天津市地下鐵道運營有限公司 冀祖卿 吳鐵輝

列車正線運營過程中，由于客室車門開關(guān)動作頻繁，車門系統(tǒng)故障率相對較高，一直是城市軌道交通行業(yè)重點關(guān)注的對象。而且車門一旦出現(xiàn)故障，必須進行隔離或降級處理，難免造成列車晚點等影響，因此改進提升車門系統(tǒng)安全可靠性，對減少列車正線影響和提高列車整體服務質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。天津地鐵2號線列車客室車門采用電動塞拉門，自開通運營以來陸續(xù)出現(xiàn)軟、硬件故障，本文主要就門控系統(tǒng)不穩(wěn)定及整車門控設計缺陷方面進行分析，并提出有效的改進措施。

1.車門控制原理說明

根據(jù)列車駕駛模式，客室車門的開關(guān)有3種情況：自動開/自動關(guān)，自動開/手動開，手動開/手動關(guān)，在不同的模式下，開關(guān)門所需要的信號指令由ATC發(fā)出或司機觸按相應的按鈕完成，然后通過硬線傳送給門控器(EDCU)，TCMS通過網(wǎng)絡對整個系統(tǒng)進行監(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

對單門來說，開關(guān)門動作由門控器控制，電機通過傳動機構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)架、齒帶輪，并由齒帶通過輥式滑車的連接板與門扇相連，完成車門的鎖閉/解鎖與開、關(guān)。

2.整車門控系統(tǒng)的改進

2.1 故障現(xiàn)象

在非正常邏輯操作測試中發(fā)現(xiàn)，當選擇RM模式時，在非激活端駕駛室進行集控開關(guān)門操作，客室車門能夠正常的開關(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

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

通過進一步試驗：

(1)在RM模式下，A端駕駛室的門選開關(guān)處于0位時，B端開關(guān)門操作無效。

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

(3)當選擇NRM模式時，在B端駕駛室進行開關(guān)門操作無效。

因此可以確定異常操作成功的原因由車載信號系統(tǒng)引起，且跟A端門選開關(guān)位置有關(guān)。當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機柜內(nèi)部的DEL、DER繼電器同時上電，串在列車使能線上的相應觸點閉合。當A端駕駛室門選開關(guān)處于非0位時，使能信號線410、411得電，這時DC110V電由左門或右門使能列車線，經(jīng)過另一端的DER/DEL串至383線，從而導致在B端駕駛室內(nèi)能夠正常開關(guān)門，對行車安全造成隱患。車載信號系統(tǒng)中兩端的VATC機柜互為冗余，采用熱備份模式，因此對DEL、DER得電情況無法更改?？紤]在VATC使能輸出端增加二級管，利用其單向?qū)ǖ男阅芙鉀Q問題，更改后只需檢修維護時定期對二級管導通性能進行測試即可。

3.車門防擠壓問題

3.1 故障現(xiàn)象

列車在正線運營過程中，單個車門多次發(fā)生“關(guān)門三次防擠壓”故障，查看視頻監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)車門開關(guān)過程中并未遇到障礙物，且再次測試車門開關(guān)及檢查車門機械結(jié)構(gòu)均正常。

3.2 故障分析及改進

客室車門防夾功能檢測的最小障礙物大小為25mm×60mm或?30mm。車門在關(guān)閉過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200mm，并自動重新關(guān)閉，如果檢測到障礙物依舊存在，重復3次后車門將完全打開。此時門控器需再次接受到關(guān)門命令才能關(guān)門。

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

同時在進一步試驗中發(fā)現(xiàn)，車門在防擠壓故障檢測時存在漏洞：電動開門時，同時用手向開門方向用力推門扇，當門開到位后，再次關(guān)門時車門無法關(guān)閉。檢測霍爾信號，正常自動開門時霍爾信號點數(shù)為420左右；當開門時，向開門方向手動推門后，霍爾信號點數(shù)降為220左右，霍爾信號丟失嚴重，致使車門無法自動關(guān)閉。在排除霍爾信號線屏蔽接地無問題后，發(fā)現(xiàn)門控器軟件設置中電機編碼器霍爾信號有效脈寬為1000ms，時間設置過長，導致滿足要求的信號量少，信號點數(shù)下降。

