1、地鐵車站設計論文：地鐵車站自動扶梯與屏蔽門聯(lián)動設計研究摘 要 從實現(xiàn)地鐵車站與站臺屏蔽門聯(lián)動以達到自動扶梯節(jié)能的目的由發(fā)，分析該系統(tǒng)的LonWorks現(xiàn)場總線結構 , 討論 LonWorks 神經元芯片在智能節(jié)點中的應用, 舉例說明用 NeuronC 語言編寫系統(tǒng)節(jié)點應用程序的方法, 探討系統(tǒng)與自動扶梯和屏蔽門的接口設計, 并簡要描述系統(tǒng)的組網和人機界面的開發(fā)。關鍵詞地鐵 車站 現(xiàn)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(yè)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

2、動扶梯將達到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）。圖1廣州地鐵1號線各站H均客流款分布圖2廣州地鐵1號線各月口均客流雖分布圖另外，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(xiàn)場總線技術實現(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行調整的設計方案。2 系統(tǒng)總體設計2.1 控制 網絡本系統(tǒng)包括: 自動扶梯與LonWorks

3、的接口、屏蔽門與 LonWorks 的接口、LonWorks 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(huán)網的交換機、全線光纖環(huán)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(huán)網交換機掛接在全線光纖環(huán)網（ 以太網 ） 上 , 控制中心中央計算機也掛接在光纖環(huán)網上, 可以對全線的自動扶梯進行控制, 系統(tǒng)的網絡結構如圖3 所示。工也自踮H愕率這工忤怎,呼用 士 二控制中心中央計UE

4、! 一 _!J 睪站外 打:產二 ”!*T.二 _ I-1”附W，1 子1Qm 4i干7!，內可盧j正夕Ji必利.亡二號 叨丁E# _ 巴里產煦._, 7- 1-5，寸J5-，4d n. 】/”醺鋪i MM ls!l LC圖3 4，H、系統(tǒng)RY結內2.2系統(tǒng)功能2.2.1站臺自動扶梯與屏蔽門的聯(lián)動當上行/下行列車到站、該側屏蔽門打開后，系統(tǒng)自動檢測屏蔽門打開信號，然后向相應區(qū)域的自動扶梯傳送開啟信號，這些自動扶梯就開啟正常模式。當上行/下行列車離站、該側屏蔽門關閉后，系統(tǒng)自動檢測屏蔽門關閉信號，然后向相應區(qū)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(jié)

5、能模式（ 用變頻器低速運行） 后關閉。當系統(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模式。此時需要在車站工作站上人工進行復位操作, 才能將車站自動扶梯轉為正常運行模式。2.2.2 車站自動扶梯的運行圖模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整開啟自動扶梯的數(shù)目和運行模式（ 正常和節(jié)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(jié)能模式開啟。運行圖模式可以制定多套, 以便在不同的情

6、況下靈活使用,如冬季模式、夏季模式、節(jié)日模式等。2.2.3 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(fā)送給網絡上的控制節(jié)點, 從而完成相應的控制任務。3 系統(tǒng)控制網絡開發(fā)3.1 節(jié)點定義和功能分配每個節(jié)點采用LonWorks 神經元芯片作為應用程序處理器。其中,節(jié)點i用于接收屏蔽門車站 MMSt生的開門、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(shù)據(jù)表后, 向應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;

7、 節(jié)點 2n 用于接收節(jié)點1 和車站工作站的命令 , 并向車站工作站反饋所在自動扶梯的狀態(tài)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(jié)點2門上,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、停止 , 這些都是開關量。 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定值, 如超過 , 則節(jié)點給自動扶梯發(fā)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。3.2.1 開關量的接口LonWorks

8、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。自動昆梯故障報警 好動挾恁停止 自加修梯上行自動校禪71行有快手帶位移傳感舞阪神 年頭平帶位襁傳感器味沖電機位用傳感裾豚沖仁畫二事件密懷翳圖4 Bi【D對象和PuL-I。對管腳分配圖轉貼于中國論文下載中心http:3.2.2 速度信號的接口自動扶梯有3個脈沖速度信號。第一個是安裝在驅動電機主軸后端的位移傳感器 ，

