地铁运行中列车门传感器技术研究

王霏 屈桐 宋莎莎

摘  要：在轨道交通中，地铁列车门自动开关继电器、无线组匣系统、Wago端子是整个地铁运营中重要的组成部分。上述三种设备均没有成熟有效的监控手段。针对列车门自动开关继电器、无线组匣、Wago端子日常巡检效率低下，日常故障频发的情况，为了使辅助措施能准确地判断出故障点所在，文章提供一种采用外部接触式传感器，拒绝接入设备内部线路的监控手段。在有效提供准确的设备性能状态的同时，保证所有设备的完整性与可靠性。

关键词：地铁车辆自动开关门继电器;无线组匣系统;Wago端子;日常检测;外部接触式传感器;实时监控

中图分类号：TN929.5             文献标识码：A文章編号：2096-4706（2022）03-0153-05

Research on Train Door Sensor Technology in Subway Operation

WANG Fei， QU Tong， SONG Shasha

（Maintenance Seven Project Department， Communication Signal Branch of Beijing Metro Operation Co.， Ltd.， Beijing  100080， China）

Abstract： In rail transit， the subway door automatic switch relay， wireless modular block system and Wago terminal are important parts of the whole subway operation. There is no mature and effective monitoring method for all the above three devices. In view of the situation of low efficiency of daily inspection of the subway door automatic switch relay， wireless modular block and Wago terminal and the frequent occurrence of daily faults， in order to make the auxiliary measures can accurately determine the fault points， this paper provides a monitoring method that adopts external contact sensor and refuses access to the internal circuit of the equipment. It ensures the integrity and reliability of all the equipment while effectively provides accurate performance status of the equipment.

Keywords： automatic opening and closing relay for subway vehicle; wireless modular block system; Wago terminal; daily inspection; external contact sensor; real-time monitoring

0  引  言

北京地铁十号线在线车辆共计116组，根据每日运营要求分别停放于万柳，五路，宋家庄停车场，停车场日平均承载量150余次。

由于车载信号设备存在开机上电启动过程中，设备自检时对无线系统和开关门等ATO功能无法自行检查，出现故障无法做到及时发现。因此需要每日对车库内所辖全部车辆进行两次巡查，单次平均耗时10分钟，日平均耗时25小时。工作人员必须在短时间内完成上车，开柜门查看自动开关门（AOCDL，AOCDR）继电器、开前面板查看无线设备状态等一系列工作流程，并立刻下车到对端车头重复以上工作。工作人员在高强度的作业环境下易出现各类问题隐患。

本项目目的在于加强设备巡检的准确率，提高人员工作效率，降低因设备异常对列车运营产生影响等情况。

1  开关门继电器设备、Wago端子设备、无线组匣系统运行概述

1.1  开关门继电器使用状况

北京地铁十号线所有车辆采用的开关门供电方式均为继电器控制，即由永久磁铁保持释放状态，加上工作电压后，电磁感应使衔铁与永久磁铁产生吸引和排斥力矩，产生向下运动，最后达到吸合状态。

而这种吸合方式的继电器或者其他类型的继电器在高强度的使用环境下极易产生各种故障，而现有的检测手段均为人工上车进行一系列的流继电器工作原理程才能确定当时继电器的工作状态是否正常。

1.2  开关门继电器设备、Wago端子设备、无线组匣系统缺点

开关门继电器与Wago端子设备虽然可以承受高频率的使用与触发，但是对于本身此类节点型继电器的工作状态是否正常只能取决于面板指示灯是否亮起。缺乏有效的监控手段，无法确定在地铁车辆安装起至损坏的生命周期或吸合次数。

无线组匣系统属于高精密设备，对于日常地铁运行中的无线信号传输起到至关重要的作用，但是由于组匣系统的精密性以及对于地铁车辆的安全考虑日常的系统检测只能通过同样为人工巡检的方式查看面板指示灯以及车辆功能测试进行检测。所以在地铁车辆运行当中无法实施的查看无线组匣系统是否正常运行。只能通过地铁列车司机进行反馈，这样被动的接收故障信息对于地铁安全运行造成一定的隐患。而且由于没有科学的统计无法判断各个节点组匣系统的生命周期。

2  开关门继电器设备、Wago端子设备、无线组匣系统监控改造

2.1  开关门继电器设备、Wago端子设备、无线组匣系统改造方案

本方案针对十号线车辆自动开关门继电器及Wago端子、无线系统加装外置传感器并通过4G网络上传至云服务器进行状态收集。如图1所示。传感器仅以设备外部灯显进行设备状态采集，无须接入原有机柜设备线路中，对车载设备无任何影响。4G模块与处理板卡与传感器本身采用快拆接头线缆连接，4G天线安置在车辆人员指定机柜中，用专业屏蔽馈线连接至主机中与4G模块进行连接，最大程度保证4G信号对无线信号无干扰。利用既有车载电台剩余接口进行取电，对检测终端与传感器供电。

2.2  光敏传感器工作原理

光敏传感器是采用光电元件作为检测方式的传感器。它所感应波长再可见光波波长附近，它的组成方式分为光明电阻，比较器，处理器组成。通过对比参考电壓与光敏电阻电压进行判断是否接收到光源。如图2所示。

