CN112897304B - 一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统 - Google Patents

一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，包括安全开关、扶梯主控单元、数据采集单元以及通讯单元，所述安全开关的一组触点相互串联且与所述扶梯主控单元相连，所述安全开关断开与通过安全触点切断接触器，进而切断自动扶梯驱动装置的电源，所述安全开关的另一组触点与所述数据采集单元相连，用于检测安全开关的状态，所述扶梯主控单元通过通讯单元将处理结果上传至上位机。本发明能够扶梯运行状态进行切换，对应指示指令下反映的扶梯运行状态通过指示模块响应且输出，能够提醒乘客当前扶梯的运行状态并起到对乘客的引导作用，增加了系统的可靠性能。

Description

一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统
技术领域
本发明涉及扶梯控制技术领域，具体涉及一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统。
背景技术
自动扶梯作为城市轨道交通系统中一个非常重要的机电设备配套设施项目，具有资金投入大，技术要求高，施工风险大，安全影响面广的特点。目前。城市轨道交通系统的地下车站以及高架车站的站内及出入口均采用了自动扶梯系统，用以便于快速输送乘客进出车站。随着城市轨道交通的快速发展，自动扶梯控制系统的需求和投入也不断增加，目前全国在运营城市轨道交通自动扶梯设备体量较大，且因为其直接面向乘客的特殊性，地铁车站的自动扶梯设备的配置与运行状态的良好与否直接关系到乘客的生命财产安全以及是否满足城市居民的出行需求。
由于城市轨道交通的人流量大、设备荷载要求高、运行时间长，自动扶梯与导向标识联动控制不匹配，在扶梯运行过程中容易出现当前运行状态与导向标识不一致的问题，使得导向标识对乘客或管理人员均造成误导，不能对乘客提供有效的导向作用，也可能出现由于误导使得管理人员误操作导致的扶梯维护出错，间接增加了管理成本，因而轨道交通自动扶梯相对于其他普通自动扶梯在安全性方面提出了更高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，包括安全开关、扶梯主控单元、数据采集单元以及通讯单元，所述安全开关的一组触点相互串联且与所述扶梯主控单元相连，所述安全开关断开与通过安全触点切断接触器，进而切断自动扶梯驱动装置的电源，所述安全开关的另一组触点与所述数据采集单元相连，用于检测安全开关的状态，所述扶梯主控单元通过通讯单元将处理结果上传至上位机。
在本发明中，优选地，所述扶梯主控单元包括信号调理电路、单片机以及扶梯运行控制模块，所述信号调理电路用于排除输入信号的干扰信号后传输至所述单片机，所述单片机用于为系统提供指示指令，所述指示指令包括扶梯运行状态，所述扶梯运行控制模块外接有指示模块，所述扶梯运行控制模块用于实现扶梯运行状态的切换控制，通过所述指示模块响应于所述指示指令且输出与扶梯运行状态对应的导向标识。
在本发明中，优选地，所述数据采集单元包括传感器、开关量采集单元和模拟量采集单元，所述开关量采集单元用于检测设备工作状态及使用控制功能的开关量，所述开关量采集单元通过信号调理电路与所述单片机电性连接。
在本发明中，优选地，所述信号调理电路包括RC滤波器、隔离模块以及稳压模块，所述RC滤波器与所述隔离模块电性连接，所述隔离模块与所述稳压模块电性连接，所述RC滤波器用于抑制信号干扰，所述隔离模块用于进行信号隔离，所述稳压模块用于实现电压保护。
在本发明中，优选地，所述开关量采集单元包括信号隔离电路和驱动电路，所述信号隔离电路的输入端与所述驱动电路电性连接，所述信号隔离电路的输出端与所述单片机的输入端电性连接，所述信号隔离电路用于切除信号干扰，所述驱动电路与所述单片机的输出端电性连接，所述驱动电路用于进行开关量阵列信号采集。
在本发明中，优选地，所述模拟量采集单元包括若干采样开关、数据放大电路、采样保持电路以及A/D转换器，所述采样开关外接有若干传感器，所述采样开关用于对输入信号进行切换从而实现对模拟量的采样，所述数据放大电路将输入信号放大后经由所述采样保持电路传输至所述A/D转换器将其转换成数字量信号再传输至所述单片机，所述单片机用于协调所述模拟量采集单元工作。
