地铁防淹门控制系统维修方案优化

梁洪乐

地铁防淹门控制系统维修方案优化

梁洪乐

（广州地铁有轨电车有限公司，510335，广州//助理工程师）

地铁防淹门系统是一种防灾设备。因突发事故造成地铁隧道破裂后，防淹门系统可防止江河水涌进地铁车站而造成事故的进一步扩大。一旦发生事故时，能紧急关闭闸门，封闭过江隧道，保护地铁车站人员和设备的安全。基于设备结构的特殊性和作为应急设备使用的特点，防淹门系统通常安装在地铁隧道过江段两端的地铁站端部与隧道接口处或区间内，因此防淹门控制系统的维修质量显得尤其重要。通过分析维修中遇到的门体升降、水位报警和控制系统死机等问题，提出了维修优化建议，该优化方案能够大大提高地铁防淹门系统的可靠性。

地铁；防淹门控制系统；维修优化

Author′s addressGuangzhou Metro Co.，Ltd.，510335，Guangzhou，China

1 地铁防淹门系统

防淹门系统作为地铁的防灾设备，主要应用在水系复杂、常年蓄水或地处海域海岛的地区，如广州、上海、香港等城市。因突发事故造成地铁隧道破裂后，为防止江河水涌进地铁车站而造成事故扩大，特在地铁隧道过江段两端的地铁车站端部与隧道接口处，或在区间内设置防淹门系统，以便发生事故时能紧急关闭闸门，封闭过江隧道，保护地铁车站人员和设备的安全。

根据GB 50157—2013《地铁设计规范》要求，穿越河流或湖泊等水域的地铁工程，应在其进出水域两端的适当位置设置防淹门或采取其他防淹措施。区间隧道突发事故时，防淹门系统作为一种防灾设备，是阻止江河水涌入地铁线路的有效屏障。

防淹门系统由机械设备和控制系统两部分组成。其附属设备主要有闸门、启闭机和电动锁定装置。防淹门控制系统是对防淹门系统的机械设备进行监视和控制的设备系统，包括区间隧道内水位参数检测装置、就地控制箱、车控室IBP（综合后备盘），以及与信号系统、主控系统连接的通信接口等设备。每一处地铁防淹门系统都设置有独立的控制系统，其组成如图1所示。

图1 地铁防淹门控制系统组成示意图

现场控制装置PLC（可编程逻辑控制器）完成所有的逻辑控制、数据采集与处理等功能，实时控制防淹门系统的每个子系统。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，是一种新型的通用自动化控制装置。

2 防淹门系统在广州地铁4号线的应用

广州地铁4号线（金州站—黄村站），全长46.6 km，设17座车站，在新造站—大学城南站及万胜围站—车陂南站上下行区间均设置防淹门。4号线防淹闸门采用的是平面闸门型式，其优点是可以封闭较大跨度和水头的孔口，闸门启动迅速，操作简单可靠，结构简单；其缺点是所需启闭机的容量较大。

4号线防淹门控制系统，主站采用Prem ium TSXP57103M（Schneider公司产品），从站采用M icro TSX3721101（莫迪康公司产品），总线连接采用Modbus RTU，系统网络采用光纤转RS 485总线结构与主控前端处理机连接，与IBP连接采用硬布线。每扇防淹闸门配置1套闸门控制设备，控制设备安装在相应的车站防淹门控制室。在车站控制室设有远程监控报警IBP，在门体附近设有就地控制台。PLC编程平台，可在W indows NT操作平台支持下，在系统运行过程中对PLC站的程序诊断、在线监控、修改和下载等操作都比较方便和快捷；采用符号名寻址方式，使用户参照硬件原理图进行阅读理解变得简明容易。

3 广州地铁4号线防淹门系统维修面临的问题与优化

3.1防淹门系统维修面临的问题

广州地铁4号线防淹门控制系统上行PLC采用施耐德Prem iun系列，下行PLC采用施耐德M icro系列。TSX Prem iun系列CPU TSXP 57 103 M处理器作为防淹门系统的核心，包括执行存储器、应用存储器和通信端口。存储卡选择32 Kwords，整套系统由32点输入模块和32点输出模块组成。整个控制系统按功能分成7个相对独立的部分，分别通过7个功能块（LD）来编程控制；在7个功能块之上，通过一个系统组织块（Sections）将全部控制功能块结合成一个整体。防淹门控制系统和信号系统有接口关系，当防淹门系统发出请求关闭信号时，将影响信号系统，进而影响正常排列列车运行进路和信号开放。

