原宇博（貴陽(yáng)市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽(yáng)　550000）

廣州地鐵二號(hào)線列車(chē)控制診斷故障原因分析

原宇博
（貴陽(yáng)市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽(yáng)550000）

摘要：廣州地鐵二八新車(chē)是采用由南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司生產(chǎn)的4動(dòng)2拖六節(jié)編組A型地鐵車(chē)輛，固定編組為：A1+B1+ C1×C2+B2+A，主要應(yīng)用于廣州地鐵二號(hào)線。該車(chē)采用了西門(mén)子的控制及診斷系統(tǒng)，廣泛地采用電子控制設(shè)備和串行數(shù)據(jù)通信來(lái)代替繼電器、接觸器和直接硬連線，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)子系統(tǒng)的控制設(shè)備能夠減少繼電器、接觸器、車(chē)輛/列車(chē)布線、端子排和連接器觸點(diǎn)的使用。自運(yùn)營(yíng)以來(lái)列車(chē)正線良好，但2014年11月12日突然出現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)未釋放故障，導(dǎo)致列車(chē)提前退出服務(wù)，影響二號(hào)線的正線運(yùn)營(yíng)?；诙诵萝?chē)控制及診斷原理來(lái)分析正線運(yùn)營(yíng)期間報(bào)安全環(huán)路列車(chē)線故障、牽引制動(dòng)控制嚴(yán)重故障原因，并提出相應(yīng)解決措施。

關(guān)鍵詞：控制診斷；故障分析；解決措施

1　控制原理及故障診斷

1.1機(jī)械制動(dòng)未釋放故障診斷原理

通過(guò)SIBAS-G邏輯圖，可以得知機(jī)械制動(dòng)未釋放故障的的觸發(fā)條件為：牽引力持續(xù)7 s或加速度大于零持續(xù)5 s時(shí)檢測(cè)到摩擦制動(dòng)未緩解如圖1所示[1]。

1.2摩擦制動(dòng)未緩解故障診斷原理

通過(guò)SIBAS-G邏輯圖，可以得知摩擦制動(dòng)未緩解故障的觸發(fā)條件為：任意一個(gè)架摩擦制動(dòng)未緩解。如圖2所示。

1.3限速控制

通過(guò)SIBAS-G邏輯圖，機(jī)械制動(dòng)未緩解會(huì)導(dǎo)致限速30 km/h。如圖3所示。

2　事件概況

正線司機(jī)報(bào)2A019020在白云文化廣場(chǎng)下行列車(chē)加速到30 km/h后不能提速，恢復(fù)ATO也無(wú)法提速，列車(chē)經(jīng)過(guò)白云公園下行限速點(diǎn)后仍無(wú)法提速，在飛翔公園操作“氣制動(dòng)旁路”后可正常提速。列車(chē)轉(zhuǎn)公元前存車(chē)線退出服務(wù)。

下載數(shù)據(jù)及車(chē)輛屏，發(fā)現(xiàn)TCF報(bào)機(jī)械制動(dòng)未釋放，且在07：36：52至07：48：50一直存在、CCF報(bào)11個(gè)架摩擦制動(dòng)未緩解但只持續(xù)8 s。如圖4、圖5所示。

圖1　機(jī)械制動(dòng)未釋放故障診斷邏輯圖

圖2　摩擦制動(dòng)未緩解故障診斷邏輯圖

CCF數(shù)據(jù)摩擦制動(dòng)未緩解

開(kāi)行列車(chē)為小交路運(yùn)營(yíng)列車(chē)，在廣州地鐵2號(hào)線嘉禾望崗至三元里不載客不投入運(yùn)營(yíng)。故障區(qū)間為大交路區(qū)段蕭崗至飛翔公園共4個(gè)站，故障期間列車(chē)未停車(chē)，限速保護(hù)直至列車(chē)停穩(wěn)后消除。