在本发明中，优选地，所述指示模块设置为显示屏指示、指示灯指示或语音播报的一种或几种的组合，对应提示不同的扶梯运行状态。
在本发明中，优选地，所述扶梯运行状态包括上行、下行、停机和故障。
在本发明中，优选地，所述扶梯运行状态相互转换时均经过停机状态。
在本发明中，优选地，所述通讯单元采用RS485通信方式进行数据传输。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)通过设置安全开关、扶梯主控单元、数据采集单元以及通讯单元之间的相互配合，解决了现有技术中分布于自动扶梯各处的安全开关，在遇到需要实际检修麻烦，某一开关动作时检修人员只能确认安全开关某一处断开，检修人员自行掀开扶梯每个梯级部分才能确定哪个安全开关发生了故障，安全开关的一组触点相互串联且与扶梯主控单元相连，安全开关断开与通过安全触点切断接触器，进而切断自动扶梯驱动装置的电源，安全开关的另一组触点与数据采集单元相连，用于检测安全开关的状态，扶梯主控单元通过通讯单元将处理结果上传至上位机，安全触点构成安全回路，避免了复杂的安全电路的同时也提高了安全可靠性能，另一方面，大幅度减少了需要的连接电缆，每个安全开关的一副触点与扶梯主控单元相连，扶梯主控单元向数据采集单元发送安全开关的配置信息，数据采集单元包括一主节点以及若干从节点，数据采集单元主节点向扶梯主控单元发送安全回路动作故障信息以及温度信息，扶梯主控单元向数据采集单元发送自动扶梯的状态和诊断信息，从而实现数据采集单元与上位机之间的数据交换，便于随时根据扶梯实际安全开关的布置及时进行调整，便于系统改造与维护。
(2)通过设置包括信号调理电路、单片机以及扶梯运行控制模块在内的扶梯主控单元，其中信号调理电路能够将输入信息中的干扰信号去除后传输给单片机，单片机作为系统的最小系统板根据来自数据采集单元的数据进行处理并发出指示指令，指示指令包括扶梯的运行状态，扶梯运行控制模块用于对扶梯运行状态进行切换，对应指示指令下反映的扶梯运行状态通过指示模块响应且输出，能够提醒乘客当前扶梯的运行状态并起到对乘客的引导作用，实现了自动扶梯与导向标识的联动控制，从而增加了系统的可靠性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统的整体原理框图；
图2是本发明的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统的流程示意图；
图3是本发明的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统的通讯单元运行过程示意图；
图4是本发明的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统的开关量采集单元的电路接线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
现有技术中安全开关较为分散地布置于自动扶梯各个角落，在遇到需要实际检修麻烦，某一开关动作时检修人员只能确认安全开关某一处断开，只能依靠检修人员自行掀开扶梯每个梯级部分才能确定哪个安全开关发生了故障，常规的改进是将各个安全开关引至扶梯主控单元，并在扶梯主控单元提供相应数量的接线端子，检修时通过测量接线端子的电位就可以确定发生动作的安全开关，不过出于检修考虑，部分安全开关采用的是机械自动复位式结构，因而存在一些位置隐蔽且检修不变的安全开关就可以直接复位，但是随之而来的问题是使得检修人员难以追溯停机的原因，确定自动扶梯的状态是否安全也十分困难。
如图1所示，本发明提供一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，包括安全开关、扶梯主控单元、数据采集单元以及通讯单元，安全开关的一组触点相互串联且与扶梯主控单元相连，安全开关断开与通过安全触点切断接触器，进而切断自动扶梯驱动装置的电源，安全开关的另一组触点与数据采集单元相连，用于检测安全开关的状态，扶梯主控单元通过通讯单元将处理结果上传至上位机。安全开关对应包括梯级缺失、链条断链、扶梯扶手断裂以及梯台下陷在内的自动扶梯各个状态，安全开关的触点与数据采集单元相连用于检测安全开关的状态。