天津地鐵2號(hào)線列車門控系統(tǒng)問(wèn)題分析及改進(jìn)

天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司 冀祖卿 吳鐵輝

列車正線運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于客室車門開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻繁，車門系統(tǒng)故障率相對(duì)較高，一直是城市軌道交通行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。而且車門一旦出現(xiàn)故障，必須進(jìn)行隔離或降級(jí)處理，難免造成列車晚點(diǎn)等影響，因此改進(jìn)提升車門系統(tǒng)安全可靠性，對(duì)減少列車正線影響和提高列車整體服務(wù)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。天津地鐵2號(hào)線列車客室車門采用電動(dòng)塞拉門，自開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)軟、硬件故障，本文主要就門控系統(tǒng)不穩(wěn)定及整車門控設(shè)計(jì)缺陷方面進(jìn)行分析，并提出有效的改進(jìn)措施。

1.車門控制原理說(shuō)明

根據(jù)列車駕駛模式，客室車門的開(kāi)關(guān)有3種情況：自動(dòng)開(kāi)/自動(dòng)關(guān)，自動(dòng)開(kāi)/手動(dòng)開(kāi)，手動(dòng)開(kāi)/手動(dòng)關(guān)，在不同的模式下，開(kāi)關(guān)門所需要的信號(hào)指令由ATC發(fā)出或司機(jī)觸按相應(yīng)的按鈕完成，然后通過(guò)硬線傳送給門控器(EDCU)，TCMS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。圖1所示為系統(tǒng)圖。

圖1 系統(tǒng)圖

圖2 改造前列車門控原理圖

對(duì)單門來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)門動(dòng)作由門控器控制，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)架、齒帶輪，并由齒帶通過(guò)輥式滑車的連接板與門扇相連，完成車門的鎖閉/解鎖與開(kāi)、關(guān)。

2.整車門控系統(tǒng)的改進(jìn)

2.1 故障現(xiàn)象

在非正常邏輯操作測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選擇RM模式時(shí)，在非激活端駕駛室進(jìn)行集控開(kāi)關(guān)門操作，客室車門能夠正常的開(kāi)關(guān)，而TCMS的監(jiān)控屏上未顯示任何故障。(定義：激活端駕駛室為A端，非激活端駕駛室為B端)。

2.2 故障分析及改進(jìn)

根據(jù)客室車門開(kāi)關(guān)的條件，能夠開(kāi)關(guān)需要建立使能信號(hào)、開(kāi)門信號(hào)和關(guān)門信號(hào)，且三種信號(hào)的列車線供電正常。正常情況下，三種信號(hào)列車線由激活端駕駛室供電，如圖2所示。

通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)：

(1)在RM模式下，A端駕駛室的門選開(kāi)關(guān)處于0位時(shí)，B端開(kāi)關(guān)門操作無(wú)效。

(2)在RM模式下，A端駕駛室的門選開(kāi)關(guān)處于非0位（左開(kāi)門、右開(kāi)門）時(shí)，B端打門選開(kāi)關(guān)能進(jìn)行開(kāi)關(guān)左右門操作。

(3)當(dāng)選擇NRM模式時(shí)，在B端駕駛室進(jìn)行開(kāi)關(guān)門操作無(wú)效。

因此可以確定異常操作成功的原因由車載信號(hào)系統(tǒng)引起，且跟A端門選開(kāi)關(guān)位置有關(guān)。當(dāng)TOD上模式選擇成功后，DEL/DER COIL DRIVE列車線得電，兩端司駕駛室內(nèi)VATC機(jī)柜內(nèi)部的DEL、DER繼電器同時(shí)上電，串在列車使能線上的相應(yīng)觸點(diǎn)閉合。當(dāng)A端駕駛室門選開(kāi)關(guān)處于非0位時(shí)，使能信號(hào)線410、411得電，這時(shí)DC110V電由左門或右門使能列車線，經(jīng)過(guò)另一端的DER/DEL串至383線，從而導(dǎo)致在B端駕駛室內(nèi)能夠正常開(kāi)關(guān)門，對(duì)行車安全造成隱患。車載信號(hào)系統(tǒng)中兩端的VATC機(jī)柜互為冗余，采用熱備份模式，因此對(duì)DEL、DER得電情況無(wú)法更改?？紤]在VATC使能輸出端增加二級(jí)管，利用其單向?qū)ǖ男阅芙鉀Q問(wèn)題，更改后只需檢修維護(hù)時(shí)定期對(duì)二級(jí)管導(dǎo)通性能進(jìn)行測(cè)試即可。

