沈陽地鐵1號線司控器信號故障分析及對策

王云帆，徐踐，李瀚

摘 ? 要：司控器作為地鐵車輛的主令設備，承擔將司機的駕駛操作轉(zhuǎn)換為車輛牽引制動指令的作用，其工作要求穩(wěn)定、可靠。司控器在運營過程中出現(xiàn)信號超差故障將直接影響車輛的正常運營。文章針對沈陽地鐵1號線司控器模擬量信號超差進行故障調(diào)查及分析，通過改進司控器電磁兼容能力，提高信號余量及信號同步精度，以解決沈陽地鐵1號線司控器模擬量信號超差故障。

關鍵詞：司控器;編碼器;模擬量信號

司控器的信號一般分為開關信號和模擬量信號，各信號通過司機操作司控器手柄發(fā)送給車輛的控制網(wǎng)絡，網(wǎng)絡通過判斷比對各信號完成牽引、制動指令的實施。沈陽地鐵1號線司控器為德國進口設備，在運營過程中經(jīng)常出現(xiàn)模擬量超差故障，而其維修、采購周期長，影響了車輛的正常運營，本文針對沈陽地鐵1號線進行了司控器信號超差的調(diào)查及分析，并制定整改對策[1]。

1 ? ?沈陽地鐵1號線司控器介紹

1.1 ?介紹及結(jié)構(gòu)部分構(gòu)成

沈陽地鐵1號線司控器主要構(gòu)成部分為：鑰匙開關、方向手柄、速度調(diào)節(jié)手柄。鑰匙開關位置中，OFF表示在此位置鑰匙能夠拔出。ON位置表示總線激活，列車能夠操作。方向控制手柄有以下3個位置：

（1）向前（向前位置），列車駕駛模式變?yōu)槠胀ㄈ斯は蚯澳Ｊ健?/p>

（2）0位（中間位置），斷開位。

（3）向后（向后位置），列車駕駛模式變?yōu)槠胀ㄈ斯は蚝竽Ｊ健?/p>

速度調(diào)節(jié)手柄有13個位置，其中，牽引4個、惰行1個、制動7個和緊急制動1個，每個位置的功能如下：

（1）牽引（向前位置P1，P2，P3，P4），其下線路接觸器閉合并提供牽引力指令。

（2）0位（中間位置），限制線路接觸器的動作，并提供零牽引/制動指令。

（3）常用制動（向后位置B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7），線路接觸器閉合并提供制動力指令[2]。

（4）緊急制動（向后位置），手柄位于該位時施加緊急制動。

1.2 ?電氣部分構(gòu)成

數(shù)字信號部分由一系列開關組成，通過開關的閉合來輸出信號，模擬量通過與司控器主控手柄機械相連的編碼器輸出。沈陽地鐵1號線司控器開關閉合如圖1所示。

2 ? ?沈陽地鐵1號線司控器故障調(diào)查及分析

2.1 ?試驗條件、對象及設備構(gòu)成

在實車配置設備及布線后，執(zhí)行下列試驗來重現(xiàn)故障。檔位操作內(nèi)容如下：

（1）穩(wěn)態(tài)牽引操作（P1→P2→P3→P4）。

（2）穩(wěn)態(tài)制動操作（B1→B2→B3→B4→B5→B6→B7）。

（3）快速制動（RB）操作。

（4）牽引，立即OFF制動操作。

（5）牽引、制動的隨機反復操作。

試驗對象包括了車輛上的司控器及后端車輛控制網(wǎng)絡，試驗對象構(gòu)成如圖2所示。

圖1 ?沈陽地鐵1號線司控器開關閉合

圖2 ?試驗對象構(gòu)成

2.2 ?測量內(nèi)容

測量記錄下列信號，確認是否會出現(xiàn)故障現(xiàn)象：（1）司控器（Master Controller）模擬量電壓輸出及其電源電壓，測量牽引、制動指令、編碼器1系及2系電壓。（2）TMS Central unit輸入、輸出。測量牽引、制動指令、編碼器1系及2系電壓。（3）TMS Event Recorder。通過TMS收集的各數(shù)碼信號。（4）VVVF GCU-PWM信號，測量從TMS發(fā)出的PWM信號[3]。