圖3　限速控制邏輯圖

圖4　TCF數(shù)據(jù)機(jī)械制動(dòng)未釋放

3　故障分析及模擬

通過(guò)機(jī)械制動(dòng)未釋放故障邏輯圖可以發(fā)現(xiàn)診斷的本質(zhì)是牽引力和制動(dòng)力不能同時(shí)存在，如果同時(shí)存則診斷為列車(chē)發(fā)生故障，同時(shí)會(huì)對(duì)列車(chē)進(jìn)行限速30 km/h以保護(hù)列車(chē)[2]。

查看事件記錄儀，牽引力如圖6所示：在故障前，牽引力一直存在（超過(guò)7 s），該觸發(fā)條件滿足[2]。

在故障時(shí)，列車(chē)實(shí)際加速度也一直大于0 m/s2（超過(guò)5 s），如圖7所示，該觸發(fā)條件滿足。

查看VCU故障時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，如圖8所示：?jiǎn)蝹€(gè)架硬線氣制動(dòng)緩解及網(wǎng)絡(luò)氣制動(dòng)未緩解信號(hào)均存在不緩解的情況（氣制動(dòng)施加或緩解均需要時(shí)間，各個(gè)架動(dòng)作必然存在時(shí)間差，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)受模塊采集及發(fā)送周期影響會(huì)慢于硬線信號(hào)），摩擦制動(dòng)未緩解也滿足觸發(fā)條件。

圖5　CCF數(shù)據(jù)摩擦制動(dòng)未緩解

圖6　事件記錄儀牽引力數(shù)據(jù)

圖7　事件記錄儀加速度數(shù)據(jù)

圖8　VCU環(huán)境數(shù)據(jù)

故障時(shí)間點(diǎn)，牽引力或加速度、氣制動(dòng)實(shí)際情況均與診斷條件吻合，所以故障診斷邏輯被觸發(fā)同時(shí)限速保護(hù)。然而，為什么會(huì)出現(xiàn)牽引力、制動(dòng)力同時(shí)存在的工況呢？正常情況下，列車(chē)收到牽引指令及極位（牽引參考值，換算后發(fā)送至牽引系統(tǒng)）施加牽引力，收到制動(dòng)指令及極位施加制動(dòng)力（電制動(dòng)由牽引系統(tǒng)完成，氣制動(dòng)由制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行），而牽引指令和制動(dòng)指令不應(yīng)該同時(shí)存在。

查看事件記錄儀，如圖9所示：牽引指令與制動(dòng)指令未同時(shí)存在，但故障時(shí)正值由牽引轉(zhuǎn)制動(dòng)，且是司機(jī)介入使用了快速制動(dòng)（快速制動(dòng)只能由緊急制動(dòng)或司機(jī)手動(dòng)觸發(fā)，故障時(shí)并未有緊急制動(dòng)且故障時(shí)ATO模式轉(zhuǎn)SM模式是由司機(jī)介入引起）。

快速制動(dòng)是電空混合制動(dòng)，即電制動(dòng)與空氣制動(dòng)配合使用，電制動(dòng)優(yōu)先，電制動(dòng)不足由空氣制動(dòng)補(bǔ)充，其目的是提供與緊急制動(dòng)相同的制動(dòng)率。如圖所示，所有氣制動(dòng)緩解在收到制動(dòng)指令后由1變?yōu)?，即氣制動(dòng)施加。

圖9　事件記錄儀牽引、制動(dòng)、氣制動(dòng)數(shù)據(jù)

事件記錄儀本身只是記錄設(shè)備，所記錄數(shù)據(jù)受到模塊采集周期、發(fā)送周期及自身記錄周期的影響。

例1：牽引指令32 ms采集一次，制動(dòng)指令64 ms采集一次，二者發(fā)送周期一致及事件記錄儀記錄周期小于32 ms情況下，同時(shí)觸發(fā)牽引指令和制動(dòng)指令，在事件記錄儀看到的數(shù)據(jù)制動(dòng)指令要晚于牽引指令。

例2：牽引指令32 ms采集一次，制動(dòng)指令64 ms采集一次，事件記錄儀記錄周期小于32 ms，二者發(fā)送周期不一致，牽引指令2 s發(fā)送一次，制動(dòng)指令256 ms發(fā)送一次，在事件記錄儀看到的數(shù)據(jù)制動(dòng)指令要快于牽引指令，事件記錄儀記錄再快但如果發(fā)送設(shè)備采集到并不及時(shí)發(fā)送，在事件記錄儀數(shù)據(jù)中也會(huì)顯示滯后于其他先發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)量。