通过设置安全开关、扶梯主控单元、数据采集单元以及通讯单元之间的相互配合，安全开关的一组触点相互串联且与扶梯主控单元相连，安全开关断开与通过安全触点切断接触器，进而切断自动扶梯驱动装置的电源，安全开关的另一组触点与数据采集单元相连，用于检测安全开关的状态，扶梯主控单元通过通讯单元将处理结果上传至上位机，安全触点构成安全回路，避免了复杂的安全电路的同时也提高了安全可靠性能，另一方面，大幅度减少了需要的连接电缆，每个安全开关的一副触点与扶梯主控单元相连，扶梯主控单元向数据采集单元发送安全开关的配置信息，数据采集单元包括一主节点以及若干从节点，数据采集单元主节点向扶梯主控单元发送安全回路动作故障信息以及温度信息，扶梯主控单元向数据采集单元发送自动扶梯的状态和诊断信息，从而实现数据采集单元与上位机之间的数据交换，便于随时根据扶梯实际安全开关的布置及时进行调整，便于系统改造与维护。
在本实施例中，进一步地，扶梯主控单元包括信号调理电路、单片机以及扶梯运行控制模块，信号调理电路用于排除输入信号的干扰信号后传输至单片机，单片机用于为系统提供指示指令，指示指令包括扶梯运行状态，扶梯运行控制模块外接有指示模块，扶梯运行控制模块用于实现扶梯运行状态的切换控制，通过指示模块响应于指示指令且输出与扶梯运行状态对应的导向标识。
在本实施例中，进一步地，数据采集单元包括传感器、开关量采集单元和模拟量采集单元，开关量采集单元用于检测设备工作状态及使用控制功能的开关量，开关量采集单元通过信号调理电路与单片机电性连接。
在本实施例中，进一步地，信号调理电路包括RC滤波器、隔离模块以及稳压模块，RC滤波器与隔离模块电性连接，隔离模块与稳压模块电性连接，RC滤波器用于抑制信号干扰，隔离模块用于进行信号隔离，稳压模块用于实现电压保护。通过设置RC滤波器能够滤除干扰信号，防止误动作进而提高系统的可靠性，能够防止开关量采集单元采集开关量发生变化时防止判断出错情况的发生。稳压模块由限流电阻和齐纳二极管构成用于进行电压保护。
具体可参见附图4，隔离模块设置为光耦合器，光耦合器由封装在一起的发光二极管和光敏三极管构成，当输入端电路中有电流流过时，发光二极管导电发光；无电流时，发光二极管截止，不发光。光敏三极管在有光时导通，即将光信号转化为电信号。可见光耦输入输出端只存在光耦合，而电路相互隔离。
在本实施例中，进一步地，开关量采集单元包括信号隔离电路和驱动电路，信号隔离电路的输入端与驱动电路电性连接，信号隔离电路的输出端与单片机的输入端电性连接，信号隔离电路用于切除信号干扰，驱动电路与单片机的输出端电性连接，驱动电路用于进行开关量阵列信号采集。
在本实施例中，进一步地，模拟量采集单元包括若干采样开关、数据放大电路、采样保持电路以及A/D转换器，采样开关外接有若干传感器，采样开关用于对输入信号进行切换从而实现对模拟量的采样，数据放大电路将输入信号放大后经由采样保持电路传输至A/D转换器将其转换成数字量信号再传输至单片机，单片机用于协调模拟量采集单元工作。
在本实施例中，进一步地，指示模块设置为显示屏指示、指示灯指示或语音播报的一种或几种的组合，对应提示不同的扶梯运行状态，能够较为全面地对乘客起到导向标识作用，提醒当前自动扶梯的运行状态，提高了系统的安全性能与可靠性能。
在本实施例中，进一步地，扶梯运行状态包括上行、下行、停机和故障，扶梯运行状态相互转换时均经过停机状态。停机状态相较于上行状态、下行状态、故障状态的优先级最高，也就是说，这些状态相互转换需先经过停机状态，具体而言，在自动扶梯运行过程中，若遇到故障状态，单片机能够执行故障指令使得自动扶梯停机，无需等待上位机下达停机指令就可以直接执行该动作，停机状态的优先级最高，遇到紧急故障状态的情况时，单片机能够发送故障信息至上位机，等待上位机下达相应指令，通过管理人员依照故障紧急程度及影响程度综合考量是否停机。
具体可参见附图3，在本实施例中，进一步地，通讯单元采用RS485通信方式进行数据传输。系统运行时，通讯单元接收来自上位机的操作命令，并将操作命令发送给单片机，再把扶梯反馈回的扶梯状态信息上传至上位机，整个通讯过程主机不间断发送查询命令，扶梯主控单元采用被动接收并以应答方式发回扶梯的状态信息，待命令执行完毕后根据返回的字节判断命令执行是否成功。
上位机外接有远端监控中心，通过远端监控中心能够实时反映若干自动扶梯当前的运行状态及乘客搭载状态等信息，便于管理人员及时查看，使得扶梯状态的查看一目了然，更加直观。
