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摘要：本文介绍并研制了一种集屏蔽门传感器感应、无刷电机和屏蔽门组合的屏蔽门控制系统，使用西门子S7-300PLC统一控制。阐述了地铁屏蔽门结构，做出设计方案，制定出I/O分配方案，通过博图软件和S7-300型号PLC，给出了屏蔽门控制系统的变量表和程序梯形图。

关键字：地铁屏蔽门；西门子S7-300PLC；控制系统

1.前言

地铁屏蔽门是一个复杂的控制系统，控制十分依赖信号的实时传输，也要求较高的稳定性，控制系统状态和设备的运行安全直接联系到乘客的安全。根据相关资料，地铁屏蔽门的空调电力损耗降低30%，机房的面积减少50%，空调设备负荷减少35%。当前，屏蔽门的大部分设备都可以实现国产化，而且大部分已投入使用，但是屏蔽门的控制核心部分还需要进口，国内不能实现生产，投资高昂。

本文针对屏蔽门控制系统展开研究，满足国内自产自足的需求，降低研发需要的成本，突破国外的技术封锁，提升站台安全性，保障乘车人员的安全，降低资源消耗。

2.地铁屏蔽门结构介绍

地铁屏蔽门门体结构由门、顶箱、滑动门、固定门、应急门和端门等组成。

地铁屏蔽门系统承重结构主要由上部固定件、自动伸缩装置、绝缘套垫、横梁、立柱、门槛、下部支撑组件和各类连接件等组成。

门机传动系统包括电机、减速器和传动装置。

（1）电机：无刷直流电机，电机本身防护较高，绝缘性好，不受干扰；

（2）减速装置：使用双齿轮，比较容易控制速度，更能避免意外事故；

（3）传动装置：采用传动方式皮带传动。

板的正下方设置收集箱，可将工作中散落的待加工叶片收集，提高工作区域的整洁度。

3.硬件系统设计

PLC全称是可编程逻辑控制器，它的核心是能根据编写的程序而发出指令的处理器。执行各种操作指令，并且通过控制信号（数字或模拟）来控制系统的输入和输出。可编程逻辑控制器要和外部设备连接时要遵循一个整体的原则，并且要具有拓展的功能，方便日后修改[1]。

可编程逻辑控制器的工作方式是以周期循环扫描、集中输入输出。在PLC运行过程中，CPU可以根据编写好的程序，放入CPU中运行，并且根据相关指令，进行扫描，一直到执行到程序的最后一条指令结束，刷新输入和输出的状态，并且记录下来。之后返回到开头指令，开启新一次的扫描。PLC的结构是由存储器、I/O单元和I/O扩展接口、外围接口和电源模块组成。这些模块保证了PLC的正常运行，缺一不可[2]。

西门子SIMATIC S7-300PLC可编程控制器已经在全球范围的众多应用中使用，已经成功证明过千百万次。SIMATIC S7-300通用型控制器可节省安装空间并具有模块化的设计。众多模块可用来集中扩展系统，或根据手头的任务创建分布式的结构，以及有利于做经济有效的备件库存。SIMATIC系列因产品的连续性和质量而知名[3]。西门子S7-300 PLC是适合中低端性能范围的小型PLC系统。模块化、无风扇设计、易于实现分布式结构以及方便的操作，使得 SIMATIC S7-300成为中、低端应用中各种不同任务的经济、用户友好的解决方案。SIMATIC S7-300的应用领域包括：特殊机械、纺织机械、包装机械、一般机械设备制造、控制器制造、机床制造、安装系统、电气与电子工业及相关产业等[4]。

本控制系统的PLC硬件接线则根据上表所示顺序，将PLC的I/O口与对应的执行器件进行硬件接线。

电机选用高性能直流无刷电机，它是由电动机本体、位移传感器和电子开关线路组成。电动机本体与同步电机相似，但是没有笼型绕组和其他启动装置。电动机本体为三相两极。三相定子绕组分别与电子开关线路中的功率开关器件联接，位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接[5]。

传感器采用红外传感器HM312。此型号传感器是新型传感器，是紧密型结构，十分方便安装，不会影响屏蔽门控制系统的正常安装。安全等级高，有高抗电磁的特点。这种传感器较其他传感器而言，它的感应距离是较远，能够适应各种环境，不受周边环境的影响[6]。

4.控制系统程序设计

本文TIA Portal V15平台，又称博途V15，是一款由西门子打造的全集成自动化编程软件，整合了STEP7、WINCC、STARTDRIVE等，增强了对 SIMATIC S7-1200、S7-1500、S7-300/400 和 WinAC 控制器的支持。

本系统选型为西门子S7-300系列的314C-2PNDP型号PLC进行软件系统设计。首先新建项目并命名为“地铁屏蔽门系统”，同时完成相关组态配置，添加相应模块。

然后，在PLC变量表中输入所需变量名称，将变量名称与I/O地址一一对应。完成后的变量表如图2所示。

在完成变量表的设置后，可以开始进行梯形图的程序编程。本系统分为两种模式：手动模式和自动模式，手动模式用于手动调试屏蔽门，以备检修时使用；自动模式为则满足屏蔽门自动闭环运行。图3为自动模式的梯形图程序片段1。

当在自动模式运行标志位置“1”时，确定为开门状态时，当限位开关或光电开关由“0”变为“1”经历一个上升沿时，开门标志位置“1”，关门标志位置“0”，同时将本步操作的步标志位清零，将下一步的步标志位置“1”。

与此同时，将对应的开门标志位与自动模式相串联、手动开门与手动状态相串联形成开门输出Q0.0的动作条件。最终满足屏蔽门的自动模式要求。图4为自动模式的梯形图程序片段2。

如此，便保证了当在开门状态时，如有人员或物品经过屏蔽门时，保证屏蔽门是开启状态，避免发生屏蔽门夹伤等安全事件的发生。

5.结语

本地铁屏蔽门控制系统根据实际出发，研究出适合国内地铁实际安装环境的控制系统，经过前期论分析、制定方案、编写程序，最后完成控制系统软件部分设计，提高了该系统安全性能高、稳定性高、实时性良好、精确度高。在实际研究过程中，主要做了一下的工作：

（1）查阅地铁屏蔽门的相关资料，分析现有地铁屏蔽门的特点，制定出控制系统的硬件需求和功能需求。

（2）针对地铁屏蔽门系统进行硬件选型，包括PLC选型、电机选型和传感器选型，并按照要求进行端口的分配。

（3）通过博图V15.1软件平台，针对西门子314C-2PNDP型号PLC进行软件部分的组态配置、变量表编写及梯形图程序编写，给出变量表及程序片段图

本文研究内容满足国内自产自足的需求，降低研发需要的成本，提升站台安全性，保障乘车人员的安全，降低资源消耗。

参考文献：

[1]郑志远. 浅谈PLC的发展史及发展趋势[J]. 《大观周刊》2012，（6）：1-1.

[2]赵 亮. PLC控制系统的干扰因素分析与抗干扰措施[J]. 工业仪表与自动化装置.2011（03）：31-34.

[3]冯遵安. 可编程控制器常见问题及处理方法[J]. 《商丘职业技术学院学报》2013：13-14.

[4]薄润芳. PLC在智能机械控制上的应用与关键技术分析[J]. 现代工业经济和信息化.2018（14） ：17-19.

[5]凌 人. 复合门体屏蔽门在地铁车站应用的探讨[J]. 铁道技术监督.2014（05）：31-33.

[6]朱士友. 城市轨道交通大中运量直线电机车辆运用与维修[J]. 仪表技术与传感器.2016（08）：13-14.