高速動(dòng)車組廁所有無人顯示器故障檢測(cè)與診斷技術(shù)研究

作者/岳剛、劉俠、楊盼奎，中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司

高速動(dòng)車組廁所有無人顯示器故障檢測(cè)與診斷技術(shù)研究

作者/岳剛、劉俠、楊盼奎，中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司

目前動(dòng)車組上廁所有顯示器故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了旅客的行車感受。廁所顯示器內(nèi)部電路的短接和斷點(diǎn)是導(dǎo)致廁所顯示器發(fā)生故障的主要原因。本文針對(duì)廁所顯示器故障檢測(cè)與診斷技術(shù)進(jìn)行了研究：對(duì)廁所顯示器進(jìn)行了原理分析，并分析了廁所顯示器的故障類型及故障成因。在此基礎(chǔ)上，對(duì)廁所顯示器進(jìn)行了故障檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了廁所顯示器故障檢測(cè)與診斷技術(shù)。

高速動(dòng)車組；廁所顯示器；故障檢測(cè)與診斷

引言

近年來隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，高速動(dòng)車組對(duì)設(shè)備可靠性的要求也隨之提高，同時(shí)乘客對(duì)乘車體驗(yàn)也越來越重視。高速動(dòng)車組的顯示系統(tǒng)是旅客獲取動(dòng)車車次、列車運(yùn)行速度、起點(diǎn)站、終點(diǎn)站、廁所使用狀態(tài)等信息的唯一途徑，旅客可以根據(jù)廁所顯示器燈的顏色來判斷廁所的使用狀態(tài)。但是由于高速動(dòng)車組的廁所顯示器處于長(zhǎng)年累月的工作狀態(tài)下，其內(nèi)部電路由于老化等原因出現(xiàn)短路、斷路等情況，導(dǎo)致廁所顯示器故障頻發(fā)，給旅客帶來了極大的不便，同時(shí)也增加了動(dòng)車維修人員的工作量，因此開展廁所顯示器的故障檢測(cè)與診斷技術(shù)研究是十分必要的。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)LED顯示器故障檢測(cè)與診斷進(jìn)行了相關(guān)研究，馬飛[1]設(shè)計(jì)了一種高鐵LED陣列顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電路、顯示模塊、電源模塊以及下載模塊等組成，可以有效解決高端顯示器的實(shí)時(shí)、應(yīng)急顯示效果不足等問題，并且，該系統(tǒng)包含獨(dú)立的電源模塊和USB下載模塊，具有廣泛的使用價(jià)值；宋成中和康瑞珂[2]介紹了TKCZ型客車廁所有無人顯示裝置的工作原理、安裝使用及維護(hù)保養(yǎng)，其中重點(diǎn)介紹了廁所有無人顯示裝置的電路工作原理，同時(shí)對(duì)其安裝使用和維護(hù)保養(yǎng)的注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳盡說明；羅中華[3]設(shè)計(jì)了一種使用增強(qiáng)型單片機(jī)+CPLD+大容量存儲(chǔ)方案作為主控制模塊，由點(diǎn)陣顯示控制板計(jì)算出顯示圖形的點(diǎn)陣碼，通過控制data和pulse引腳，輸入某行的數(shù)據(jù)，然后選通該行，利用簡(jiǎn)單的數(shù)字電路外圍來驅(qū)動(dòng)128×32的點(diǎn)陣LED顯示屏，LED顯示屏將得到該行的點(diǎn)陣顯示；張邦成和王奕龍等[4]針對(duì)軌道車輛車廂LED照明系統(tǒng)故障類型多、故障原因復(fù)雜等問題，并為了及時(shí)、準(zhǔn)確的確定軌道車輛LED照明系統(tǒng)的故障部位和故障原因，把軌道車輛車廂LED照明系統(tǒng)劃分為四個(gè)模塊單元，分析了軌道車輛車廂LED照明系統(tǒng)中常見故障單元的故障機(jī)理，為軌道車輛車廂LED照明系統(tǒng)的故障診斷與預(yù)報(bào)提供理論依據(jù)。但上述提到的相關(guān)技術(shù)并不能滿足高速動(dòng)車組廁所顯示器故障檢測(cè)與診斷的需要，因此急需研究一種專門用于廁所顯示器故障檢測(cè)與診斷的方法，以此來保證高速動(dòng)車組廁所顯示器的安全可靠運(yùn)行。

