一號(hào)線列車KLIP板故障對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的影響分析及改造建議

段玉玲

（廣州市地下鐵道總公司，廣東 廣州510380）

0 引言

廣州地鐵一號(hào)線電客車為西門子公司生產(chǎn)，其信息及診斷系統(tǒng)中運(yùn)用DINBUS總線控制系統(tǒng)，通信協(xié)議為SIBAS32（由SIEMENS自行定義、開發(fā)），包含中央故障存儲(chǔ)單元（CFSU）和智能化外圍接口（SIBAS KLIP子站）、故障顯示器3大部分，主要用于整列車各微機(jī)子系統(tǒng)及車載信號(hào)設(shè)備的通訊連接、數(shù)據(jù)傳輸。

SIBAS KLIP是集I／O于一體的西門子地鐵電客車自動(dòng)系統(tǒng)的縮寫，其為智能輸入／輸出設(shè)備，與所在車輛的外圍設(shè)備進(jìn)行故障信息、車輛狀態(tài)信息的傳遞。每節(jié)車均有一個(gè)SIBAS KLIP子站，而A車的KLIP子站包括：AS318接口卡、3個(gè)總線模塊、3個(gè)DE16×DC110V輸入卡、1個(gè)DA8×DC110V輸出卡、1個(gè)DA16×DC24V輸出卡。

廣州地鐵一號(hào)線電客車經(jīng)過十多年的運(yùn)營，KILP子站各電子板的元器件均已逐步出現(xiàn)不同程度的老化，對(duì)列車的安全運(yùn)營造成了一定的影響。為了降低該風(fēng)險(xiǎn)，本文分析了KILP板故障對(duì)列車制動(dòng)系統(tǒng)的影響，并舉一反三提出了合理的技術(shù)改造建議，以期降低隱患故障的影響。

1 背景

12月7日一號(hào)線西門子電客車1718車在正線ATO進(jìn)站對(duì)標(biāo)時(shí)出現(xiàn)沖標(biāo)現(xiàn)象，且司機(jī)反映列車常用制動(dòng)模式下制動(dòng)力不足，需依靠操作快速制動(dòng)SM駕駛進(jìn)行對(duì)標(biāo)。針對(duì)該故障，通過深入調(diào)查分析，導(dǎo)致列車常用制動(dòng)功能失效的原因?yàn)锳車KLIP板反向串電。

2 故障原因分析

2.1 常制功能失效原因調(diào)查

故障列車回庫后，對(duì)列車進(jìn)行了模擬試驗(yàn)：操作司機(jī)控制器方向手柄緩解列車緊急制動(dòng)，并操作牽引／制動(dòng)手柄在0～100%位置進(jìn)行常制試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)列車常用制動(dòng)功能失效，立即對(duì)列車常制控制回路進(jìn)行檢查，使用萬用表測(cè)量列車常用制動(dòng)信號(hào)線2063Z有30V左右的電壓，然后測(cè)量二極管2V07正極電壓為0，負(fù)極電壓為30V。由此可以斷定該30V電壓為后續(xù)設(shè)備ECU（制動(dòng)控制單元）、DCU（牽引控制單元）和KILP（診斷設(shè)備）反向供出的電壓，導(dǎo)致整列車常制信號(hào)線有30V的電壓信號(hào)，從而引起常制失效，如圖1所示。

從圖1（b）中可以看出，該反向電壓可能為6節(jié)車的ECU、4節(jié)車的DCU和2節(jié)A車的KLIP任一部分產(chǎn)生，需對(duì)可能的故障點(diǎn)進(jìn)行一一排查。在常用制動(dòng)模式下，逐個(gè)將A車的ECU、CFSU以及動(dòng)車的ECU、DCU微動(dòng)開關(guān)打下，該電壓仍然存在，然后分別拆下1A18、1A17車常用制動(dòng)信號(hào)送入KLIP113板（16×110V板）的插頭，發(fā)現(xiàn)當(dāng)拆下1A17車KLIP113板的插頭后該30V電壓消失，列車故障現(xiàn)象消失，常用制動(dòng)功能恢復(fù)正常。因此可以斷定，導(dǎo)致該故障的原因?yàn)?A17車KLIP113板故障，一直有約30V的反向電壓送至常用制動(dòng)回路，造成列車常用制動(dòng)功能失效。