3.車門防擠壓?jiǎn)栴}

3.1 故障現(xiàn)象

列車在正線運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，單個(gè)車門多次發(fā)生“關(guān)門三次防擠壓”故障，查看視頻監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)車門開(kāi)關(guān)過(guò)程中并未遇到障礙物，且再次測(cè)試車門開(kāi)關(guān)及檢查車門機(jī)械結(jié)構(gòu)均正常。

3.2 故障分析及改進(jìn)

客室車門防夾功能檢測(cè)的最小障礙物大小為25mm×60mm或?30mm。車門在關(guān)閉過(guò)程中如果遇到障礙物，門控器持續(xù)最大關(guān)門力0.5s，然后車門將向外打開(kāi)200mm，并自動(dòng)重新關(guān)閉，如果檢測(cè)到障礙物依舊存在，重復(fù)3次后車門將完全打開(kāi)。此時(shí)門控器需再次接受到關(guān)門命令才能關(guān)門。

門控器內(nèi)部具有電機(jī)電流監(jiān)控功能，電流負(fù)荷檢測(cè)由電流傳感器完成，可測(cè)的最低電流變化值為0.039A，門控器通過(guò)電機(jī)電流感知機(jī)械變化，判斷是否有防擠壓的發(fā)生。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)門控器設(shè)置的關(guān)門力過(guò)小，其有效防擠壓力為≤120Nm，在現(xiàn)場(chǎng)用車門壓力計(jì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)部分車門關(guān)門力低于90Nm。

同時(shí)在進(jìn)一步試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，車門在防擠壓故障檢測(cè)時(shí)存在漏洞：電動(dòng)開(kāi)門時(shí)，同時(shí)用手向開(kāi)門方向用力推門扇，當(dāng)門開(kāi)到位后，再次關(guān)門時(shí)車門無(wú)法關(guān)閉。檢測(cè)霍爾信號(hào)，正常自動(dòng)開(kāi)門時(shí)霍爾信號(hào)點(diǎn)數(shù)為420左右；當(dāng)開(kāi)門時(shí)，向開(kāi)門方向手動(dòng)推門后，霍爾信號(hào)點(diǎn)數(shù)降為220左右，霍爾信號(hào)丟失嚴(yán)重，致使車門無(wú)法自動(dòng)關(guān)閉。在排除霍爾信號(hào)線屏蔽接地?zé)o問(wèn)題后，發(fā)現(xiàn)門控器軟件設(shè)置中電機(jī)編碼器霍爾信號(hào)有效脈寬為1000ms，時(shí)間設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致滿足要求的信號(hào)量少，信號(hào)點(diǎn)數(shù)下降。

針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)門控器控制軟件進(jìn)行優(yōu)化，一方面將車門有效防擠壓力設(shè)置為≤150Nm（實(shí)測(cè)值為120-150Nm），同時(shí)將電機(jī)編碼器霍爾信號(hào)濾波軟件設(shè)置有效脈寬改為500ms，經(jīng)驗(yàn)證效果良好。

4.門安全環(huán)路監(jiān)控改造問(wèn)題

4.1 故障現(xiàn)象

列車送電啟車時(shí)，該車突然出現(xiàn)10臺(tái)門控器燒毀，同時(shí)有2個(gè)車門異?？焖兕l繁開(kāi)關(guān)門現(xiàn)象，且查看TCMS故障記錄和ER記錄，異常開(kāi)關(guān)的兩門顯示正常關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)任何故障記錄。

4.2 故障分析及改進(jìn)

查看損壞的門控器位置，發(fā)現(xiàn)這10臺(tái)門控器在每節(jié)車都有，且左右側(cè)均有，位置無(wú)規(guī)律。進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，啟車前門選開(kāi)關(guān)為右開(kāi)門位置，送電完畢后操作人員立即將司控器鑰匙打至ON位，綜合考慮全列車門控電路和單個(gè)門控器輸入輸出信號(hào)，懷疑單門安全回路的檢測(cè)電壓信號(hào)對(duì)門控器造成了影響。

對(duì)單個(gè)車門安全回路增加監(jiān)控功能，為2號(hào)線列車后期改造項(xiàng)目。原理為通過(guò)門控器對(duì)單門安全環(huán)路的進(jìn)線和出線電壓檢測(cè)，判斷回路的建立情況。改造時(shí)由于現(xiàn)有門控器的懸空輸入口僅剩X1-1和X1-9兩個(gè)端口，因此兩口全部使用，而X1-1為門控器廠內(nèi)測(cè)試程序接口。根據(jù)當(dāng)時(shí)存在2個(gè)車門異?？焖匍_(kāi)關(guān)的現(xiàn)象，初步判斷可能原因?yàn)殚T控器進(jìn)入測(cè)試程序?qū)е隆?/p>

