高 琦

(中國南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司動車設(shè)計部，210031，南京∥工程師)

在地鐵車輛中，車門系統(tǒng)是一個非常關(guān)鍵、復(fù)雜，同時也是涉及安全的系統(tǒng)。地鐵車輛的車門數(shù)量多，操作頻繁，通常1列6輛編組的列車，有60個客室車門，運營過程中平均每2 min就要開關(guān)門一次［2］。而車門的狀態(tài)關(guān)系到列車牽引和制動的實施，車站上靜止的列車如車門沒有全部關(guān)閉，就無法起動。所以，在車輛電路設(shè)計時，都會設(shè)置車門安全聯(lián)鎖回路，用來監(jiān)控所有車門的狀態(tài)，同時將車門狀態(tài)送給ATC(列車自動控制)系統(tǒng)，以保證車輛的安全和正常運營。但是，因為該連鎖回路所串觸點數(shù)量較多，車門使用非常頻繁，同時也因為該回路的正常工作關(guān)系到列車的正常運行，所以一旦發(fā)生故障就需要快速準(zhǔn)確地排查出故障點，并解決故障。

1 車門安全聯(lián)鎖回路

車門安全聯(lián)鎖回路一般分為左右兩路，通過單個車門自身的門關(guān)閉觸點和緊急解鎖觸點，將單側(cè)的車門全關(guān)閉狀態(tài)串聯(lián)，并通過繼電器來表達(dá)(如圖1所示)。

圖1 單個車門安全聯(lián)鎖回路示意圖

圖1中DCOS為單門隔離開關(guān)，EUS為緊急解鎖開關(guān)，DCLS為門關(guān)閉限位開關(guān)。上述開關(guān)的一對觸點串入門安全聯(lián)鎖回路，另外一對觸點則接到EDCU;EDCU根據(jù)該對觸點的狀態(tài)來確定門的狀態(tài)。同一側(cè)車門的上述觸點全部串聯(lián)起來，最終激活車輛的一個車門安全聯(lián)鎖回路繼電器。當(dāng)某一側(cè)所有相應(yīng)的客室門全部關(guān)好，車門安全聯(lián)鎖回路閉合，則該側(cè)的車門安全聯(lián)鎖回路繼電器得電。當(dāng)某一側(cè)有任意一扇車門打開或被緊急解鎖時，該側(cè)車門安全聯(lián)鎖繼電器立即失電，并通過指示燈提示司機，同時在司機顯示屏上也會有相應(yīng)顯示。

只有當(dāng)所有車門安全聯(lián)鎖環(huán)路閉合，所有車門安全聯(lián)鎖繼電器得電時，列車才能起動。

在ATP(列車自動保護(hù))正常的情況下，列車運行時當(dāng)車門安全聯(lián)鎖環(huán)路斷開，車門安全聯(lián)鎖繼電器失電時，會觸發(fā)緊急制動。

如有單個車門故障，安全聯(lián)鎖回路無法貫通，在確保車門關(guān)閉的情況下，可以操作單門隔離開關(guān)，旁路單個車門的狀態(tài)，以保證車門安全聯(lián)鎖環(huán)路的閉合，實現(xiàn)安全聯(lián)鎖。

圖2為車門安全聯(lián)鎖回路的組成框圖及車門聯(lián)鎖信號在列車各系統(tǒng)中的應(yīng)用。從圖2可以看到，ATP、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、車輛駕駛控制等都需要使用該安全聯(lián)鎖信號。

圖2 車門安全聯(lián)鎖回路邏輯圖

2 安全聯(lián)鎖回路故障判斷方法

2.1 門體本身安全回路的故障判斷

從圖1中可以看出，EDCU會從車門安全聯(lián)鎖回路接收來自I3和I5的信號。其中，I3為安全互鎖回路輸入端信號，I5為安全互鎖回路輸出端信號。根據(jù)DCOS、EUS、DCLS的閉合情況可以分析出I3和I5有以下3種情況:

1)當(dāng)門被隔離時，安全互鎖回路通，I3和I5的電平狀態(tài)應(yīng)該相同;

2)當(dāng)門未隔離，未操作緊急解鎖，且門關(guān)到位，I3和I5的電平狀態(tài)應(yīng)該相同;