圖1 牽引制動(dòng)回路

2.2 KLIP板反向串電及DCU、ECU板載光耦元件性能分析

此次出現(xiàn)故障的為SIBAS KLIP113板（DE16×DC110V輸入卡），即16通道110V直流輸入模塊，用于故障信息和二進(jìn)制控制信號(hào)的輸入，正常狀態(tài)下只負(fù)責(zé)對(duì)外圍110V信號(hào)的接收。經(jīng)調(diào)查，該板為返修測(cè)試正常的返修件，對(duì)該故障板進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)故障原因?yàn)樵揔LIP113板的板載二極管性能老化，反向限流能力降低，當(dāng)該板工作電源110V接通后，常制信號(hào)輸入回路的限流二極管未能起到限流作用，導(dǎo)致輸入端錯(cuò)誤，出現(xiàn)約DC30V的反向輸出。

但根據(jù)列車實(shí)際的故障現(xiàn)象：正線該車ATO運(yùn)行進(jìn)站精度對(duì)標(biāo)時(shí)沖標(biāo)，說明列車只在低速狀態(tài)下常用制動(dòng)失效，而在高速運(yùn)行時(shí)牽引系統(tǒng)的電制動(dòng)功能卻未受到影響。針對(duì)這一情況作進(jìn)一步調(diào)查：查看電路圖1（b）分析，當(dāng)A車的KLIP板反向送出30V電壓時(shí)，該30V的電壓會(huì)同時(shí)送至整列車的DCU、ECU板，但根據(jù)列車實(shí)際的故障現(xiàn)象，該30V的電壓僅對(duì)6節(jié)車的ECU板造成影響，導(dǎo)致列車常用制動(dòng)不能給出，而未對(duì)DCU造成影響，電制動(dòng)仍能作用。

分別對(duì)ECU進(jìn)行常用制動(dòng)診斷的SS1板和DCU進(jìn)行常用制動(dòng)診斷的A311板的相關(guān)常制控制電路部分進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

（1）SS1板選用的光耦是CNY17－4，輸入端串聯(lián)電阻為33kΩ。給常用制動(dòng)回路輸入端送入不同的電壓值，在光耦另一端測(cè)試E極電壓，如圖2所示。測(cè)試結(jié)果如下：輸入電壓為5V，光耦E極對(duì)地電壓2.6V；輸入電壓為10V，光耦E極對(duì)地電壓3.7V；輸入電壓為16V，光耦E極對(duì)地電壓4.6V；輸入電壓為24V，光耦E極對(duì)地電壓4.84V；輸入電壓為60V，光耦E極對(duì)地電壓4.9V。

圖2 ECU SS1板光耦回路

（2）A311板選用的光耦是HP2232，輸入端串聯(lián)電阻為89kΩ。給常用制動(dòng)回路輸入端送入不同的電壓值，在光耦另一端測(cè)試VO2輸出電壓，如圖3所示。測(cè)試結(jié)果如下：輸入電壓為5V，光耦輸出極對(duì)地電壓0V；輸入電壓為10V，光耦輸出極對(duì)地電壓0V；輸入電壓為16V，光耦輸出極對(duì)地電壓0V；輸入電壓為24V，光耦輸出極對(duì)地電壓0.25V；輸入電壓為44V，光耦輸出極對(duì)地電壓3.9V；輸入電壓為60V，光耦輸出極對(duì)地電壓3.9V；輸入電壓為110V，光耦輸出極對(duì)地電壓4V。

圖3 DCU A311板光耦回路

從以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，ECU SS1板使用的是線性光耦，開關(guān)狀態(tài)隨電壓值輸入的不同而不同，當(dāng)輸入電壓達(dá)到16V時(shí)，該光耦已導(dǎo)通。而DCU A311板使用的是非線性光耦，開關(guān)狀態(tài)比較穩(wěn)定，44V的輸入電壓是臨界值，當(dāng)輸入電壓小于44V時(shí)光耦不導(dǎo)通，當(dāng)輸入電壓大于44V時(shí)光耦導(dǎo)通，輸出電壓較穩(wěn)定。

