關鍵詞 地鐵 車站 現(xiàn)場總線 自動扶梯 屏蔽門 LonWorks 神經(jīng)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(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,屆時車站使用的自動扶梯將達到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)。
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(diào)整的設計方案。
2 系統(tǒng)總體設計
2.1 控制網(wǎng)絡
本系統(tǒng)包括:自動扶梯與LonWorks的接口、屏蔽門與LonWorks的接口、LonWorks神經(jīng)元芯片、連接自動扶梯的總線、車站工作站(含網(wǎng)關)、車站到全線光纖環(huán)網(wǎng)的交換機、全線光纖環(huán)網(wǎng)、控制中心中央計算機8個部分。
整個網(wǎng)絡采用總線拓樸結構,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(wǎng)通過網(wǎng)關和光纖環(huán)網(wǎng)交換機掛接在全線光纖環(huán)網(wǎng)(以太網(wǎng))上,控制中心中央計算機也掛接在光纖環(huán)網(wǎng)上,可以對全線的自動扶梯進行控制,系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構如圖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
當上行/下行列車到站、該側(cè)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(cè)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)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(zhuǎn)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(diào)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(nèi),可以控制車站內(nèi)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(wǎng)絡上采集信息,也可以把控制命令發(fā)送給網(wǎng)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(wǎng)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(jīng)元芯片作為應用程序處理器。其中,節(jié)點1用于接收屏蔽門車站MMS發(fā)出的開門、關門、緊急開門信號,通過內(nèi)部應用程序比較內(nèi)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;節(jié)點2~n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~n上。節(jié)點2~n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神經(jīng)元芯片通過IO0~IO10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Bitbbbbb/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。
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)動電機主軸后端的位移傳感器,通過電機的轉(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(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(jīng)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(nèi)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(nèi)采集到的脈沖個數(shù)將由函數(shù)io_in()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(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的接口應用在節(jié)點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(PlatbbbbEdgeDoorController)傳送到車站EMCS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IO8實現(xiàn),串行輸出對象由管腳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標準的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)元芯片編寫應用程序
神經(jīng)元芯片的任務調(diào)度采用事件驅(qū)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(jīng)元芯片設計的程序設計語言,以下舉例說明神經(jīng)元芯片應用程序的編寫。
3.4.1 自動扶梯接收網(wǎng)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1
networkbbbbbSNVT_lev_discnv_psd=PSD_ON; //定義網(wǎng)絡變量nv_psd:屏蔽門的狀態(tài)值
networkbbbbbSNVT_lev_discnv_esc=ESC_UP; //定義網(wǎng)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_OFF
IO_2outputbitio_ESC_UP; //將管腳IO_3聲明為位輸出對象,并命名為io_ESC_UP
IO_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10
when(nv_update_occurs(nv_esc)) //當輸入網(wǎng)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_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(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(wǎng)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,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(wǎng)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(wǎng)絡變量nv_psd時,節(jié)點2~n收到此網(wǎng)絡變量,開始執(zhí)行以上的應用程序,并向IO1~IO3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2~n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
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_ON:屏蔽門關閉為0
#definePSD_ALARM10 //定義常量PSD_ALARM:屏蔽門報警為10
when(io_changes(nv_psd)to1) //當nv_psd的值改變?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(jīng)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(jīng)元芯片的ROM中。
同理,節(jié)點1~n使用網(wǎng)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(wǎng)絡變量或報文,向節(jié)點2~n發(fā)送指令信息。這樣,此系統(tǒng)的神經(jīng)元芯片應用程序就編制完成了。
3.5 安裝網(wǎng)絡
使用Echelon公司的LonProfiler和LonMaker安裝網(wǎng)絡即可。LonProfiler定義所有的網(wǎng)絡組件,LonMaker用于安裝網(wǎng)絡。當設備掛接到網(wǎng)絡上后,LonMaker可以將所有的設備整合與協(xié)調(diào)起來。
3.6 人機界面的開發(fā)
此系統(tǒng)的人機界面可由美國WonderWare公司的InTouch組態(tài)軟件設計完成。
4 結語
隨著現(xiàn)場總線技術的日益成熟和大眾化,使更多的設備有了低成本、高效率、高可靠性的實現(xiàn)集中和智能監(jiān)控的可能。LonWorks現(xiàn)場總線技術雖然是一項新技術,但它突出的優(yōu)點使得LonWorks總線成為當前最為流行的現(xiàn)場總線之一。通過運用這一技術,使地鐵車站自動扶梯實現(xiàn)與屏蔽門聯(lián)動的智能控制,是有很大的應用前景的。
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：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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