3)當(dāng)門未隔離，操作了緊急解鎖或者門未關(guān)到位，I5應(yīng)始終為低電平。

以上3種情況為車門安全聯(lián)鎖回路未出現(xiàn)異常情況下，I3和I5應(yīng)該出現(xiàn)的狀態(tài);如果I3和I5出現(xiàn)其他的狀態(tài)，可以認(rèn)為是單扇門的安全聯(lián)鎖回路狀態(tài)異常。

現(xiàn)參照圖1詳細(xì)說明EDCU如何根據(jù)DCOS、EUS、DCLS的閉合情況來確定I3和I5對應(yīng)的狀態(tài)，具體見表1。

表1 門體安全聯(lián)鎖回路故障判斷

在表1中:

a)為DCOS打到隔離位(觸點1－2閉合，觸點3－4斷開)，該門隔離，EUS和DCLS相當(dāng)于被旁路，所以不用考慮EUS和DCLS的狀態(tài)，此時I3和I5的狀態(tài)應(yīng)當(dāng)一致。

b)為正常的關(guān)到位且鎖到位(DCLS觸點1－2閉合，觸點3－4斷開)，沒操作緊急解鎖(EUS觸點1－2閉合，觸點3－4斷開)，未隔離的狀態(tài)(DCOS觸點1－2斷開，觸點3－4閉合)，此時I3和I5的狀態(tài)應(yīng)當(dāng)一致。

c)又分3種情況:① 在車門未隔離的狀態(tài)下(DCOS觸點1－2斷開，觸點3－4閉合)，未關(guān)到位(DCLS觸點1－2斷開，觸點3－4閉合)，操作了緊急解鎖(EUS觸點1－2斷開，觸點3－4閉合);②在車門未隔離的狀態(tài)下既關(guān)到位也操作了緊急解鎖;③在車門未隔離的狀態(tài)下即未關(guān)到位又未操作緊急解鎖。在這3種情況下，無論I3為何狀態(tài)，I5應(yīng)始終為低電平。

對于 EDCU 來說，DCOS、EUS、DCLS不同狀態(tài)的組合，I3和I5所表現(xiàn)出來的狀態(tài)是確定的，如果出現(xiàn)不符合上述a)、b)、c)3種情況的其他情況時，則可以判定該扇門的“安全聯(lián)鎖回路”狀態(tài)異常。

需要注意的是，上述功能的實現(xiàn)是建立在I3為輸入，I5為輸出的基礎(chǔ)上。但是鑒于地鐵車輛設(shè)計的對稱性，安全聯(lián)鎖回路會出現(xiàn)前半列車I3為輸入、I5為輸出，后半列車變成I3為輸出、I5為輸入的情況。司機室換端后，情況則相反。所以，對于整列車而言，如果要實現(xiàn)上述功能，門控器還需要知道本端司機室和對端司機室激活信號，用于判斷當(dāng)前處于激活端的司機室是哪一個;EDCU根據(jù)具體的司機室激活情況，再結(jié)合自身所在車輛的位置來判斷當(dāng)前門應(yīng)該采用“I3輸入，I5輸出”還是“I3輸出，I5輸入”。司機室激活信號和車輛位置信號可以通過TCMS送到每輛車的主門控器，再由主門控器送到各個車門的門控器。

狀態(tài)異常的判斷可以通過EDCU的軟件來實現(xiàn)。每個門控器將判斷后的結(jié)果通過內(nèi)網(wǎng)送給每輛車的主門控器，然后在主門控器傳送給TCMS的MVB(多功能車輛總線)數(shù)據(jù)流中增加“安全互鎖回路故障位”，告知TCMS相應(yīng)車門安全互鎖回路的狀態(tài);TCMS將收到的信息在司機室人機接口(HMI)上顯示，使司機或維護(hù)人員能夠及時方便地排查故障。

2.2 門體之間的安全回路故障判斷

因為安全聯(lián)鎖回路是將所有車門的狀態(tài)串聯(lián)在一起，除了對車門本身安全回路的故障檢測外，門體之間的回路也可能發(fā)生故障，如斷線或者連接器松動等都有可能造成門體間聯(lián)鎖回路發(fā)生故障。