本文針對(duì)動(dòng)車組廁所顯示器進(jìn)行了故障檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出一種故障診斷方法，可以快速判斷廁所顯示器出現(xiàn)故障的位置，從而提高檢測(cè)、處理故障的效率。

1.工作原理

廁所有無人顯示器用于控制顯示當(dāng)前廁所的使用狀態(tài)，含有電源模塊、控制模塊和顯示模塊，該系統(tǒng)無需存儲(chǔ)器、微處理器等進(jìn)行邏輯處理，主要包括電源控制板和顯示板。電源控制板如圖1，功能模塊如圖2所示。

圖1 廁所有無人顯示器電路板

圖2 廁所有無人顯示器功能模塊圖

DC100V電源經(jīng)過EFD–15變壓器進(jìn)行調(diào)壓，為整個(gè)電路的各個(gè)模塊供電，控制線控制顯示屏顯示的內(nèi)容，顯示器每個(gè)點(diǎn)使用一個(gè)紅燈和一個(gè)綠燈，當(dāng)廁所無人時(shí)，控制線未連接電源，電源開關(guān)直接控制光電耦合器，使顯示屏顯示的LED燈全部顯示綠燈；當(dāng)廁所有人時(shí)，控制線連接電源，驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)，VD2二極管反向短路，綠燈無法驅(qū)動(dòng)，只有紅燈支路導(dǎo)通，顯示屏LED燈全部顯示紅燈。實(shí)際中通過關(guān)門反鎖達(dá)到控制線通斷的目的。顯示板上共有13列燈，每列燈由11個(gè)紅燈或綠燈串聯(lián)。

2.廁所顯示器主要故障類型

廁所顯示器作為列車上常用設(shè)備，由于其工作時(shí)間長(zhǎng)，故障頻率較高，故而對(duì)其進(jìn)行故障分析是有必要的。常見的故障主要有壞點(diǎn)，無法變色，亮度不足，黑屏等。本節(jié)將對(duì)廁所顯示器常出現(xiàn)的故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹及分析。

現(xiàn)象一：少數(shù)LED燈壞點(diǎn)。當(dāng)顯示板上有部分LED燈壞點(diǎn)，通常是該LED燈本身短路或者斷路，可以通過萬用表二極管檔和電壓檔測(cè)試。

現(xiàn)象二：顯示屏亮度不足。LED燈兩端電壓通常為2V～3V，若顯示板LED燈亮度不足，通常為電源控制板中電源模塊變壓故障，導(dǎo)致LED兩端電壓偏小。

現(xiàn)象三：顯示屏無法變色。廁所有無人顯示器通過控制線控制顯示屏顏色，當(dāng)控制線斷開時(shí)，即廁所門打開時(shí)，屏幕顯示為綠色。當(dāng)控制線連接DC100V，即廁所門關(guān)閉反鎖時(shí)，屏幕顯示為紅色。若出現(xiàn)顯示屏無法變色，通常為控制線電路相關(guān)電路斷路。

現(xiàn)象四：某列LED燈不亮。每列LED燈為串聯(lián)，若其中任一LED燈斷路，則會(huì)造成整列LED燈不亮。

3.廁所有無人顯示器故障診斷

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，將DC100V電壓接入正負(fù)兩端，若廁所有無人顯示器無任何故障，接通電源后，點(diǎn)亮顯示器上的所有綠燈，表示廁所無人，將控制線接入DC100V電源，所有綠燈熄滅并點(diǎn)亮所有紅燈，表示廁所有人。

