廣三北線列車切除氣制動限速問題分析

鄧培近

（廣州市地下鐵道總公司，廣東 廣州510310）

0 引言

列車限速作為緊急情況下的安全措施，必須具有可靠性，而廣三北線在實際運行過程中發(fā)現(xiàn)列車在特殊情況下切除轉(zhuǎn)向架氣制動的限速與設(shè)計要求不符，一旦需要啟用相應(yīng)的限速等級，會出現(xiàn)意想不到的安全問題，為此筆者將對轉(zhuǎn)向架氣制動切除的限速邏輯進行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品性能與設(shè)計要求不相符的原因，并本著可靠性原則提供改進建議，以使車輛滿足設(shè)計要求。

1 切除轉(zhuǎn)向架氣制動列車限速情況

運行在廣三北線的軌道列車的控制系統(tǒng)由西門子提供，主控制器簡稱VCU，每列車有6節(jié)編組，分別為A1／B1／C1和C2／B2／A2，3節(jié)編組為1個單元，每節(jié)車2個轉(zhuǎn)向架，分為一位端和二位端，整列車共12個轉(zhuǎn)向架。氣制動控制方式為架控，針對單個轉(zhuǎn)向架進行控制，所以本文切除氣制動稱為切除轉(zhuǎn)向架氣制動。

1.1 切除轉(zhuǎn)向架氣制動限速要求

轉(zhuǎn)向架的限制速度試驗：根據(jù)廣三北項目智能端子站SKS信號功能描述及西門子控制邏輯，按摩擦制動設(shè)計要求，1列列車如果有1個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，VCU將限速90 k m／h；有2個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，VCU將限速85 k m／h；有3個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，VCU將限速60 k m／h；有4個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，VCU將牽引封鎖，降級模式限速25 k m／h可牽引；有多于4個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，VCU將封鎖牽引及緊急牽引。邏輯判斷如圖1所示。

圖1 切除轉(zhuǎn)向架氣制動列車限速邏輯

1.2 切除轉(zhuǎn)向架氣制動實際限速情況

（1）切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動后列車限速85 k m／h，與一列車有2個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除時的限速要求相同，而控制邏輯顯示1列列車有1個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，VCU將限速90 k m／h。

（2）在進行切除轉(zhuǎn)向架氣制動的限制速度試驗時，選取不同組合的轉(zhuǎn)向架氣制動切除，出現(xiàn)的結(jié)果不同，如選取2節(jié)A車帶網(wǎng)關(guān)閥（G）的轉(zhuǎn)向架切除氣制動，不能動車，降級模式才能動車，但選取2節(jié)A車帶有網(wǎng)關(guān)閥的轉(zhuǎn)向架再加1節(jié)A車帶有智能閥（S）的轉(zhuǎn)向架切除氣制動，可以正常模式動車且限速60 k m／h。

即表1中第1、2項與設(shè)計描述不符。

表1 轉(zhuǎn)向架氣制動切除及限速情況

2 轉(zhuǎn)向架氣制動切除不符合控制邏輯分析

由于出現(xiàn)了非常復(fù)雜且沒有規(guī)律的現(xiàn)象，說明不是單個硬線傳輸信號的問題，可能是軟件及控制邏輯的問題。

2.1 列車切除氣制動限速邏輯控制

查閱西門子的控制邏輯，發(fā)現(xiàn)切除轉(zhuǎn)向架氣制動后，會影響2種限速，一是由于切除轉(zhuǎn)向架氣制動引起的限速，每列車12個轉(zhuǎn)向架，限速邏輯如圖1所示；二是切除轉(zhuǎn)向架氣制動之后會導(dǎo)致氣制動壓力降低，制動控制單元（EP2002閥）監(jiān)測到氣制動的壓力低，并反饋VCU而產(chǎn)生的氣制動壓力低限速，限速邏輯如圖2所示。每列車12個轉(zhuǎn)向架，當(dāng)1個轉(zhuǎn)向架報氣制動壓力低時，列車限速85 k m／h，當(dāng)2個轉(zhuǎn)向架報氣制動壓力低時，列車牽引封鎖，可在降級模式下限速25 k m／h運行。

