交流傳動(dòng)機(jī)車制動(dòng)控制器故障檢測(cè)與安全導(dǎo)向

魏傳均　毛金虎　劉杰

摘 要：制動(dòng)控制器的可靠性對(duì)于軌道交通車輛行車安全具有重要意義。鑒于此，提出了一種制動(dòng)控制器故障檢測(cè)與安全導(dǎo)向方法，其能有效提高制動(dòng)控制器的可靠性，解決因制動(dòng)控制器故障導(dǎo)致的列車無(wú)法安全停車問(wèn)題，進(jìn)而提高制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：機(jī)車;制動(dòng)控制器;故障檢測(cè);安全導(dǎo)向

中圖分類號(hào)：U260.35+1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）11-0069-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.019

0? ? 引言

制動(dòng)系統(tǒng)是保證軌道交通車輛行車安全的關(guān)鍵裝備，制動(dòng)控制器作為發(fā)出制動(dòng)控制指令的司機(jī)操縱設(shè)備，其可靠性直接關(guān)系到制動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)車的安全性。若制動(dòng)控制器無(wú)法發(fā)出制動(dòng)指令，則機(jī)車無(wú)法正常調(diào)速或安全停車;若制動(dòng)控制器不能正確發(fā)出緩解指令，則機(jī)車無(wú)法正常開(kāi)行，就會(huì)影響鐵路線路的正常運(yùn)行秩序。因此，提高制動(dòng)控制器的可靠性具有重要意義。

1? ? 制動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)及電氣原理

1.1? ? 制動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)

制動(dòng)控制器采用組合型結(jié)構(gòu)，集成了自動(dòng)制動(dòng)控制單元（以下簡(jiǎn)稱“大閘”）和單獨(dú)制動(dòng)控制單元（以下簡(jiǎn)稱“小閘”），主要部件包括編碼器、接近開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、智能節(jié)點(diǎn)、排風(fēng)閥等[1]，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

大閘手柄靠近操作者最近位的是運(yùn)轉(zhuǎn)位，往前推依次為初制動(dòng)位、全制動(dòng)位、抑制位、重聯(lián)位、緊急位，初制動(dòng)到全制動(dòng)之間為常用制動(dòng)區(qū)，每個(gè)位置相對(duì)于水平面的夾角如表1所示。

小閘手柄靠近操作者最近位的是運(yùn)轉(zhuǎn)位，往前推最遠(yuǎn)位為全制動(dòng)位，運(yùn)轉(zhuǎn)位與全制動(dòng)位之間為常用制動(dòng)區(qū)，每個(gè)位置相對(duì)于水平面的夾角如表2所示，小閘同時(shí)設(shè)置帶自復(fù)位的側(cè)壓?jiǎn)尉徫弧?/p>

1.2? ? 制動(dòng)控制器電氣原理

制動(dòng)控制器電氣原理框圖如圖2所示。

2? ? 編碼器閘位識(shí)別原理

操作制動(dòng)控制器手柄時(shí)，帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，手柄在不同的位置時(shí)，編碼器輸出對(duì)應(yīng)的編碼值，智能節(jié)點(diǎn)通過(guò)采集編碼器輸出值，判斷大、小閘手柄所處的位置，輸出相應(yīng)的閘位，大閘編碼器角度值與閘位對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示，結(jié)合手柄實(shí)際操作角度和故障檢測(cè)需要，將運(yùn)轉(zhuǎn)位下限角度與緊急位上限角度范圍設(shè)置為5°。

3? ? 故障檢測(cè)與安全導(dǎo)向

制動(dòng)控制器故障檢測(cè)主要針對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)及電氣部件故障進(jìn)行檢測(cè)，主要包括編碼器故障、開(kāi)關(guān)信號(hào)故障、智能節(jié)點(diǎn)故障，故障導(dǎo)向的原則為優(yōu)先保障其安全性，保證車輛安全調(diào)速和停車。

3.1? ? 編碼器故障

編碼器故障具體包括閘位校準(zhǔn)故障、編碼器超范圍故障、編碼器與微動(dòng)開(kāi)關(guān)不一致故障。

3.1.1? ? 閘位校準(zhǔn)故障

若校準(zhǔn)時(shí)操作不規(guī)范或校準(zhǔn)時(shí)編碼器值采集錯(cuò)誤，則執(zhí)行校準(zhǔn)指令后，會(huì)上報(bào)校準(zhǔn)故障，其判斷條件為大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位與緊急位校準(zhǔn)值角度差值超過(guò)68°±4°，小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位與全制動(dòng)位校準(zhǔn)值角度差值超過(guò)56°±4°，檢測(cè)到故障后，大閘報(bào)自閥故障，小閘報(bào)單閥故障，提示操作人員重新校準(zhǔn)。同時(shí)，閘位校準(zhǔn)故障檢測(cè)可在出廠時(shí)有效檢測(cè)手柄機(jī)械角度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.2? ? 編碼器超范圍故障