数据采集单元采集到客流数据，然后根据客流数据建立扶梯运送客流模型，对若干扶梯进行仿真，判断通讯是否中断，是则读取扶梯的运行状态，否则继续通过安全开关回传扶梯的当前运行状态，经由通讯模块进行通信处理且上传给上位机实现与远端监控中心的数据互联。扶梯运送客流模型建立步骤是按照客流需求分配上行扶梯和下行扶梯的数目，从而使得上行扶梯与下行扶梯的分配达到最优状态。运送速度与自动扶梯上乘客密度呈正比例关系，且自动扶梯上乘客密度与待乘坐扶梯的乘客密度呈成比例关系。由于乘客密度受到包括心理、天气在内的多种因素影响，因而我们采用图片采集方式获取自动扶梯上乘客以及待乘坐扶梯的乘客数据，从而确保建立较为稳妥的数据模型由于自动扶梯的运行速度受到梯级宽度、长度等条件的限制，设定梯级宽度为Z1时，得出相应梯级搭载量的理论最大值为k1，当自动扶梯的梯级速度为v1，自动扶梯的梯级深度为l1，单位时间内经过的梯级数目为/>得到单位时间内经过的人数为/>因而自动扶梯运力g(m)要满足g(m)0≤g(m)≤Cm。
依据每部自动扶梯的客流模型分析，结合运力函数分析、运力限制分析结果，每部扶梯的运送客流量处于扶梯的最大运力范围时，自动扶梯依照运送乘客；当每部自动扶梯运送的客流量大于自动扶梯的最大运力时，自动扶梯依照最大运力运送客流。
由此，我们得到饱和函数表达式：其中ψ>0，得到最终单部自动扶梯的客流模型如下所示：/>进而得到多部自动扶梯客流模型如下所示：/>
对于若干部正在运行的自动扶梯而言，需要对上行状态与下行状态的扶梯进行分配，用以确保最佳运载效率。假设t时刻下，上行扶梯运送客流乘客数目m1满足以下表达式：下行扶梯运送客流数目m2满足以下表达式：/>定义性能指标函数Tmin＝min(T1j+T2(n-j))，其中T1j表示上行扶梯博弈方的收益，T2j表示下行扶梯博弈方的收益，得到最优策略为/>依照最优求解算法得到最优策略与最优解，上行扶梯方的收益为T1j＝{t:m1(t)≥j·q}，下行扶梯方的收益为T2(n-j)＝{t:m2(t)≥(n-j)·q}。
本发明的工作原理和工作过程如下：如图2所示，工作时系统上电，扶梯主控单元进行数据初始化设置，经由数据采集单元接收来自外部的输入信号，同时通过通讯单元检测是否存在上位机下达的指示指令，是则把与该指示指令相应的输入数据反馈到远端监控中心，便于管理人员实时查看自动扶梯的各项信息。数据初始化之后，判断通讯是否中断，是则读取扶梯的运行状态，进而判断是否紧急停机，是则停机然后回到判断通讯是否中断步骤，否则判断当前安全开关的工作状态，如处于检修状态则进行检修处理；否则继续通过安全开关回传扶梯的当前运行状态，经由通讯模块进行通信处理且上传给上位机实现与远端监控中心的数据互联。
本发明通过设置包括信号调理电路、单片机以及扶梯运行控制模块在内的扶梯主控单元，信号调理电路相互配合，能够将输入信息中的干扰信号去除后传输给单片机，单片机作为系统的最小系统板用于发出指示指令，其中指示指令包括扶梯的运行状态，扶梯运行控制模块用于对扶梯运行状态进行切换，对应指示指令下反映的扶梯运行状态通过指示模块响应且输出，能够提醒乘客当前扶梯的运行状态并起到对乘客的引导作用，增加了系统的可靠性能。指示模块采用显示屏指示、指示灯指示或语音播报的一种或几种的组合，通过显示屏显示上行箭头、下行箭头、叉号、叹号分别表示当前扶梯处于上行状态、下行状态、停机状态或故障状态，或通过不同颜色的指示灯分别表示当前自动扶梯处于不同的运行状态，或通过语音播报提示乘客自动扶梯的当前运行状态，能够较为全面地对乘客起到导向标识作用，提醒当前自动扶梯的运行状态，实现了自动扶梯与导向标识的联动控制，从而大大增加了系统的可靠性能。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，包括安全开关、扶梯主控单元、数据采集单元以及通讯单元，所述安全开关的一组触点相互串联且与所述扶梯主控单元相连，所述安全开关断开安全触点切断接触器，进而切断自动扶梯驱动装置的电源，所述安全开关的另一组触点与所述数据采集单元相连，用于检测安全开关的状态，所述扶梯主控单元通过通讯单元将处理结果上传至上位机；
数据采集单元包括一主节点以及若干从节点，数据采集单元主节点向扶梯主控单元发送安全回路动作故障信息以及温度信息，扶梯主控单元向数据采集单元发送自动扶梯的状态和诊断信息，从而实现数据采集单元与上位机之间的数据交换，便于随时根据扶梯实际安全开关的布置及时进行调整；