針對上述問題對門控器控制軟件進行優(yōu)化，一方面將車門有效防擠壓力設置為≤150Nm（實測值為120-150Nm），同時將電機編碼器霍爾信號濾波軟件設置有效脈寬改為500ms，經(jīng)驗證效果良好。

4.門安全環(huán)路監(jiān)控改造問題

4.1 故障現(xiàn)象

列車送電啟車時，該車突然出現(xiàn)10臺門控器燒毀，同時有2個車門異常快速頻繁開關(guān)門現(xiàn)象，且查看TCMS故障記錄和ER記錄，異常開關(guān)的兩門顯示正常關(guān)閉狀態(tài)，無任何故障記錄。

4.2 故障分析及改進

查看損壞的門控器位置，發(fā)現(xiàn)這10臺門控器在每節(jié)車都有，且左右側(cè)均有，位置無規(guī)律。進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，啟車前門選開關(guān)為右開門位置，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門控器輸入輸出信號，懷疑單門安全回路的檢測電壓信號對門控器造成了影響。

對單個車門安全回路增加監(jiān)控功能，為2號線列車后期改造項目。原理為通過門控器對單門安全環(huán)路的進線和出線電壓檢測，判斷回路的建立情況。改造時由于現(xiàn)有門控器的懸空輸入口僅剩X1-1和X1-9兩個端口，因此兩口全部使用，而X1-1為門控器廠內(nèi)測試程序接口。根據(jù)當時存在2個車門異?？焖匍_關(guān)的現(xiàn)象，初步判斷可能原因為門控器進入測試程序?qū)е隆?/p>

門控器進入測試程序的條件是：在門控器上電大約5秒內(nèi)，由門控器X1-1口輸入一個200ms的高電平，再輸入一個200ms的低電平，再輸入一個200ms的高電平時，即可進入。如果輸入條件滿足，測試程序會進入電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的測試程序。根據(jù)現(xiàn)場收集的信息，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，導致門安全回路供電存在波動，符合門控器進入測試程序的條件，由于測試電機正反轉(zhuǎn)的輸入信號同時也為高，部分電機堵轉(zhuǎn)造成門控器損壞。

為此對門控器程序進行了升級完善，將測試程序的輸入口從X1-1口變成X1-2口(X1-2口為本地測試按鈕)，從而杜絕了門控器上電自檢時進入測試程序。

5.與TMS通信中斷問題

5.1 故障現(xiàn)象

在庫內(nèi)啟車和正線運營過程中，列車出現(xiàn)數(shù)例TCMS顯示某個車門未知故障。

5.2 故障分析及改進

在對故障車門檢查分析中發(fā)現(xiàn)，雖然TCMS與門控器通訊中斷，但車門的開關(guān)動作正常。同時如果門控器重新上電，與TMS通信就恢復正常，且經(jīng)多次開關(guān)門試驗，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，分別設置了通訊處理器和主處理器兩個模塊。車門的信息由主處理器進行監(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)控上來說，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1節(jié)車的8臺門控器執(zhí)行一次完整的輪詢，門控器的響應時間為≤2.5ms，輪詢情況如圖3所示。TCMS對門控器數(shù)據(jù)正確與否的依據(jù)是，當TCMS在5次輪詢后均無法從某個門控器接受到正確數(shù)據(jù)時，顯示某個車門未知。

圖3 TCMS與EDCU輪詢情況

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

6.結(jié)束語

以上是天津地鐵2號線列車運用中門控系統(tǒng)存在的典型問題，通過對門控軟件不斷完善和改進，提升了車門系統(tǒng)的安全可靠性，有效降低了車門故障率，對提高列車整體服務質(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[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)重點電器故障分析和應對措施[J].電力機車與城軌車輛,2008.