編碼器超范圍故障分為編碼器零點(diǎn)或滿量程輸出，以及編碼器輸出值超過(guò)手柄運(yùn)用角度范圍[2]，具體如下：

（1）編碼器零點(diǎn)或滿量程輸出：編碼器電源線或數(shù)據(jù)線故障時(shí)，編碼器輸出值將為最小值0x0000或最大值0x3fff。若智能節(jié)點(diǎn)采集到的編碼器值為0x0000或0x3fff，則判斷為編碼器值輸出錯(cuò)誤，此時(shí)無(wú)法根據(jù)編碼器值識(shí)別正確的閘位。

（2）編碼器輸出值超范圍：正常情況下，大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位到緊急位的角度范圍為60°～128°，小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位到全制動(dòng)位的角度范圍為74°～130°，當(dāng)編碼器輸出值不在此范圍內(nèi)時(shí)，判斷為編碼器超范圍故障，故障原因可能是大、小閘手柄出現(xiàn)機(jī)械松動(dòng)，或編碼器值偏移，此時(shí)閘位識(shí)別不準(zhǔn)。

發(fā)生上述兩種故障時(shí)，大閘發(fā)送自閥故障和自閥傳感器故障，小閘發(fā)送單閥故障和單閥傳感器故障。大閘故障時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)懲罰制動(dòng)停車，同時(shí)閘位導(dǎo)向?yàn)橹芈?lián)位;小閘故障時(shí)，制動(dòng)區(qū)失效，通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)位和全制動(dòng)硬線信號(hào)實(shí)現(xiàn)小閘緩解或制動(dòng)。

3.1.3? ? 編碼器與微動(dòng)開(kāi)關(guān)不一致故障

制動(dòng)控制器主要根據(jù)編碼器識(shí)別閘位，當(dāng)編碼器出現(xiàn)偏移時(shí)，將無(wú)法正確識(shí)別閘位，可能造成制動(dòng)指令失效甚至自然緩解，因此，將編碼器結(jié)合微動(dòng)開(kāi)關(guān)硬線信號(hào)輸出最終的閘位，以此提高制動(dòng)控制器可靠性[3]。

大閘閘位輸出的原則：（1）編碼器與硬線信號(hào)取大輸出，制動(dòng)減壓量大的信號(hào)優(yōu)先級(jí)最高;（2）只有當(dāng)大閘編碼器與微動(dòng)開(kāi)關(guān)同時(shí)處于運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)，閘位才輸出運(yùn)轉(zhuǎn)位，防止大閘異常緩解。

小閘閘位輸出的原則：（1）小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位和全制動(dòng)位的閘位取硬線信號(hào);（2）模擬量根據(jù)編碼器值計(jì)算，全制動(dòng)位硬線信號(hào)有效時(shí)，模擬量被強(qiáng)置為300。

大閘和小閘的閘位輸出邏輯真值表分別如表3和表4所示。

3.2? ? 開(kāi)關(guān)信號(hào)故障

開(kāi)關(guān)信號(hào)故障包括微動(dòng)開(kāi)關(guān)無(wú)法正常斷開(kāi)、多個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)同時(shí)有效、單緩接近開(kāi)關(guān)故障。

3.2.1? ? 微動(dòng)開(kāi)關(guān)無(wú)法正常斷開(kāi)

操縱手柄在各區(qū)域移動(dòng)過(guò)程中，若編碼器離開(kāi)該位置時(shí)，該微動(dòng)開(kāi)關(guān)硬線信號(hào)仍然有效，則表示編碼器與微動(dòng)開(kāi)關(guān)不一致。出現(xiàn)此現(xiàn)象時(shí)，根據(jù)3.1.3節(jié)的原則，閘位按照表3和表4輸出。檢測(cè)到此故障時(shí)，制動(dòng)控制器上報(bào)微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障和自閥故障或單閥故障。