基于上述的结构特点和防淹门作为应急设备不常用的情况，系统的稳定性是防淹门系统维修面临的最大问题。

3.1.1 电动锁定装置

电动锁定装置是用电动启闭机的行走驱动装置驱动,由PLC通过程序设定的输出点给予传动机构推动锁定梁触动行程开关信号,使其就位锁定闸门和拉开闸门可以启闭。一扇升降式闸门配置两台同步电动锁定装置，安装在防淹门设备室内闸门门槽两侧。在闸门开门到位时，电动锁定装置推动锁定梁锁定闸门；在闸门关闭时拉开锁定梁使闸门下落关闭。同步电机需有两个行程开关，当同时到达行程开关时同时将信号反馈PLC的输入点，判断其满足条件即可执行下一步。而在日常使用（功能测试）、检修过程中如出现无法推动或只有一台同步电机锁定的问题，则视为达不到功能的基本要求。

3.1.2 启闭机

启闭机采用双钩电动启闭机,容量为2×80 kN，启闭速度为5m/m in，扬程为6m。启闭机采用预埋地胶螺栓固定在机房顶板上，其动滑轮组固定在闸门的第二根主梁腹板上。电机通过钢丝绳将门体吊挂在隧道上方，以确保列车不受影响。门体的整个升降过程需靠多个行程开关给予PLC输入信号，PLC通过一系列的行程开关和光电开关来判断是否到位、是否关断电机的电源，因此行程开关和光电开关在开关门这一环节中起着关键作用。例如，在一次日常检修过程中，测试门体无法降落，显示屏显示故障；然后通过PLC模块的输入输出点指示灯发现其中一个行程开关输入点没有输入信号；再通过点表查找该控制回路上各个节点的输入输出信号，发现其中一个行程开关故障，导致门体不能正常关闭。

3.1.3 水位计

防淹门系统通过水位计反馈信号确定水位情况。防淹门水位计共有3个（投入式），安装方向为垂直向下，3个水位计的水平位置一致。水位计接线盒可用螺丝刀拧开，接线方式为开关量输出，信号接口端分四限，每一限与PLC输入模块构成四级水位。在列车行驶时间内，不能依赖工作人员到现场确定情况，因此需要通过水位计限位反馈信号来判断是否发生水淹。如果出现水位报警，就必须在短时间内判别报警的真实性。另一种情况是低水位和高水位同时出现同时输出信号给PLC输入点，这种情况往往会引起PLC无法判断该按照哪个水位信号启动相应的程序，系统因此发出故障信息。遇到这种情况时，应到隧道中集水井处确认现场情况，通过水位直观判断是哪一水位计故障。

3.1.4 防淹门控制系统

分别新建Gate_control闸门控制主程序、S_ai水位换算及报警处理程序、S_di输入信号处理程序、Sign_system与信号系统接口程序、Water_speed水位上涨速度计算程序、Communi_mcs与MCS通信处理程序、Communi_xbt与文本显示器通信处理程序。虽说防淹门控制系统由7个独立的控制程序组成，但其相互之间并非是对立的，彼此间相互影响，每一步都需要该7个程序的反馈信号来作为变量，系统根据输入的变量自动地执行相应的操作。

PLC属于控制回路上的大脑，所有的输入输出均通过转换变成“0”或“1”。因此在控制主电路上通过辅助触点控制，无法直接控制驱动大功率设备。在维修日志的故障记录中，主要出现PLC死机或者程序丢失等问题。在故障检修中，发现PLC输入输出点与现场设备反馈信号不一致，经检查发现系统瘫痪不动作，进一步检查发现PLC程序丢失。

3.2故障分析与维修优化

在多年的防淹门检修实践中，发现防淹门系统故障主要集中于传感器的反馈、辅助电路无法控制辅助触点以及程序崩溃或丢失等问题。面对这些故障现象，攻关小组通过分析故障记录和系统数据，梳理故障类别、原因、时间和频率，找出了故障的根源，并据此提出了改进故障排查方法、优化维修流程的有效措施。

3.2.1 门体升降问题

在检修过程中经常遇到门体无法升降的问题，检查控制回路和系统数据记录发现，大部分原因是门体主程序未采集到足够的输入变量而导致的。其中行程开关及锁定梁传动装置未动作是主要原因，次要原因为驱动电机动作接触器的辅助接触触点不得电。再到现场对设备进行检查，经过分析后发现，隧道潮湿、多灰尘及列车通过时震动等因素，导致导线裸露线头处产生氧化层以及接线端子螺丝松动，这是防淹门门体无法升降的根本原因。