門控器進(jìn)入測(cè)試程序的條件是：在門控器上電大約5秒內(nèi)，由門控器X1-1口輸入一個(gè)200ms的高電平，再輸入一個(gè)200ms的低電平，再輸入一個(gè)200ms的高電平時(shí)，即可進(jìn)入。如果輸入條件滿足，測(cè)試程序會(huì)進(jìn)入電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的測(cè)試程序。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集的信息，該列車啟車后，操作人員立即將司控器鑰匙扳至ON位，且未一次性到位，導(dǎo)致門安全回路供電存在波動(dòng)，符合門控器進(jìn)入測(cè)試程序的條件，由于測(cè)試電機(jī)正反轉(zhuǎn)的輸入信號(hào)同時(shí)也為高，部分電機(jī)堵轉(zhuǎn)造成門控器損壞。

為此對(duì)門控器程序進(jìn)行了升級(jí)完善，將測(cè)試程序的輸入口從X1-1口變成X1-2口(X1-2口為本地測(cè)試按鈕)，從而杜絕了門控器上電自檢時(shí)進(jìn)入測(cè)試程序。

5.與TMS通信中斷問(wèn)題

5.1 故障現(xiàn)象

在庫(kù)內(nèi)啟車和正線運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，列車出現(xiàn)數(shù)例TCMS顯示某個(gè)車門未知故障。

5.2 故障分析及改進(jìn)

在對(duì)故障車門檢查分析中發(fā)現(xiàn)，雖然TCMS與門控器通訊中斷，但車門的開(kāi)關(guān)動(dòng)作正常。同時(shí)如果門控器重新上電，與TMS通信就恢復(fù)正常，且經(jīng)多次開(kāi)關(guān)門試驗(yàn)，故障不再出現(xiàn)，該故障的發(fā)生具有一定的偶然性。

在門控器的硬件構(gòu)成上，分別設(shè)置了通訊處理器和主處理器兩個(gè)模塊。車門的信息由主處理器進(jìn)行監(jiān)控和分析后，傳遞給通訊模塊，經(jīng)通信模塊由RS485線與TCMS完成數(shù)據(jù)交換。從數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控上來(lái)說(shuō)，門控器與TCMS通訊的波特率選用19.2kbps，正常情況下TCMS的CPU1以每400ms周期對(duì)1節(jié)車的8臺(tái)門控器執(zhí)行一次完整的輪詢，門控器的響應(yīng)時(shí)間為≤2.5ms，輪詢情況如圖3所示。TCMS對(duì)門控器數(shù)據(jù)正確與否的依據(jù)是，當(dāng)TCMS在5次輪詢后均無(wú)法從某個(gè)門控器接受到正確數(shù)據(jù)時(shí)，顯示某個(gè)車門未知。

圖3 TCMS與EDCU輪詢情況

經(jīng)過(guò)對(duì)門控器通信模塊數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)通信模塊軟件抗干擾能力不強(qiáng)。門控器上電后對(duì)地址讀取一次后不再讀取，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)若在讀取過(guò)程中受到干擾，由于讀取的地址有誤且不再更新，從而導(dǎo)致故障。因此對(duì)門控器程序進(jìn)行再次完善，對(duì)地址的讀取方式采用上電時(shí)連續(xù)讀取10次相同地址認(rèn)為有效，且記住地址，并不再次讀取，直至下一次重新上電。同時(shí)對(duì)通訊程序的算法進(jìn)行升級(jí)，加強(qiáng)通訊性能的穩(wěn)定性，提高抗干擾能力。通過(guò)此次優(yōu)化，TCMS顯示門未知的故障率大大降低。

6.結(jié)束語(yǔ)

以上是天津地鐵2號(hào)線列車運(yùn)用中門控系統(tǒng)存在的典型問(wèn)題，通過(guò)對(duì)門控軟件不斷完善和改進(jìn)，提升了車門系統(tǒng)的安全可靠性，有效降低了車門故障率，對(duì)提高列車整體服務(wù)質(zhì)量起到了積極作用。

[1]顧松彬,羅信.深圳地鐵客室車門電氣控制電路的改進(jìn)[J].城市軌道車輛,2008.

[2]華路捷.北京地鐵八通線車輛客室車門系統(tǒng)重點(diǎn)電器故障分析和應(yīng)對(duì)措施[J].電力機(jī)車與城軌車輛,2008.