3.2.2? ? 多個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)同時(shí)有效

由圖2可知，大閘在運(yùn)轉(zhuǎn)位、全制動(dòng)位、緊急位設(shè)置有微動(dòng)開(kāi)關(guān)，小閘在運(yùn)轉(zhuǎn)位和全制動(dòng)位設(shè)置有微動(dòng)開(kāi)關(guān)。當(dāng)大閘的三個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)有兩個(gè)或三個(gè)同時(shí)有效時(shí)，則判斷為大閘微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障;當(dāng)小閘的兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)同時(shí)得電時(shí)，則判斷為小閘微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障。

大閘微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障時(shí)，制動(dòng)控制器上報(bào)自閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障和自閥故障;小閘微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障時(shí)，制動(dòng)控制器上報(bào)單閥微動(dòng)開(kāi)關(guān)故障和單閥故障。

3.2.3? ? 單緩接近開(kāi)關(guān)故障

當(dāng)接近開(kāi)關(guān)錯(cuò)誤地輸出高電平時(shí)，將導(dǎo)致機(jī)車閘缸壓力被緩解，存在安全隱患，因此制動(dòng)控制器設(shè)計(jì)了接近開(kāi)關(guān)故障檢測(cè)功能，當(dāng)檢測(cè)到單緩位接近開(kāi)關(guān)輸出高電平信號(hào)時(shí)間超過(guò)3 min時(shí)，不再采信該信號(hào)，將輸出的單緩位復(fù)位;當(dāng)開(kāi)關(guān)高電平信號(hào)消失后，再次變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，再次輸出單緩位。

3.3? ? 智能節(jié)點(diǎn)故障

智能節(jié)點(diǎn)板卡故障主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器故障和軟件運(yùn)行異常。

3.3.1? ? 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器故障

智能節(jié)點(diǎn)板卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位、緊急位編碼器校準(zhǔn)值，小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位、全制動(dòng)位編碼器校準(zhǔn)值。在進(jìn)行閘位校準(zhǔn)時(shí)，將此4個(gè)數(shù)值存入存儲(chǔ)器，在下一次上電時(shí)從存儲(chǔ)器讀取，若存儲(chǔ)器故障，將導(dǎo)致上電后閘位校準(zhǔn)值獲取錯(cuò)誤，無(wú)法確定閘位角度基準(zhǔn)值，無(wú)法正確識(shí)別閘位。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器故障檢測(cè)原理如圖4所示，當(dāng)讀取的大閘運(yùn)轉(zhuǎn)位與緊急位校準(zhǔn)值角度差值超過(guò)68°±4°，小閘運(yùn)轉(zhuǎn)位與全制動(dòng)位校準(zhǔn)值角度差值超過(guò)56°±4°時(shí)，判斷為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器故障，上報(bào)自閥故障或單閥故障。

為了降低存儲(chǔ)器故障造成閘位識(shí)別錯(cuò)誤的概率，在閘位校準(zhǔn)時(shí)，將校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在N（N為大于3的奇數(shù)）個(gè)獨(dú)立的地址空間，上電讀取時(shí)，從N個(gè)地址讀取存儲(chǔ)值，最后取N個(gè)數(shù)據(jù)的中間值，以降低數(shù)據(jù)存取錯(cuò)誤的概率，提高制動(dòng)控制器可靠性。

3.3.2? ? 智能節(jié)點(diǎn)軟件運(yùn)行異常

智能節(jié)點(diǎn)具有看門狗功能，當(dāng)軟件運(yùn)行異常導(dǎo)致生命信號(hào)不再變化時(shí)，將觸發(fā)看門狗復(fù)位功能，智能節(jié)點(diǎn)將在1.6 s內(nèi)重啟，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文提供了一種制動(dòng)控制器故障檢測(cè)與安全導(dǎo)向方法，能檢測(cè)制動(dòng)控制器編碼器故障、開(kāi)關(guān)信號(hào)故障、智能節(jié)點(diǎn)故障等，并做出相應(yīng)的故障導(dǎo)向，提高了制動(dòng)系統(tǒng)的安全性。該型制動(dòng)控制器已批量使用，運(yùn)行良好，滿足新一代自主化制動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

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收稿日期：2022-03-28

作者簡(jiǎn)介：魏傳均（1987—），男，湖北荊州人，工程師，研究方向：機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)。

項(xiàng)目名稱：CAB-B標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)機(jī)在新型八軸貨運(yùn)電力機(jī)車的應(yīng)用研究（X1985R）