因此，當(dāng)列車牽引手柄推到常用制動(dòng)位，此時(shí)列車常用制動(dòng)信號(hào)線應(yīng)該失電，送往ECU的常制信號(hào)線電壓為0，ECU SS1板光耦不導(dǎo)通，輸出低電平信號(hào)“0”，經(jīng)過74HCT368芯片后輸出高電平信號(hào)“1”，ECU執(zhí)行常用制動(dòng)功能。但當(dāng)1A17車KILP板反向錯(cuò)誤供出30V電壓通過常用制動(dòng)信號(hào)線送給整列車的ECU和DCU板時(shí)，6節(jié)車ECU SS1板光耦元件在輸入端有30V的電壓時(shí)導(dǎo)通，從而使ECU收到常制信號(hào)為“0”的低電平，即列車制動(dòng)系統(tǒng)一直認(rèn)為沒有常用制動(dòng)，從而出現(xiàn)整列車常用制動(dòng)失效的故障。但4節(jié)車DCU A311板則相對(duì)穩(wěn)定性較高，KILP板反向供出的30V電壓沒有使DCU A311板的光耦導(dǎo)通，DCU接收到的一直為常用制動(dòng)的低電平，因此列車的電制動(dòng)信號(hào)未受到影響，列車仍可進(jìn)行電制動(dòng)。

3 建議改造方案

對(duì)一號(hào)線西門子列車電路圖進(jìn)行分析可知，整車的常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)110V硬線信號(hào)在兩端A車均要送至KLIP板，而從目前該故障KLIP板的檢測(cè)結(jié)果看，部分板載二極管已出現(xiàn)性能下降的情況，一旦A車的KLIP板出現(xiàn)類似故障，就會(huì)對(duì)整列車的ECU制動(dòng)功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，極易造成正線列車清客、救援事故?；诖?，建議在兩端A車的常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊制制動(dòng)和牽引回路送往KLIP的線路上串聯(lián)一個(gè)二極管，如圖4所示。該改造方法不僅簡單而且成本較低，每列車僅需要8個(gè)二極管和10mm長度的導(dǎo)線，同時(shí)，改造后整車制動(dòng)控制電路安全性較以往大大提高，能有效防止類似因KLIP板本身故障導(dǎo)致的制動(dòng)電路控制故障的發(fā)生。

圖4 改造電路圖

4 改造風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

由于該改造方案只在列車常制、快制、緊制和牽引信號(hào)送至診斷系統(tǒng)KLIP板的回路上增加一個(gè)二極管，所以對(duì)列車自身送往ECU、DCU的常制、快制、緊制和牽引控制回路沒有任何影響，即使新增加的二極管被擊穿或是出現(xiàn)不導(dǎo)通故障，受到影響的只是列車常制、快制等狀態(tài)下KILP板對(duì)應(yīng)制動(dòng)信號(hào)的診斷監(jiān)控，對(duì)整個(gè)列車的運(yùn)行功能及司機(jī)判斷均無影響。改造帶來的列車運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)極低，且能有效防止類似因KLIP板本身故障導(dǎo)致的制動(dòng)電路控制故障的發(fā)生。

5 結(jié)論

目前一號(hào)線西門子列車已運(yùn)營十多年，診斷系統(tǒng)KLIP板電子元器件逐步出現(xiàn)老化，一旦A車的KLIP板出現(xiàn)反向串電故障，將會(huì)對(duì)列車的ECU制動(dòng)功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在兩端A車的常制制動(dòng)、快制制動(dòng)和緊制制動(dòng)回路送往KLIP的線路上串聯(lián)一個(gè)二極管，可有效避免因KLIP板本身故障而導(dǎo)致的制動(dòng)電路故障的發(fā)生。

［1］Adtranz.廣州地鐵一號(hào)線車輛描述［Z］，1997

［2］Adtranz.廣州地鐵一號(hào)線車輛電路圖［Z］，1997

［3］廣州地鐵車輛中心.廣州地鐵一號(hào)線故障處理指南［Z］，2008