1、地鐵車站設計論文：地鐵車站自動扶梯與屏蔽門聯動設計研究摘要從實現地鐵車站與站臺屏蔽門聯動以達到自動扶梯節能的目的出發,分析該系統的LonWorks現場總線結構,討論LonWorks神經元芯片在智能節點中的應用,舉例說明用NeuronC語言編寫系統節點應用程序的方法,探討系統與自動扶梯和屏蔽門的接口設計,并簡要描述系統的組網和人機界面的開發。關鍵詞地鐵車站現場總線自動扶梯屏蔽門 LonWorks神經元 1 設計研究背景我國能源形勢日益嚴峻,如何縮小能耗是城市軌道交通事業經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,屆時車站使用的自動扶梯將達到1000臺

2、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4min30s,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LonWorks現場總線技術實現地鐵車站自動扶梯與站臺屏蔽門的聯動,并且實現自動扶梯根據分布不平衡的客流量智能化的進行調整的設計方案。2 系統總體設計2.1 控制網絡      本系統包括:自動扶梯與LonWorks的接口、屏蔽門與LonWorks的接口、LonWor

3、ks神經元芯片、連接自動扶梯的總線、車站工作站(含網關)、車站到全線光纖環網的交換機、全線光纖環網、控制中心中央計算機8個部分。      整個網絡采用總線拓樸結構,分為n個子網,每個車站為一個子網。車站工作站掛接在車站LonWorks總線上,可以對本站的自動扶梯進行控制。n個車站的LonWorks子網通過網關和光纖環網交換機掛接在全線光纖環網(以太網)上,控制中心中央計算機也掛接在光纖環網上,可以對全線的自動扶梯進行控制,系統的網絡結構如圖3所示。2.2 系統功能 站臺自動扶梯與屏蔽門的聯動    &#

4、160; 當上行/下行列車到站、該側屏蔽門打開后,系統自動檢測屏蔽門打開信號,然后向相應區域的自動扶梯傳送開啟信號,這些自動扶梯就開啟正常模式。      當上行/下行列車離站、該側屏蔽門關閉后,系統自動檢測屏蔽門關閉信號,然后向相應區域的自動扶梯傳送關閉信號,自動扶梯通過紅外線漫反射探測入口無人,延時運行30s節能模式(用變頻器低速運行)后關閉。      當系統檢測到上行/下行屏蔽門被緊急手動開啟時,馬上向所有區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模式。此時需要在車站工作站上

5、人工進行復位操作,才能將車站自動扶梯轉為正常運行模式。 車站自動扶梯的運行圖模式      運行圖就是車站根據每日客流量在時間上的變化來調整開啟自動扶梯的數目和運行模式(正常和節能模式)。例如,早7點9點是上班高峰期,故此時車站的自動扶梯全部以正常模式開啟;而9點12點為次低峰期,則此時車站的自動扶梯一半以正常模式開啟、一半以節能模式開啟。運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、節日模式等。 車站工作站和控制中心計算機      車站工作站設置在車站控制室內,可

6、以控制車站內的自動扶梯;控制中心中央計算機可以控制全線車站的自動扶梯。2.3 人機界面      人機界面可以從LonWorks網絡上采集信息,也可以把控制命令發送給網絡上的控制節點,從而完成相應的控制任務。3 系統控制網絡開發3.1 節點定義和功能分配      每個節點采用LonWorks神經元芯片作為應用程序處理器。其中,節點1用于接收屏蔽門車站MMS發出的開門、關門、緊急開門信號,通過內部應用程序比較內部存儲的開梯數據表后,向應開啟的自動扶梯所在的節點發出開啟自動扶梯的信號;節點2n用于

7、接收節點1和車站工作站的命令,并向車站工作站反饋所在自動扶梯的狀態信息。3.2 LonWorks與自動扶梯的接口      LonWorks與自動扶梯的接口應用在節點2n上。節點2n與自動扶梯間的信號有兩類,第一類是節點發送給自動扶梯的指令上行、下行、停止,這些都是開關量。第二類是自動扶梯發給節點的狀態信息故障報警,這也是開關量。第三類是自動扶梯發送給節點的梯級和扶手帶速度信號,這兩個信號由節點比較后,節點決定速差是否超過設定值,如超過,則節點給自動扶梯發送停止指令。以下分別討論開關量的接口和速度信號的接口。 開關量的接口  

8、;    LonWorks神經元芯片通過IO0IO10共11個管腳與指定的外部硬件相連,這些IO管腳可以組成34種對象類型,其中就有Bitinput/output(位輸入/輸出)類型。自動扶梯的上行、下行、停止、故障報警4個信號分別使用IO0、IO1、IO2、IO3端口,見圖4。轉貼于 中國論文下載中心 速度信號的接口     自動扶梯有3個脈沖速度信號。第一個是安裝在驅動電機主軸后端的位移傳感器,通過電機的轉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向輪主軸上的位移傳感器,通過扶手帶導向輪跟隨扶手帶的轉動采集左

9、扶手帶的運動速度;第三個是安裝在右扶手帶導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行比較,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定的標準。      這里采用LonWorks神經元芯片的Pulsecoun(脈沖計數)輸入對象采集這三個脈沖信號。Pulsecount輸入對象可以在0.839s的固定時間內對輸入管腳的輸入邊沿數(上升沿或下降沿)進行計數,在這個固定時間內采集到的脈沖個數將由函數io_in()返回一個unsignedlong類型的值。在這個LonWorks系統中,就是從3個