数据采集单元采集到客流数据，然后根据客流数据建立扶梯运送客流模型，对若干扶梯进行仿真，判断通讯是否中断，是则读取扶梯的运行状态，否则继续通过安全开关回传扶梯的当前运行状态，经由通讯模块进行通信处理且上传给上位机实现与远端监控中心的数据互联；扶梯运送客流模型建立步骤是按照客流需求分配上行扶梯和下行扶梯的数目，从而使得上行扶梯与下行扶梯的分配达到最优状态，运送速度与自动扶梯上乘客密度呈正比例关系，且自动扶梯上乘客密度与待乘坐扶梯的乘客密度呈成比例关系，由于乘客密度受到包括心理、天气在内的多种因素影响，采用图片采集方式获取自动扶梯上乘客以及待乘坐扶梯的乘客数据，对于若干部正在运行的自动扶梯而言，需要对上行状态与下行状态的扶梯进行分配，用以确保最佳运载效率；
所述扶梯主控单元包括信号调理电路、单片机以及扶梯运行控制模块，所述信号调理电路用于排除输入信号的干扰信号后传输至所述单片机，所述单片机用于为系统提供指示指令，所述指示指令包括扶梯运行状态，所述扶梯运行控制模块外接有指示模块，所述扶梯运行控制模块用于实现扶梯运行状态的切换控制，通过所述指示模块响应于所述指示指令且输出与扶梯运行状态对应的导向标识，工作时系统上电，扶梯主控单元进行数据初始化设置，经由数据采集单元接收来自外部的输入信号，同时通过通讯单元检测是否存在上位机下达的指示指令，是则把与该指示指令相应的输入数据反馈到远端监控中心，便于实时查看自动扶梯的各项信息，数据初始化之后，判断通讯是否中断，是则读取扶梯的运行状态，进而判断是否紧急停机，是则停机然后回到判断通讯是否中断步骤，否则判断当前安全开关的工作状态，如处于检修状态则进行检修处理；否则继续通过安全开关回传扶梯的当前运行状态，经由通讯模块进行通信处理且上传给上位机实现与远端监控中心的数据互联。
2.根据权利要求1所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述数据采集单元包括传感器、开关量采集单元和模拟量采集单元，所述开关量采集单元用于检测设备工作状态及使用控制功能的开关量，所述开关量采集单元通过信号调理电路与所述单片机电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述信号调理电路包括RC滤波器、隔离模块以及稳压模块，所述RC滤波器与所述隔离模块电性连接，所述隔离模块与所述稳压模块电性连接，所述RC滤波器用于抑制信号干扰，所述隔离模块用于进行信号隔离，所述稳压模块用于实现电压保护。
4.根据权利要求2所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述开关量采集单元包括信号隔离电路和驱动电路，所述信号隔离电路的输入端与所述驱动电路电性连接，所述信号隔离电路的输出端与所述单片机的输入端电性连接，所述信号隔离电路用于切除信号干扰，所述驱动电路与所述单片机的输出端电性连接，所述驱动电路用于进行开关量阵列信号采集。
5.根据权利要求2所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述模拟量采集单元包括若干采样开关、数据放大电路、采样保持电路以及A/D转换器，所述采样开关外接有若干传感器，所述采样开关用于对输入信号进行切换从而实现对模拟量的采样，所述数据放大电路将输入信号放大后经由所述采样保持电路传输至所述A/D转换器将其转换成数字量信号再传输至所述单片机，所述单片机用于协调所述模拟量采集单元工作。
6.根据权利要求1所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述指示模块设置为显示屏指示、指示灯指示或语音播报的一种或几种的组合，对应提示不同的扶梯运行状态。
7.根据权利要求1所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述扶梯运行状态包括上行、下行、停机和故障。
8.根据权利要求1所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述扶梯运行状态相互转换时均经过停机状态。
9.根据权利要求1所述的一种自动扶梯与导向标识的联动控制系统，其特征在于，所述通讯单元采用RS485通信方式进行数据传输。
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