例3：牽引指令、制動(dòng)指令均是32 ms采集一次，二者發(fā)送周期一致為32 ms，事件記錄儀記錄周期為256 ms情況下，先觸發(fā)牽引指令后制動(dòng)指令但先后時(shí)間差不超過(guò)100 ms，在事件記錄儀看到的數(shù)據(jù)牽引指令、制動(dòng)指令同時(shí)觸發(fā)。牽引指令、制動(dòng)指令先后發(fā)送至事件記錄儀，但記錄周期太長(zhǎng)，先觸發(fā)的并未及時(shí)記錄，記錄時(shí)后觸發(fā)的也已發(fā)送至事件記錄儀，導(dǎo)致維護(hù)人員無(wú)法查看到先觸發(fā)的信號(hào)量。

由以上舉例可知，事件記錄儀數(shù)據(jù)可以反映出列車(chē)大部分環(huán)境數(shù)據(jù)，單個(gè)信號(hào)量的過(guò)程記錄是準(zhǔn)確的，但受到模塊采集周期、發(fā)送周期及自身記錄周期的影響，毫秒級(jí)的多組信號(hào)量時(shí)間先后對(duì)比必然存在偏差或不準(zhǔn)確的情況。因此，事件記錄儀記錄的數(shù)據(jù)可以參考但不能作為分析故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

回到故障本身，診斷邏輯為牽引力和氣制動(dòng)同時(shí)存在，本組事件記錄儀顯示由牽引轉(zhuǎn)制動(dòng)且是氣制動(dòng)的時(shí)觸發(fā)故障，所有A4車(chē)診斷邏輯一致，那么其他列車(chē)能否模擬出該故障呢？后續(xù)用不同列車(chē)在不同工況下進(jìn)行了模擬測(cè)試。

3.1ATO模式測(cè)試

故障發(fā)生時(shí)，列車(chē)由ATO模式轉(zhuǎn)為SM模式，在試車(chē)線ATO模式下持續(xù)牽引后由司機(jī)介入拉快速，故障診斷及限速保護(hù)被觸發(fā)。

圖10　ATO模式拉快制動(dòng)

如圖10所示，故障并非只發(fā)生在牽引工況下，此組數(shù)據(jù)顯示故障發(fā)生在制動(dòng)工況。

ATO模式下司機(jī)介入使用常用制動(dòng)（未引入氣制動(dòng)），故障不會(huì)被觸發(fā)。

3.2SM模式測(cè)試

采用SM模式，司機(jī)手動(dòng)牽引保持牽引力超過(guò)7 s后迅速拉快制，故障診斷及限速保護(hù)被觸發(fā)。

圖11　SM模式拉快制動(dòng)

如圖11所示，故障發(fā)生在惰行工況下（無(wú)牽引、制動(dòng)指令），但惰性時(shí)間非常短，只存在約10 ms左右。

SM模式下司機(jī)使用常用制動(dòng)（未引入氣制動(dòng)），故障不會(huì)被觸發(fā)。

3.3RM模式測(cè)試

采用RM模式，司機(jī)手動(dòng)牽引保持牽引力超過(guò)7 s后迅速拉快制，故障診斷及限速保護(hù)被觸發(fā)。

RM模式下司機(jī)使用常用制動(dòng)（未引入氣制動(dòng)），故障不會(huì)被觸發(fā)。

3.4URM模式測(cè)試

采用URM模式，司機(jī)手動(dòng)牽引保持牽引力超過(guò)7 s后迅速拉快制，故障診斷及限速保護(hù)被觸發(fā)。

URM模式下司機(jī)使用常用制動(dòng)（未引入氣制動(dòng)），故障不會(huì)被觸發(fā)。

4　結(jié)論與整改

4.1結(jié)論

通過(guò)不同列車(chē)不同駕駛模式的模擬測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)：