10、IO口獲取數據,然后分別由函數io_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定標準的。脈沖信號分別輸入神經元芯片的IO5、IO6、IO7口,見圖4。3.3 屏蔽門與LonWorks的接口      屏蔽門與LonWorks的接口應用在節點1上。      屏蔽門與車站EMCS系統的通信鏈路通過一路RS232接線連接。屏蔽門系統的狀態與故障情況由屏蔽門PEDC(PlatformEdgeDoorController)傳送到車站EMCS系統。因此,此系統將這條RS23

11、2連接線作為節點1的輸入信號。神經元芯片3120接收串行輸入對象由管腳IO8實現,串行輸出對象由管腳IO10實現。但是,這兩個管腳只有TTL輸入電平和標準CMOS電平,因此還需加上Motorola的MC145407芯片,將IO管腳的TTL電平轉換為符合RS232標準的EIA232C電平。EIA232C與LonWorks神經元芯片的接口電路見圖5。3.4 為神經元芯片編寫應用程序      神經元芯片的任務調度采用事件驅動的方式:當給定的條件變為真時,與該條件相關聯的一段代碼被執行。NeuronC是一種專門為神經元芯片設計的程序設計語言,以下舉例

12、說明神經元芯片應用程序的編寫。 自動扶梯接收網絡變量并開啟、關閉的程序#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;/定義網絡變量nv_psd:屏蔽門的狀態值networkinputSNVT_lev_discnv_esc=ESC_UP;/定義網絡變量nv_esc:自動扶梯上行或下行IO_1outputbit

13、io_ESC_OFF;/將管腳IO_2聲明為位輸出對象,并命名為io_ESC_OFFIO_2outputbitio_ESC_UP;/將管腳IO_3聲明為位輸出對象,并命名為io_ESC_UPIO_3outputbitio_ESC_DOWN;/將管腳IO_4聲明為位輸出對象,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:屏蔽門關閉為0#definePSD_ALARM10/定義常量PSD_ALARM:屏蔽門報警為10when(nv_update_occurs(nv_esc)/當輸入網絡變量的值更

14、新時,執行該任務io_out(io_ESC_DOWN,(nv_esc=ESC_UP)?ESC_OFF:ESC_DOWN);/如果nv_esc不為1,則自動扶梯接到指令應該下行,則io_ESC_DOWN輸出為1,自動扶梯下行運行if(nv_esc=ESC_DOWN)/如果收到下行指令gotoSTOP;/則不繼續執行下面與屏蔽門聯動的程序elsebreak;/如果沒有收到下行指令,則繼續執行下面與屏蔽門聯動的程序when(nv_update_occurs(nv_psd)/當輸入網絡變量的值更新時,執行該任務io_out(io_ESC_OFF,(nv_psd=PSD_OFF)?ESC_OFF:ESC

15、_UP);/如果nv_psd為0,屏蔽門關閉,則io_ESC_OFF輸出為0,自動扶梯關閉io_out(io_ESC_UP,(nv_psd=PSD_ALARM)?ESC_UP:ESC_OFF);/如果nv_psd為10,屏蔽門手動開啟,則io_ESC_UP輸出為1,自動扶梯上行運行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,自動扶梯上行運行STOP:      以上這段程序是應用網絡變量來在此分布式系統中進行數據共享的。即當節

16、點1發出網絡變量nv_psd時,節點2n收到此網絡變量,開始執行以上的應用程序,并向IO1IO3發送相應的高低電平信號,開啟或關閉自動扶梯。另外,節點1也可以通過發送報文的形式給節點2n發送屏蔽門狀態信息。 節點1發送開啟自動扶梯報文的程序select_ESC(nv_psd,ESC_Noumber);/調用子程序select_ESC根據nv_psd的值查表后得出應開啟或關閉的自動扶梯節點號msg_tag(ESC_Noumber);/定義報文發送對象(即自動扶梯節點號)#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

17、閉為0#definePSD_ALARM10/定義常量PSD_ALARM:屏蔽門報警為10when(io_changes(nv_psd)to1)/當nv_psd的值改變為1時執行以下操作msg_out.tag=(ESC_Noumber);/報文標簽標志符msg_out.code=PSD_ON;/報文碼msg_out.data=1;/報文數據msg_send();/發送報文      節點1的神經元芯片根據nv_psd的值,通過另外一個子程序select_ESC來判斷應該開啟或關閉幾號自動扶梯,而子程序select_ESC就包含了查找車站自動扶梯使

18、用的季節模式、節日模式、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圖1和圖2等信息,制作成數據表,存放在神經元芯片的ROM中。      同理,節點1n使用網絡變量或報文的形式,向車站工作站發送狀態信息;而車站工作站也通過網絡變量或報文,向節點2n發送指令信息。這樣,此系統的神經元芯片應用程序就編制完成了。3.5 安裝網絡      使用Echelon公司的LonProfiler和LonMaker安裝網絡即可。LonProfiler定義所有的網絡組件,LonMaker用于安裝網絡。當設備掛接到網絡上后,LonMaker可以將所有的設備整合與協調起來。3.6 人機界面的開發