兩個門體間的故障，可以通過TCMS根據(jù)每個門控器反饋的安全聯(lián)鎖回路的輸入I3和輸出I5(或者相反)的狀態(tài)來進(jìn)行判定。

1)正常狀態(tài)下，前一節(jié)車門的安全聯(lián)鎖回路的輸出端的狀態(tài)應(yīng)與后一節(jié)車門的安全聯(lián)鎖回路輸入端狀態(tài)相同，如果不同則認(rèn)為門體間的安全聯(lián)鎖回路狀態(tài)異常。

2)當(dāng)有一個EDCU斷電或者出現(xiàn)通信故障時，TCMS已經(jīng)無法獲得該門的安全聯(lián)鎖回路狀態(tài)信號。在這種情況下，通過故障EDCU的前一節(jié)車門和后一節(jié)車門來判斷:如果故障EDCU前一節(jié)車門的安全聯(lián)鎖回路輸出狀態(tài)和故障EDCU后一節(jié)車門的安全互鎖回路的輸入狀態(tài)不一致，則認(rèn)為門體間的安全聯(lián)鎖回路狀態(tài)異常。

圖3為某節(jié)車廂的車門安全聯(lián)鎖回路示意圖，車廂左右側(cè)各有5扇車門。若LDCU 3通信發(fā)生故障，此時TCMS檢測到MDCU1的輸出I5和LDCU5的輸入I3電平狀態(tài)不一致，則可判斷出MDCU1和LDCU5之間的安全聯(lián)鎖回路存在故障。

因為TCMS畫面顯示的原因，出現(xiàn)上述兩種故障時，都可以人為地將故障位置設(shè)定在前一節(jié)或者后一節(jié)車門上，同時提供故障診斷代碼，幫助司機或維護(hù)人員快速識別和排除故障。

圖3 單節(jié)車廂車門安全聯(lián)鎖回路故障示意圖

表2為門體本身的故障，表3為門體之間的故障。

3 結(jié)語

本文的故障判斷方法在具體的工程項目應(yīng)用上可能存在差異。

有的項目在門體本身安全回路的故障判斷上，對于第三種情況(即表1中的c))，因為TCMS未向門控器發(fā)送司機室激活信號，門控器無法得知當(dāng)前是哪一端的司機室處于激活狀態(tài)，從而導(dǎo)致門控器所檢測的I3和I5狀態(tài)沒有輸入和輸出之分。所以在第三種情況的故障判斷上，門控器設(shè)置為檢測到安全互鎖回路I3和I5狀態(tài)均為高電平，則報故障。因為如果出現(xiàn)第三種情況，此時I3和I5中的一個必然為低電平，若都為高電平，肯定是有故障發(fā)生。如果發(fā)現(xiàn)I3、I5中一個為高電平、一個為低電平的情況，因無法判斷輸出和輸出，所以無法判斷出是否發(fā)生故障。

表2 門體本身故障表

表3 門體之間故障表

在門體之間安全回路的故障判斷上，有一些工程項目并非完全是由 TCMS來處理的，而是由MDCU來做比較判斷，這樣也能實現(xiàn)故障判斷的功能。但是，由于不同車輛之間的EDCU是沒有通信的，所以前一節(jié)車的最后一個EDCU和后一節(jié)車的第一個EDCU之間的安全聯(lián)鎖回路狀態(tài)是沒辦法判斷的。如果集中由TCMS來判斷，則不會存在此問題。

在客流高峰時，車內(nèi)乘客異常擁擠，車門系統(tǒng)頻繁承受超常工況［3］，這就決定了地鐵車門系統(tǒng)必須具有高可靠性和高可用性。這個要求以及車輛功能本身的需求，決定了車門安全聯(lián)鎖回路的存在。車門安全聯(lián)鎖回路的重要性，決定了對車門安全聯(lián)鎖回路故障點檢測的必要性。本文介紹的基于多點采集判斷車門安全聯(lián)鎖回路故障點的方案，經(jīng)過實際運用，確實可以幫助司機或維護(hù)人員快速地找到故障點，并排除故障，給運營和維護(hù)帶來了便利。

［1］李春明.城軌車輛集中開關(guān)門控制分析及改進(jìn)設(shè)計［J］.城市軌道交通研究，2012(4):118.

［2］胡文偉.廣州地鐵1號線客室車門控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.電力機車技術(shù)，2000(2):15.

［3］王建兵，朱小娟.上海地鐵車輛客室車門故障原因及整改措施［J］.電力機車與城軌車輛，2006(1):46.