2.3 ?確認結(jié)果

（1）實驗過程中，在Date Logger中確認沒有發(fā)現(xiàn)司控器側(cè)編碼器1系和2系間的差異。

（2）通過TMS轉(zhuǎn)換的數(shù)碼信號（Event Recorder輸出）確認與第（1）步相同，沒有發(fā)現(xiàn)異常。

（3）編碼器輸出電壓波形觀測。在組合試驗回路中接入示波器，觀測司控器編碼器的輸出電壓波形。通過觀測編碼器電壓波形（見圖3），可以確認各檔位的最大值和最小值以及超過許可值的數(shù)值（粗體部分）。

圖3顯示電源電壓中紋波很大，所以可認為TMS讀取值存在偏差，是編碼器輸出值和TMS讀取值不一致的主要原因。

測量司控器的兩個編碼器模擬量輸出曲線，可以看出司控器在輸出1 V及8.5 V兩端沒有設置余量，在RB與P4兩個極限位置容易出現(xiàn)跳躍故障。

3 ? ?整改方案

結(jié)合上述調(diào)查分析，對司控器進行結(jié)構(gòu)、電氣優(yōu)化：

（1）改進現(xiàn)有司控器編碼器可能存在機械上不同步的缺點，將兩個編碼器使用同軸設計，共用一根旋轉(zhuǎn)軸，消除機械誤差，保證兩個編碼器100%同步。

（2）編碼器電磁屏蔽、防塵、防水設計。現(xiàn)有司控器編碼器電路板直接裸露，使用過程中可能受其他電氣設備的干擾，將編碼器電路板用鋁合金殼體進行屏蔽，同時外接線束使用全屏蔽線，保證模擬量輸出側(cè)信號全方位屏蔽。

（3）改進編碼器電路，在電源輸入端加入穩(wěn)壓電路。

（4）改進模擬量輸出曲線，在1 V及8.5 V兩端設置余量，防止在RB與P4兩個極限位置出現(xiàn)電壓突變。

（5）對改進的編碼器進行抗擾度測試。依據(jù)軌道交通電磁兼容第2部分：整個軌道系統(tǒng)對外界的發(fā)射（GB/T 24338.5—2018），通過電快速瞬變脈沖群、浪涌（沖擊）、射頻感應傳導騷擾抗擾度試驗測試編碼器通過實驗。

4 ? ?結(jié)語

通過故障調(diào)查及一系列改進措施，沈陽1號線使用的改進司控器在正線運營中不再出現(xiàn)模擬量超差的故障，保障了運營質(zhì)量。

[參考文獻]

[1]楊致琛.司控器模擬量值超差問題分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2017（28）：166，168.

[2]張偉先，喬紅云.以單片機為核心的司控器檢測系統(tǒng)[J].電力機車技術，2002（6）：42-43.

[3]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2005.

Signal fault analysis and countermeasures of driver controller in Shenyang metro line 1

Wang Yunfan1， Xu Jian1， Li Han2

（1.Operation Branch of Shenyang Metro Group Co.， Ltd.， Shenyang 110141， China;?2.Zhuzhou Shiling Transportation Equipment Co.， Ltd.， Zhuzhou 412007， China）

Abstract：Master controller as main equipment of subway vehicle， it will take the drivers driving operation into the trains instruction， this job requires stable and reliable. Master controller appears in the process of operation signal out-of-tolerance failure will directly affect the normal operation of the vehicle. The paper investigates and analyzes the fault of the analog signal of the controller of Shenyang metro line 1， and improves the electromagnetic compatibility of the controller， allowance and improve signal synchronization precision solution of Shenyang metro line 1 master controller analog signals of fault.

Key words：master controller; encoder; analog signal