论文总字数：10595字

摘 要

轨道交通是一种安全，高效，运输量大的交通运输方式,已经逐渐进入了我们的视线，特别是地铁很大程度上缓解了交通压力。由于地铁运行时会存在安全问题，为保障乘客安全，所以必须加入地铁最重要的部分——地铁屏蔽门。地铁屏蔽门利用红外线传感器，PLC可编程控制器，驱动和传动装置一起完成，通过对S7-200进行编写控制，以及感应器件的选取和传动装置的设置，来实现可以控制屏蔽门自动开/关门的功能。系统运行表明：站台两侧设置地铁屏蔽门,可以很大程度上减少轨道交通事故的发生。本设计还可以实现自动开关门，列车到站屏蔽门自动打开，乘客上车完成后，屏蔽门自动关闭的功能。

关键字：地铁屏蔽门，PLC可编程控制器，红外线传感器

Abstract：Rail transit is a safe, efficient and large-volume mode of transportation, which has gradually come into our sight, especially the subway, to a large extent, alleviating traffic pressure. In order to ensure the safety of passengers, the most important part of the subway, the shield door of the subway, must be added. Metro shielding door is accomplished by infrared sensor, PLC programmable controller, drive and transmission device. Through compiling control of S7-200, selection of induction device and setting of transmission device, the function of automatic opening/closing of shielding door can be controlled. The operation of the system shows that the installation of shield doors on both sides of the platform can greatly reduce the occurrence of rail traffic accidents. This design can also realize the function of automatic opening and closing of the shield door when the train arrives and the passengers get on the train.

Keyword:Subway screen door, PLC programmable controller , Infrared switches

目录

1绪论 5

1.1本课题研究的目的和意义 5

1.2屏蔽门系统的两大分类 6

2屏蔽门的硬件设计 7

2.1屏蔽门硬件的功能与构成 7

2.2硬件设计的控制要求 8

2.3地铁屏蔽门控制系统的总体介绍 8

2.4系统的硬件选型 9

2.5 PLC硬件接线图 11

3屏蔽门的软件设计 12

3.1屏蔽门的控制要求 12

3.2屏蔽门控制方式 15

4系统调试及总结 16

4.1总结 20

致 谢 22

附录： 23

1绪论

上世纪80年代，屏蔽门系统出现在了城市轨道交通，它是一种安全装置。屏蔽门设置在地铁月台旁，把轨道区域和站台隔开，当列车离开车站和到达车站能实现自动开关门。1988 年，新加坡的NEL地铁线第一次采用屏蔽门，不仅保障乘客的安全，而且还取得了较好的环保效果。1981年，日本采用了半高屏蔽门，在Putdown的这个地铁线，目的是把站台区域和轨道区域隔离开来。在中国，香港的机场线，那年采用了全高式屏蔽门，不但保证了乘客的人身安全，还起到了节能环保效果，更主要的是全高的屏蔽门的装饰和候车区形成了完美的装修效果，令当时的人惊叹不已。跟随着我国经济的不断增长，文明社会的不断进步，这给城镇带来了城镇化政策，这政策使得城市不断扩大化，城市交通慢慢的紧张起来，从市中心到郊区和从郊区到市中心的交通，市民都是有目共睹的。那么该怎么解决这个交通问题呢？此时，为了解决这个问题，缓解交通压力，轨道交通就进入了各个城市。最好的轨道交通工具就属地铁屏蔽门了，舒适安全，节能环保是其主要特点。所以屏蔽门有很大的市场。目前，中国的轨道交通还处于不断发展和优化状态。

1.1本课题研究的目的和意义

新闻经常报道发生关于屏蔽门事故的新闻，很多都是因为没有安装屏蔽门而造成悲剧的产生，还有就是屏蔽门夹人事件等。例如以下的屏蔽门事故：

事故一：在2015年7月，在北京地铁1号线的某个地铁站，一个30岁的男子不小心跌入轨道身亡。

事故二：2007年7月，在上海地铁1号线体育馆站，在屏蔽门灯闪和蜂鸣器响的情况下，一男子强行上地铁，最终卡在了屏蔽门和列车门中间，地铁启动后掉入轨道后身亡。

总结：假如在发生这些事故之前，这个地铁站安装了地铁屏蔽门，起到了隔离人与轨道的安全屏障作用，设置了异物探测器，起到了防夹人的作用。那么还会发生这么多的地铁安全事故吗，事故发生的根本原因就是没有安装屏蔽门，以至于让悲剧一度重演。根据以案例分析，我们非常有设计地铁屏蔽门的必要。

