或關(guān)閉的自動扶梯節(jié)點號sg_tag(es_nuber);/定義報文發(fā)送對象(即自動扶梯節(jié)點號)#definepsd_n1/定義常量psd_n:屏蔽門開啟為1#definepsd_ff0/定義常量psd_n:屏蔽門關(guān)閉為0#definepsd_alar10/定義常量psd_alar:屏蔽門報警為10hen(i_hanges(nv_psd)t1)/當(dāng)nv_psd的值改變?yōu)?時執(zhí)行以下操作sg_ut.tag=(es_nuber);/報文標(biāo)簽標(biāo)志符sg_ut.de=psd_n;/報文碼sg_ut.data=1;/報文數(shù)據(jù)sg_send();/發(fā)送報文節(jié)點1的神經(jīng)元芯片根據(jù)nv

15、_psd的值,通過另外一個子程序selet_es來判斷應(yīng)該開啟或關(guān)閉幾號自動扶梯,而子程序selet_es就包含了查找車站自動扶梯使用的季節(jié)形式、節(jié)日形式、省電形式等的信息的功能。以上這些功能形式都可以事先根據(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r中。同理,節(jié)點1n使用網(wǎng)絡(luò)變量或報文的形式,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)變量或報文,向節(jié)點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eheln公司的lnprfiler和lnaker安裝網(wǎng)絡(luò)即可。lnprfiler定義所有的網(wǎng)絡(luò)組件,lnaker用于安裝網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)設(shè)備掛接到網(wǎng)絡(luò)上后,lnaker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)此系統(tǒng)的人機(jī)界面可由美國nderare公司的intuh組態(tài)軟件設(shè)計完成。4結(jié)語隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的日益成熟和群眾化,使更多的設(shè)備有了低本錢、高效率、高可靠性的實現(xiàn)集中和智能監(jiān)控的可能。lnrks現(xiàn)場總線技術(shù)雖然是一項新技術(shù),但它突出的優(yōu)點使得lnrks總線成為當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場總線之一。通過運用這一技術(shù),使地鐵車站自動扶梯實現(xiàn)與屏蔽門聯(lián)動的智能控制,是有很大的應(yīng)用前景的。參考文獻(xiàn)1陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,1999.2凌志浩.從神經(jīng)元芯片到控制網(wǎng)絡(luò).北京:北京航空航