圖2 氣制動壓力低限速邏輯

氣制動壓力低信號的產(chǎn)生，有3個輸入信號：

（1）Low BR pressure BCU 是 EP2002閥內(nèi)壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號，通過MVB傳送給VCU，每個閥如果檢測到所控制的轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低于6×105Pa，都會將信號傳送給VCU，如圖3中Low BR pressure BCU 1就是 A車一位端EP2002閥發(fā)送過來的。

圖3 A車氣制動壓力低判斷邏輯

（2）Low BR pressure SKS是由 EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號，通過硬線送給SKS然后發(fā)送給VCU的，這種硬線連接只有A車一位端網(wǎng)關(guān)閥、B車二位端智能閥、C車二位端網(wǎng)關(guān)閥。這種信號有個特點，就是每節(jié)車只有1個EP2002閥有信號線連接，但所發(fā)送的信號由2個轉(zhuǎn)向架共用，如圖3中 Low BR pressure 1是一位端轉(zhuǎn)向架壓力低，Low BR pressure 2是二位端轉(zhuǎn)向架壓力低，但是如果SKS收到一位端網(wǎng)關(guān)閥通過硬線反饋過來的壓力低信號，無論二位端轉(zhuǎn)向架壓力是否低，Low BR pressure 1和 Low BR pressure 2都會置1，也就是一位端轉(zhuǎn)向架和二位端轉(zhuǎn)向架都會報氣制動壓力低。

（3）Cut－out BR pressure轉(zhuǎn)向架氣制動截斷球閥切除信號，每個轉(zhuǎn)向架對應(yīng)1個截斷球閥，當(dāng)1個轉(zhuǎn)向架的截斷球閥沒有被切除時Cut－out BR pressure為0，當(dāng)轉(zhuǎn)向架的截斷球閥被切除時Cut－out BR pressure置1。

2.2 列車限速試驗情況分析

通過綜合3個信號的邏輯可以分析出試驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象。

2.2.1 切除A車轉(zhuǎn)向架1的氣制動

切除A車一位端轉(zhuǎn)向架的氣制動后，Cut－out BR pressure BG 1 置1，經(jīng)過取反后為0，而轉(zhuǎn)向架氣制動切除信號和EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號是“與”的關(guān)系，也就是無論EP2002閥通過網(wǎng)絡(luò)或硬線監(jiān)測到氣制動壓力是否低，Low BR pressure 1均不會置1，即一位端不會報氣制動壓力低；但該車二位端不同，二位端雖然沒有切除氣制動，但二位端Low BR pressure SKS用的是一位端網(wǎng)關(guān)閥反饋來的信號Low BR pressure SKS 1，由于一位端轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，通過一位端網(wǎng)關(guān)閥檢測到該架的氣制動壓力為0，一位端Low BR pressure SKS 1會被置1，通過圖2的邏輯可以看到，無論是通過 MVB接收的 Low BR pressure BCU 2是1還是硬線傳輸Low BR pressure SKS 1是1，Low＿B＿5都會輸出1，二位端轉(zhuǎn)向架氣制動沒有被切除時Cut－out BR pressure BG2為0，取反后為1，經(jīng)Low＿B＿6“與”輸出 Low BR pressure 2為1，二位端報轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低。

所以切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動后，A車一位端不會報氣制動壓力低，二位端報轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低。這時列車會有2種限速，一位端報轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，根據(jù)圖1的邏輯，列車VCU將限速90 k m／h，而二位端報轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低，根據(jù)圖3邏輯，列車VCU將限速85 k m／h，所以切除一位端轉(zhuǎn)向架氣制動后列車將按照限速等級高的標(biāo)準(zhǔn)限制在85 k m／h。

2.2.2 切除 A車轉(zhuǎn)向架1、2的氣制動

切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動后，如果再切除A車二位端轉(zhuǎn)向架氣制動，Cut－out BR pressure BG 2為1，取反后為0，Low BR pressure 2始終為0，無論Low BR pressure BCU 2和Low BR pressure SKS 1信號是什么狀態(tài)。也就是列車A車2個轉(zhuǎn)向架現(xiàn)在沒有報轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低，列車沒有限速，而切除2個轉(zhuǎn)向架氣制動根據(jù)圖1邏輯，列車VCU將限速85 k m／h。