（1）故障并非只在ATO模式下會(huì)觸發(fā)，在SM、RM、URM模式也會(huì)觸發(fā)；

（2）故障并非在牽引、制動(dòng)、惰行工況下觸發(fā)，而是在牽引轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)被觸發(fā)，時(shí)間先后不超過(guò)30 ms；

（3）故障時(shí)列車(chē)施加了氣制動(dòng)；

（4）所有A4型車(chē)在同樣工況下均會(huì)表現(xiàn)一致，故障車(chē)并不是個(gè)例。

4.2整改

故障的診斷邏輯需優(yōu)化。

（1）機(jī)械制動(dòng)未緩解的診斷使用的是RE復(fù)位器[4]，RE復(fù)位器輸入輸出關(guān)系如圖12。

圖12　RE復(fù)位器真值表

當(dāng)SET為1時(shí)，輸出為1，為0時(shí)保持上次輸入，當(dāng)RES為1時(shí)，輸出為0。所以當(dāng)有牽引力或加速度持續(xù)存在時(shí)，檢測(cè)到機(jī)械制動(dòng)未緩解就會(huì)報(bào)立即觸發(fā)故障及限速保護(hù)，直至列車(chē)速度降為0才會(huì)恢復(fù)。

該故障持續(xù)多個(gè)行車(chē)區(qū)間是因?yàn)镽E復(fù)位器的邏輯判斷，當(dāng)牽引力與制動(dòng)力不同時(shí)存在時(shí)該故障及限速應(yīng)消除，但是復(fù)位條件是列車(chē)靜止，復(fù)位條件選取不當(dāng)。復(fù)位條件應(yīng)選擇當(dāng)牽引力、制動(dòng)力均不存在或任一個(gè)消失時(shí)即可。

（2）A4車(chē)牽引力與氣制動(dòng)同時(shí)存在立即觸發(fā)該故障，雖對(duì)牽引力或加速度兩個(gè)信號(hào)量的選取有延時(shí)但二者與氣制動(dòng)同時(shí)存在的診斷沒(méi)有延遲，當(dāng)任一信號(hào)不可靠時(shí)仍然會(huì)觸發(fā)該故障，可以借鑒參考A5車(chē)的診斷（延時(shí)4 s），在牽引力與制動(dòng)力同時(shí)存在加入1 s左右延時(shí)可避免該故障誤觸發(fā)。如圖13所示。

圖13　A5車(chē)診斷邏輯（延時(shí)4 s）

4.3整改效果

更新控制診斷程序后，列車(chē)運(yùn)營(yíng)良好，列車(chē)無(wú)受到信號(hào)干擾或不穩(wěn)定脈沖導(dǎo)致故障的事件發(fā)生。由此可見(jiàn)，以上整改方法是有效可行的。

參考文獻(xiàn)：

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(編輯：向飛)

The Malfunction Causes Analysis of Guangzhou Metro Line 2 Control

YUAN Yu-bo
（Guiyang Urban Rail Transit Co.，Ltd.，Guiyang550000，China）

Abstract:The type A metro vehicle is produced by CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co.，Ltd.，Guangzhou Metro 2&8 new car uses the same idea，4 power 2 trailer with six-joint vehicle，with fixed group as: A1+ B1+ C1 * C2+ B2+ A，which are mainly used in the Guangzhou Metro II line.The car uses the Siemens control and diagnostic systems，with the extensive use of electronic control devices and serial data communication to replace instead of relays，contactors and direct hardwired connection devices.The usage of relays，contactors，train routing，terminal block and connector contacts could be reduced through the cyber connection of the internet with the control system of the subsystems.Since operation，the train’s main line is good.However，because mechanics brake doesn’t release，the train was forced to quit the service，not benefiting the operation of the main line.Based on Pareto Principle car vehicle control and diagnostics to analyze the positive line operations during the reported security loop train line failure，brake traction control serious cause of the failure，solutions are suggested.

Key words:control diagnostics；malfunction analysis；solutions

作者簡(jiǎn)介：原宇博，女，1984年生，山東人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：城市軌道交通車(chē)輛。已發(fā)表論文3篇。

收稿日期：2015－02－27

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.033

中圖分類(lèi)號(hào)：U264

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009－9492 (2015 ) 08－0119－05