將廁所有無人顯示器故障種類編號(hào)為A1，A2，接入DC100V供電電源，A1顯示如圖3和圖4所示。

圖3 廁所有無人顯示器A1通電測(cè)試一

圖4 廁所有無人顯示器通電測(cè)試二

在未接入DC100V控制線時(shí)，廁所有無人顯示器本應(yīng)全點(diǎn)亮綠燈。如圖3可見，廁所有無人顯示器A1左邊第二列顯示故障，前六個(gè)燈同時(shí)顯示紅綠兩種顏色，斷電后使用萬用表二極管檔對(duì)該列燈進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)后得知由于該列第七個(gè)燈紅燈和綠燈陽極短路，焊點(diǎn)相連，導(dǎo)致前六個(gè)燈的紅燈和綠燈一直導(dǎo)通，如圖4，短接6，7兩燈綠燈可實(shí)現(xiàn)前5個(gè)燈的正常顯示，證實(shí)了前述故障診斷。

對(duì)A2進(jìn)行通電測(cè)試，如圖5和圖6所示。

圖5 廁所有無人顯示器A2通電測(cè)試一

圖6 廁所有無人顯示器A2通電測(cè)試二

當(dāng)廁所無人時(shí)，顯示器第六列前兩個(gè)燈無法點(diǎn)亮，通過萬用表電壓檔測(cè)試，第六列前兩個(gè)綠燈短路。

對(duì)A2輸入控制電壓DC100V，顯示如圖5所示?？梢姷诹屑t燈皆不亮。

使用萬用表對(duì)第六列紅燈進(jìn)行測(cè)試，前10個(gè)燈無任何故障，第11個(gè)燈斷路，由于該列發(fā)光二極管為串聯(lián)，所以無法把排在前面的無故障燈點(diǎn)亮。實(shí)驗(yàn)中通過短接第11個(gè)紅燈可以實(shí)現(xiàn)前10個(gè)紅燈的點(diǎn)亮，證實(shí)了前述故障診斷。

4.廁所有無人顯示器維修方案

若廁所有無人顯示器出現(xiàn)故障，按以下步驟確認(rèn)最小維修單元并替換維修：

（1）斷開廁所有無人電源，拆下廁所有無人顯示器并將其打開；

（2）將萬用表調(diào)到二極管檔，紅黑表筆接在壞點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩端，若發(fā)光二極管不亮，則該發(fā)光二極管本身?yè)p壞，若顯示板上壞點(diǎn)數(shù)量較多且影響到廁所有無人的正常顯示，則更換顯示板；

（3）若顏色顯示錯(cuò)誤，則在錯(cuò)誤發(fā)光二極管附近用萬用表二極管檔測(cè)試，一般為紅黃兩燈焊點(diǎn)短接，若顯示板上壞點(diǎn)數(shù)量較多且影響到廁所有無人的正常顯示，則更換顯示板；

（4）在確保顯示板正常情況下依然出現(xiàn)故障，則更換電源控制板。

5.結(jié)論

高速動(dòng)車組廁所有無人顯示器系統(tǒng)故障主要是由于其內(nèi)部電路的焊點(diǎn)短路，斷路造成的。本文通過對(duì)現(xiàn)有故障廁所有無人顯示器通電實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行故障分析，對(duì)廁所有無人顯示器頻發(fā)故障進(jìn)行總結(jié)歸類，并提出最小單元維修方案。通過該維修方案，可以自行對(duì)列車廁所有無人顯示器進(jìn)行檢修和更換，降低了成本，提升維修效率。

＊ [1]馬飛.一種高鐵LED陣列顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息通道.2017，(02)：71-72.

＊ [2]宋成中，康瑞珂.TKCZ型客車廁所有無人顯示裝置[J].1996,34(01)：32-34.

＊ [3]羅中華.LED信息顯示屏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].南昌：南昌大學(xué)，2008.

＊ [4]張邦成，王奕龍，高智.軌道車輛車廂LED照明系統(tǒng)故障機(jī)理分析[J].2014，25(06)：53-57.