這就是切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動，列車VCU將限速85 k m／h；切除A車2個轉(zhuǎn)向架氣制動，列車還是限速85 k m／h的原因。

2.2.3 切除A車轉(zhuǎn)向架1和C車轉(zhuǎn)向架2的氣制動

根據(jù)上面分析，切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動，Low BR pressure 2為1，A車二位端報轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低；同樣切除C車二位端轉(zhuǎn)向架氣制動，Low BR pressure SKS 3為1，如圖4所示，導(dǎo)致Low BR pressure 5為1，C車一位端報轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低，這時列車有2種限速，A車一位端和C車二位端2個轉(zhuǎn)向架被切除，根據(jù)圖1邏輯，列車VCU將限速85 k m／h；而根據(jù)圖2邏輯，A車二位端和C車一位端2個轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低，列車牽引封鎖，可在降級模式下限速25 k m／h運行。

圖4 C車氣制動壓力低判斷邏輯

2.2.4 切除A車轉(zhuǎn)向架1、2和C車轉(zhuǎn)向架2的氣制動

在2.2.3的操作基礎(chǔ)上，再切除A車二位端轉(zhuǎn)向架氣制動后，導(dǎo)致Low BR pressure 2為0，A車二位端不再報轉(zhuǎn)向架氣制動壓力低，只有C車一位端報氣制動壓力低，1個氣制動壓力低，列車VCU將限速85 k m／h，同時列車3個轉(zhuǎn)向架氣制動被切除，列車限速60 k m／h，按照限速高的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，列車限速60 k m／h。

同樣方式可以分析出表中切除任何轉(zhuǎn)向架氣制動組合所產(chǎn)生的不同的限速現(xiàn)象。

3 切除轉(zhuǎn)向架氣制動限速不滿足要求的原因及解決方式

3.1 原因分析

導(dǎo)致這種邏輯混亂的原因主要是：

（1）由EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號，通過硬線送給SKS的信號，每節(jié)車安裝有2個EP2002閥，只有1個EP2002閥通過硬線發(fā)出壓力低信號，而VCU采用時，2個轉(zhuǎn)向架均默認(rèn)采用同一信號，導(dǎo)致沒有硬線連接的EP2002閥并沒有檢測到壓力低，而VCU卻判斷這個轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)氣制動壓力低。

（2）由于EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低并通過MVB反饋給VCU的信號和通過硬線送給VCU的信號是“或”的關(guān)系，也導(dǎo)致了不合理的現(xiàn)象。

（3）2種限速并存，并且存在共同的輸入信號，特定情況下便會出現(xiàn)不同的限速等級。

3.2 解決方式

綜合分析以上原因，解決該問題的方法有：取消對EP2002閥內(nèi)壓力傳感器監(jiān)控的壓力低硬線信號的采用（Low BR pressure SKS），因為2個轉(zhuǎn)向架共用1個EP2002閥的信號，失去了準(zhǔn)確性，只采用EP2002閥內(nèi)壓力傳感器監(jiān)控并通過MVB送給 VCU 的信號（Low BR pressure BCU），因為單個 EP2002閥針對單個轉(zhuǎn)向架監(jiān)測，能反映每個轉(zhuǎn)向架實時的壓力狀況。這樣修改后，切除1個轉(zhuǎn)向架氣制動，不會導(dǎo)致同一節(jié)車的另一端報氣制動壓力低，從而只有切除轉(zhuǎn)向架氣制動的限速，如此能達到圖1的邏輯要求，此方案已通過驗證，取消硬線后列車功能正常。

4 結(jié)語

經(jīng)過分析和試驗，終于明確了廣三北線列車在實際運行過程中出現(xiàn)的列車限速與設(shè)計不符的原因。現(xiàn)在通過修改列車控制軟件，已成功解決了該問題。整理完成此文，以期能對軌道交通列車技術(shù)人員有所啟發(fā)。

［1］南車株洲電力機車有限公司.廣州三號線北延段工程車輛電氣原理圖，2010

［2］南車株洲電力機車有限公司.GZML3E項目維護手冊，2010

［3］南車株洲電力機車有限公司.GZML3E項目智能子站SKS信號功能描述：A版，2010