那么本文研究的目的就是要降低发生地铁事故的次数，保障更多乘客的人身安全。现在国家推丛环保出行，屏蔽门优点之一就是节能环保；屏蔽门还具有很强的可靠性，安装过后可以有效防止乘客坠入轨道的可能。最后还可以增加城市的形象，安装屏蔽门过后，可以让市民深切体会到政府的关怀等，可见那么安装屏蔽门的意义深远。

1.2屏蔽门系统的两大分类

屏蔽门大概可以分为两种：图1-1 全高屏蔽门 ，图1-2 半高屏蔽门

图1-1 全高屏蔽门 图1-2 半高屏蔽门

1.2.1全高封闭屏蔽门

全高封闭屏蔽门（从底往上完全密封的玻璃门）相当于在站台前边建造一个玻璃幕墙，就相当于把候车站台与铁路轨道完全隔离开来，列车到站台时，屏蔽门系统会让屏蔽门自行打开让乘客上下车，不仅保证了大家的绝对安全，更让大家不会到处瞭望，降低心理负担：还减少了空气的冷热气流失。让候车站台的声音分贝大大减小.

1.2.2半高封闭式屏蔽门

半高封闭式屏蔽门（高度达到普通人颈部的高度，上不封闭）多用于高架站，地表站；相比于全高屏蔽门减少成本，结构相对简单，还称为安全门，一般用于不封闭的车站，安装半封闭屏蔽门也是为了防止乘客无意坠入列车轨道，还保障乘客人身安全，让站台的声音分贝降低。

2屏蔽门的硬件设计

2.1屏蔽门硬件的功能与构成

屏蔽门主要由门体的结构，控制门机的系统，其他电源系统和控制系统构成。

1 机械部分

门机系统

滑动门一般是门机的系统来控制的，门机系统要由滑行轨道，电动机，滑块，锁紧的和解锁的装置，开关，确定位置的设备，传动装置等构成。

门体结构

应急门和滑动门，固定门和端门，还有底部的支撑构成屏蔽门的门体的结构，另外半高式屏蔽门在门的侧边有其他连接的结构，全高式屏蔽门上边有顶箱和另外的连接结构。

门机系统技术要求（支持）如下表2-1：

表2-1 门机系统技术要求

1：传动装置可以皮带或者是螺杆传动；

2：为了便于拆卸与安装以及维修方便，所以电动机要采取减震杆的方式；

3：锁紧的和解锁的装置要能够实现手动和自动的功能；

4：由于要满足门扇动力曲线和运动曲线，那必须采用国内外技术好的直流永磁电机，这样的点击输出转矩和调速的性能才能达到要求；

5：手动解锁装置一定要安装在容易看见并且可以轻松开启的轨道旁，不要安在站台侧，特别是半高屏蔽门，为了不让乘客在站台边上伸手越过屏蔽门去打开手动解锁装置，那么必然要采取一定的安全措施，设置的位置和高度，以及设置的形式都在考虑范围。