9、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(shù) ) 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(shù)(上升沿或下降沿) 進行計數(shù), 在這個固定時間內采集到的脈沖個數(shù)將由函數(shù)io_i

10、n() 返回一個unsignedlong 類型的值。在這個 LonWorks 系統(tǒng)中 , 就是從 3 個 IO 口獲取數(shù)據(jù), 然后分別由函數(shù) 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(jié)點1 上。屏蔽門與車站EMC藻統(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 EMC朦統(tǒng)。 因此，此系統(tǒng)將

11、這條RS232連接線作為節(jié)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(xiàn)，串行輸 由對象由管腳IO10實現(xiàn)。但是，這兩個管腳只有TTL輸入電 平和標準 CMOS1平，因此還需加上 Motorola 的MC145407K 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。的接口電路她向5。 jv . I p2ol1IQ MF ZZ- 2同 告。陣-Uj 3m1L一 “uI 4(7|1 ,I0MF 伸支兀心片|crs ? rTZiTn傳躺人L I 1I 02 尸- 1拉魅用 _riT -t

12、t L . . . -. J i ， jA _ _ *I J I t二q圖5神經元芯片勺屏蔽門的率仃輸入輸出接口中百引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?yōu)檎鏁r，與該條件相關聯(lián)的一段代碼被執(zhí) 行。NeuronC是一種專門為神經元芯片設計的程序設計語言 以下舉例說明神經元芯片應用程序的編寫。3.4.1 自動扶梯接收網絡 變量并開啟、關閉的程序#include / 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

13、量 ESC_DOW缺省值為 1networkinputSNVT_lev_discnv_psd=PSD_ON;/ 定義網絡變量nv_psd: 屏蔽門的狀態(tài)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_1outputbitio_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

14、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_OlNII蔽門關閉為0#definePSD_ALARM10 / 定義常量 PSD_ALARlW蔽門報警 為 10when(nv_update_occurs(nv_esc) / 當輸入網絡變量的值更新時, 執(zhí)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_DOW輸由為1,自動扶梯下行運行if

15、(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)動的程序when(nv_update_occurs(nv_psd) / 當輸入網絡變量的值更新時, 執(zhí)行該任務io_out(io_ESC_OFF,(nv_psd=PSD_OFF)?ESC_OFF:ESC_UP); /如果nv_psd為0,屏蔽門關閉,貝U io_ESC_OFF輸由為0,自 動扶梯關閉io_out(io_ESC_UP,(nv_psd=PSD_ALARM)?ESC_UP:ESC_OFF); / 如

16、果 nv_psd 為 10, 屏蔽門手動開啟, 則 io_ESC_UP輸生為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,貝U io_ESC_UP輸由為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(tǒng)中進行數(shù)據(jù)共享的。即當節(jié)點1 發(fā)出網絡變量nv_psd 時 ,節(jié)點 2n 收到此網絡變量, 開始執(zhí)行以上的應用程序, 并向IO1IO3 發(fā)送相應的高低電平信號, 開啟或關閉自動扶梯。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

17、.2 節(jié)點 1 發(fā)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(jù) nv_psd 的值查表后得出應開啟或關閉的自動扶梯節(jié)點號msg_tag(ESC_Noumber); / 定義報文發(fā)送對象( 即自動扶梯節(jié)點號)#definePSD_ON1 /定義常量PSD_ON屏蔽門開啟為1#definePSD_OFF0 /定義常量PSD_OlNII蔽門關閉為0#definePSD_ALARM10 / 定義常量 PSD_ALARlW蔽門報警為 10when(io_changes(nv_psd)to1) / 當 nv_psd 的值

18、改變?yōu)?時執(zhí)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(shù)據(jù)msg_send(); / 發(fā)送報文節(jié)點 1 的神經元芯片根據(jù)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,存放在神經元芯片的 ROW。同理 , 節(jié)點 1n 使用網絡變量或報文的形式, 向車站工作站發(fā)送狀態(tài)信息; 而車站工作站也通過網絡變量或報文 , 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