2.3  颜色传感器工作原理

颜色传感器对各种颜色进行标记检测，即使是被监测的颜色有着细微的差别也可以完全检测，处理速度快。自动适应波长，能够检灰度值的细小差别。

颜色传感器也叫色彩识别传感器，它是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、蓝滤光片，然后对输出信号进行相应的处理，就可以将颜色信号识别出来。颜色传感器对相似颜色和色调的检测可靠性较高。它是通过测量构成物体颜色的三基色的反射比率实现颜色检测的。由于这种颜色检测法精密度极高，所以传感器能准确区别极其相似的颜色，甚至相同颜色的不同色调。一般传感器都有红、绿、蓝三种光源。三种光通过同一透镜发射后被目标物体反射。光被反射或吸收的量值取决于物体颜色。如图3和图4所示。

2.4  终端主板规格

主板输入电压：80 VDC～130 VDC，额定功率为20 W。采用的通信接口为CAN与RS485。如图5所示。

2.4.1  拨码开关

采集主板共设置两个8位拨码开关，其中一个用于设置线路编码及颜色传感器使能和失能，另外一个用于设置列车编码及设备编码，具体定义如表1所示。

其中SW1的详细定义如表2所示。

2.4.2  按钮开关

采集主板设置两个按钮开关S1和S2，用于手工设置颜色传感器的白平衡参数。如表3所示。

2.4.2.1  LED指示灯

电路板上共设置14个LED指示灯，定义如表4所示。

2.4.2.2  滑动变阻器

电路板上共设置10个滑动变阻器，定义如表5所示。

2.5  4G模块工作方式

4G模块是指硬件加载到指定频段，软件支持标准的LTE协议，软硬件集成模组化的一种产品。具有通信速度快，网络频谱款，通信灵活等特点。硬件将射频，基带集成在一块PCB小板上，完成信号接收，发射，基带信号处理功能。可实现基本的短信收发，拨号联网等功能。4G模块通过联网，将所有的终端业务数据实时传送到业务中心，通过管理监控平台，实时监测被监测终端运行状态，并可实时排查设备故障。在运营成本，运营规模，服务失效等运营服务类有了巨大提升。

由于地铁车辆所使用的信号频段2 400～2 483 Hz，4G模块使用移动基站的信号频段为2 320～2 370 Hz，两个频段并不干扰。同时4G模块搭载中国移动的物联网卡，采用移动公司专有的互锁机制，锁定4G模块MAC地址，及锁定传输链路可以确保数据安全性。

3  开关门继电器、Wago端子、无线组匣系统监控模块安装方式

3.1  开关门继电器监控模块安装方式

根据自动开关门继电器的外形与状态指示灯的显示方式，选择用3D打印出适合自动开关门继电器的外壳，加装光敏传感器用于检测和统计继电器是否正常与生命周期。考虑到自动开关门继电器在车厢机柜内没有明显光源所以此方案可以准确地监控到继电器的工作状态及生命周期。具体安装方式如图6，图7，图8和图9所示。

3.2  Wago端子监控改造方案

Wago端子设备较为小巧，并且属于继电器的中的一种，在正面有指示灯显示当前的工作状态。但Wago端子太过于小巧所以普通的光敏传感器无法安装至端子正面根据指示灯判断工作状态。所以我们根据Wago端子的外形，采用迷你型光敏电阻设计了符合Wago端子的光敏监控模块。如图10，图11和图12所示。

3.3  无线组匣系统监控方案

北京地铁十号线无线组匣系统，安装在列车专属机柜中，因机柜空间有限并且出于设备安全性考虑并未安装显示器及鼠标键盘。日常需要观察是否工作正常只能靠人工检查指示灯并结合列车进行功能性测试。

本方案针对无线组匣系统板卡指示灯正常与非正常的RGB颜色强度进行统计并得出一个具体阈值。通过专用软件与颜色传感器在管理终端上准确还原当前各个指示灯状态。以确定当前无线组匣工作状态是否正常。这样即使在地铁列车运行当中准确获取系统状态，于地铁司机发现之前提前通知司机临时处理方案。如图13和图14所示。

4  检测设备运行方式

考虑到与控制柜中设备产生直接的电气连接会对系统的正常运行带来风险，采用加装外部传感器的方式间接采集目标设备状态指示灯的方案，有效防止采集装置出现故障时对系统设备造成影响。

采集装置主要由颜色传感器模块、光敏传感器模块、采集主板及DTU构成。其中采集主板将110 VDC输入电压变换为24 VDC供于采集电路和通信设备，处理器采用ST公司STM32F1系列，主频高达72 MHz，完全满足系统的需求。采集主板根据采样结果计算继电器LED灯以及车载无线板卡指示灯的亮灭情况，并将结果通过DTU模块传送到服务器。如图15所示。

5  结  论

根据北京地铁维修七项目部对于车载检测的流程降本增效的需求，本文采用了一种结合物联网与外部接触是采集传感器的方式。为地铁车辆检修提供了一种方便快捷且可以实时查看设备工作状态的方案。针对车载各个关键设备进行所有状态检测与生命周期统计。有效地降低人员成本，提高查车准确性与查车效率。增加人员巡视力度，提高故障处置效率，减少列车未出库的情况发生。

参考文献：

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[5] 宋文妙，胡健栋.基于合作分集的无线网络的研究 [J].无线电工程，2005（7）：23-25+48.

作者简介：王霏（1979.04—），男，汉族，北京人，工程师，本科，研究方向：轨道交通;屈桐（1988.12—），男，汉族，北京人，助理工程师，本科，研究方向：轨道交通;宋莎莎（1992.05—），女，汉族，北京人，助理工程师，大连交通学院，研究方向：轨道交通。