滑动门，应急门和端门要满足的要求如下表2-2：

表2-2 滑动门，应急门，端门需满足的条件

1：滑动门，应急门和端门和均要安装在轨道侧手动打开，在站台侧也可用钥匙打开；

2：应急门和端门都可以向站台内侧旋转90度开启；

3：滑动门必须要有锁紧的装置，当门关闭后，可避免外力作用强行将门打开；

4：滑动门做为列车正常运行时乘客上下车的其中之一，要与列车车门开启时一一对应，开门方式需采用中分双开式；

5：端门需设置在站台旁的屏蔽门与站台设备房的外墙之间，其作为站台和区间隧道及设备房这片区域的通道；

6：导向标识灯带并非屏蔽门包括的功能设备，其设置在门体上主要是其照明作用以及车站装修效果的确定。

7：半高屏蔽门固定的侧盒以及全高封闭屏蔽门的顶箱要对其做有效的维护作用，主要是半高屏蔽门两侧的固定装置和内在的设备要有较高的防护等级；

2电气部分

① 供电的电源

屏蔽门的PLC供电系统要采Q 用直流电 24V的，各个屏蔽门设备室都有各自的供电的设备。

② 控制系统

三者关系：门控单元（DCU）由控制面板（PSL）控制，PSL通过硬线连接到PSC。

2.2硬件设计的控制要求

(1)当地铁到站时，自动开关SB1工作，自动控制的系统开始启动，此时电机KM1导通，电机会正转，当达到开门限位开关SQ1的地址时，电机中止运行；

(2)屏蔽门开启后，停留30S，开始进入关门进程，执行关门，驱使电机KM2动作，电动机反转，当门到关门限位开关SQ2地址的时候，电机中止运行；

(3)如果夹到人或者夹到物体时，障碍物检测器SA1开始导通，I0.5由常闭到断开，此时KM1，KM2全部断开，屏蔽门停止关门，也可以进行手动打开屏蔽门。

2.3地铁屏蔽门控制系统的总体介绍

系统的总体组成如下图所示：

PLC

屏蔽门

红外线传感器

驱动装置

传动装置

图2-1 系统总体组成图

根据系统组成图所示，控制信号由PLC发出，让驱动装置执行，再经过传动装置来带动屏蔽门，然后再通过感应器把检测信号发送回给PLC，进行下一步度操作。如果红外线传感器检测到屏蔽门夹到人或者物品时的信号，在感应器把检测信号发回给PLC过程中阻断，待清理障碍后，重新恢复正常。驱动装置由电动机滑块，锁紧的和解锁的装置组成；一般使用皮带或者螺杆传动组成传动装置。

2.4系统的硬件选型

因为本文设计需要8个输入，3个输出，而CPU224有14个输入，10个输出，对于这设计来说足够了，所以可以选择S7-200 CPU224，并且这型号的PLC具有很高的可靠性，很强的抗干扰能力；功能完善，实用性强；易学易懂易用等。

2.4.1选取的PLC实物图如下图：

图2-2 S7-200 CPU224

2.4.2异物探测器

设计理念：当屏蔽门和列车门都关闭了并且都锁紧后，装在屏蔽门两侧间隙以及列车门两侧间隙之间的红外线异物探测仪就会发出红外线，如果此时有什么东西阻挡了光线从列车门发射到屏蔽门的时候，那么异物探测仪就会立刻发出中断阻止信号反馈给各个站台的控制机以控制列车暂停。

据调查，旧式的屏蔽门或者是电梯门都是采用接触式感应的技术，在两门关闭夹到东西的时候才会自动打开，灵敏度不够。而且接触式感应的传感器敏感度相对较低，容易出现误夹的现象，所以我们采用红外线光幕技术，以此来提高地铁门和屏蔽门的安全性。

安装位置：探测器分为两个高30CM，厚度仅仅2CM的柱状装的设备，一个是发射器，另一个则为接收器。在设计屏蔽门时，屏蔽门和列车车门之间会保留0.3米左右的空隙，把探测器装在屏蔽门两侧间隙和列车门两旁的间隙之间，此时异物探测仪就会发出红外线，两扇门之间会形成一道光墙，将其分隔成前后都只有15CM的空间，即便是夹着比较细小的物体也会因为阻断光幕，接收器收不到完整信号时，就会发出警报。最终决定把探测器安装在屏蔽门底部，这样即使是夹着不是很大的物体都会发出报警。再把探测器接到每个屏蔽门的控制单元的总开关线路上，这样当探测器探测到异物的时候就会自行打开总线路开关，让控制单元不能把关门指令发送给控制器，那么此时屏蔽门会停止关门。

2.4.3选择传感器的类型：红外线光幕传感器。

相比旧式的接触式传感器，红外线传感器实用性强，感光性好，还节能环保选取红外线光幕传感器型号为：C20-6220红外线红外线光幕传感器如下示意图该型号传感器特点：灵敏度高，抗干扰能力强，比如电磁，灯光等。

图2-3红外线光幕传感器

2.5 PLC硬件接线图

S7-200的I/O接口地址表2-3：

表 2-3 I/O接口地址表

类型	设备	PLC端子号
输入端	热继电器开关FR	I0.0
	列车到站SB1	I0.1
	站台开门SB2	I0.2
	开门限位开关SQ1	I0.3
	站台关门SB3	I0.4
	障碍物检测器SA1	I0.5
	关门限位开关SQ2	I0.6
	报警复位按钮SB4	I0.7
输出端	开门KM1	Q0.0
	关门KM2	Q0.1
	报警KM3	Q0.2

PLC与外部接线原理图如下：

热继电器

列车到站

站台开门

开门限位开关

站台关门

障碍物检测器

关门限位开关

报警复位按钮

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