整改措施是：对导线裸露线头进行处理，一是把金属线压制成线鼻子，二是使用导电膏后重新接好，以提高控制回路的可靠性，从而使系统的稳定性得以提高。未整改前，因接线端子不可靠引起的问题一年有9件；整改后，此类问题一年的总数为2件，确保了系统的可靠性。

3.2.2 水位报警问题

行程开关给予PLC输入信号后，经常会出现2个或多个反馈信号与现场状态不一致，这类问题会导致PLC报警。出现了2个或多个不应该同时出现的输入量（如水位计、行程开关等），这个问题影响范围较大。水位计初始状态为：2个水位计同时出现相同限位信号后按照下一步程序执行。因此，如果出现3个水位计不一致（2个一样，1个不一样）的情况时，程序仍能正常触发下一步程序。

经分析研究后，尝试在PLC上增加一个判断程序：在2个同类型变量间添加1个判断跳转程序。通过该跳转比较程序，使同类型传感器进行比较，若发现异常仍能正常进行下一步程序但不取消报警信号。该优化方案既能满足系统正常运行，也同时提醒用户，该系统有故障需要及时检修。实际测试结果证明，该优化方案可以避免第一个出现故障的设备未被发现，第二个设备后续再出现故障，进而导致系统不能正常启动，能够减少假报警对行车信号系统的干扰。经过对水位报警系统的有效优化，系统的稳定性得以大大提升，也能及时判断设备故障并及时进行处理。

3.2.3 PLC系统死机问题

通过系统地梳理问题，优化判断流程，形成能够快速判断PLC死机或程序丢失问题的故障排查步骤：①巡检中需认真核对PLC上的输入输出LED（发光二极管）指示灯状态，使用万用表核对PLC存储器上记忆电池的电压。②若发现记忆电池失电，则更换电池，并使用笔记本电脑确认程序是否丢失。③若发现PLC输入输出点异常应立即上报，同时，将PLC打至停止位置后，再将其打至运行位置，观察其状态。如仍然出现异常，则需使用笔记本电脑连接确认是否丢失程序。④如程序未丢失，但输入输出点有异常，就需通过编程点表检查异常的指示点，查找到存在问题的模块和回路。⑤如程序已丢失，则立即下载程序并重新运行程序。

通过优化排查步骤可以快速找到故障点，大大缩短了发现故障点的时间，能够快速恢复系统运行，有效地提高了系统的可靠性。

4 结语

为有效保障地铁防淹门系统的可靠性，通过日常维修案例和设备运行数据的分析研究，结合系统结构和PLC控制原理，系统地分析了维修中遇到门体升降、水位报警和控制系统死机等问题，提出了维修优化建议，并通过测试或检验确认了其有效性。目前，该优化方案已应用到地铁防淹门系统的维修工作中。经过对控制系统硬件、软件的优化，不但大大地提升了防淹门系统运行的稳定性，而且有效地提了高检修效率，降低了维修成本。

［1］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.4版.北京：机械工业出版社，2010：147-156.

［2］卢永芳，张玉均.PLC控制系统可靠性设计［J］.济源职业技术学院学报，2009，8（3）:29-31.

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［4］张惺.地铁信号系统与防淹门系统的接口设计［J］.铁道通信信号,2007，43（8）：55-57.

Optim ization of M etro Floodgate Control System M aintenance

LIANG Hongle

Floodgate system is a set ofmetro equipment used to stop the flood，which w ill swarm into the whole tunnel in case of a disastrous collapse like tunnel fracture.In such an accident，the floodgate system w ill act promptly to close the tunnel crossing under a river，in order to protect station personnel and equipment.Based on the characteristics of the system in terms of its specificity and emergent functions，the floodgate is usually set up at stationswhich are located at both ends of the tunnel that crosses under a river，therefore，the maintenance quality of floodgate is particularly important.Through analyzing a series of failure scenarios,such as gate lifting，flood level alarm and power control system failure，relevant maintenance optim ization schemes are suggested.This research w ill guide themaintenance personnel effectively to improve the floodgate reliability.

metro；floodgate control system；maintenance optimization

U231.96

10.16037/j.1007-869x.2017.07.031

2017-02-16）