崔耕

摘 要：在基于通信的列車控制系統(tǒng)（Communications Based Train Control，CBTC）中，車載控制器起著核心作用，它保證列車準(zhǔn)確定位、始終處于安全車速控制范圍，使車地雙向通信實(shí)時(shí)高效。因?yàn)槌擒壭熊嚟h(huán)境的作用，造成列車被塵土附著，以往工作中較為重視車體的清潔除塵，通常會(huì)忽視塵土對(duì)車載設(shè)備運(yùn)行的影響，而文章以杭州地鐵一號(hào)線列車為例，淺析塵土對(duì)車載控制器運(yùn)行工作狀態(tài)的危害及成因，希望可為城市軌道建設(shè)提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；塵土腐蝕；車載控制器

隨著軌道交通線網(wǎng)密度的愈發(fā)復(fù)雜和行車速度的不斷提升，迫切要求構(gòu)建安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可行的信號(hào)系統(tǒng)。列車控制系統(tǒng)能夠全面保障行車安全，并可提升運(yùn)行效率，至關(guān)重要。在基于通信的列車控制系統(tǒng)中車載列控設(shè)備主要由微處理器及其它超大規(guī)模集成電路芯片組成，它與長(zhǎng)久以來以安全繼電器為核心的鐵路信號(hào)設(shè)備所不同之處在于其器件不具備非對(duì)稱故障特性。我國是一個(gè)環(huán)境污染嚴(yán)重的國家，塵士污染較他國相對(duì)嚴(yán)峻，而塵土污染是造成機(jī)電元件電接觸故障的十分普遍。保護(hù)時(shí)刻暴露在塵土中的處理器及芯片電路免受塵土危害的影響，將能夠進(jìn)一步提高列車控制系統(tǒng)的可靠性，減少故障出現(xiàn)幾率。

1 城市軌道車載控制器功能及組成概述

杭州一號(hào)線采用阿爾斯通和國內(nèi)某車廠聯(lián)合生產(chǎn)的“B”型電客列車。共6節(jié)車廂前后兩端司機(jī)室各布置一臺(tái)車載控制器。每個(gè)車載控制器包含一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)（MR），一個(gè)查詢器主機(jī)（TI），兩套自動(dòng)列車防護(hù)和運(yùn)行（ATP/ATO）機(jī)籠，兩個(gè)模擬加速度計(jì)，兩個(gè)數(shù)字加速度計(jì)，三個(gè)安全繼電器和連接器（用于和列車系統(tǒng)接口）。

車載控制器的主體是由兩套自動(dòng)列車防護(hù)與運(yùn)行機(jī)籠組成。兩機(jī)籠種共計(jì)裝有2塊以太網(wǎng)交換和擴(kuò)展器板、3塊主處理器板、2塊主處理器外部存儲(chǔ)器板、4塊輸入/輸出板、1塊移動(dòng)無線主機(jī)和查詢器電源板、1塊機(jī)籠模塊電源非安全繼電器板、1塊安全繼電器板、1塊查詢應(yīng)答器轉(zhuǎn)換器板。該機(jī)籠主要負(fù)責(zé)確定列車位置、監(jiān)督列車速度、確保適當(dāng)?shù)谋匾苿?dòng)次序、管理列車控制模式、根據(jù)軌旁ZC提供的信息控制列車。由此可見，車載控制器運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵在于兩套自動(dòng)列車防護(hù)和運(yùn)行（ATP/ATO）機(jī)籠的正常工作。然而機(jī)籠中的板卡都為印刷電路板覆以微處理器及其它超大規(guī)模集成電路芯片組成。板卡的通電工作會(huì)影響周圍電荷分布以及塵埃的沉降作用將吸附塵土附著其上。

2 列車設(shè)備中塵土的危害分析

2.1 塵土腐蝕

塵土顆粒在電子板卡接觸表面發(fā)生的腐蝕為原電池腐蝕，濕度較高的潮濕環(huán)境中更容易發(fā)生。在地鐵隧道中相對(duì)封閉潮濕的環(huán)境，恰恰有利于這種腐蝕的生成。隧道中長(zhǎng)時(shí)間沉積輪對(duì)摩擦碎屑、列車受電弓碳刷碳粉殘留及地鐵土建殘留物共同構(gòu)成封閉隧道中主要塵埃物質(zhì)。因?yàn)殡娮影蹇ú豢赡茏龅酵耆芊馓幚?，塵土必然會(huì)能借助列車運(yùn)動(dòng)氣流運(yùn)動(dòng)通過電器設(shè)備上的孔隙進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，由于設(shè)備內(nèi)部電磁場(chǎng)和熱場(chǎng)的作用而選擇性沉積到電子板卡接觸表面上。

當(dāng)前電路板電鍍工藝不可避免接點(diǎn)表面鍍層上微孔的存在，在濕潤(rùn)環(huán)境下，因?yàn)榛覊m的洗濕性接點(diǎn)表面會(huì)形成一層水膜，在接點(diǎn)表面上塵上顆粒中的水溶性鹽類便會(huì)溶于水，便形成了電解液，這樣就腐蝕生成物，并蔓延聚集到微孔表面，出現(xiàn)高接觸電阻，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得接點(diǎn)斷路。另外電路板表面在生產(chǎn)時(shí)存在一定的粗糙面，造成了局部區(qū)域氣孔或者比較低凹的部位的存在，這些部位會(huì)由于毛細(xì)作用力的作用吸收水分，配合塵土溶液的腐蝕加速電子板卡的破損。

而塵土所含顆粒中不可溶成分，可能擦傷鍍層表面，甚至使基底金屬暴露而腐蝕；或在兩導(dǎo)體之間形成漏電流，造成系統(tǒng)相關(guān)電路的失效。由于塵土對(duì)設(shè)備造成的上述種種危害，必然會(huì)加大車載控制器運(yùn)行的安全隱患，最終引發(fā)故障。車載處理器中板卡電路如發(fā)生異常，相應(yīng)的板卡將形成故障報(bào)警，使列車個(gè)別運(yùn)行模式不可用，運(yùn)行中的板卡突然停止工作，甚至導(dǎo)致列車緊急制動(dòng)，影響線路的正常運(yùn)營(yíng) 。

2.2 散熱不良

在當(dāng)前電子技術(shù)的發(fā)展下，電子元器件和設(shè)備的單位面積或體積功率密度日益加大，電子設(shè)備功率不斷增大的同時(shí)體積逐漸縮小，而其帶來的散熱問題，便成了商家和研究者共同關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)相關(guān)研究顯示，電子儀器和設(shè)備的主要故障是過熱而導(dǎo)致的損壞，電子儀器和設(shè)備的失效率是伴隨著溫度的升高成指數(shù)增長(zhǎng)，還有更為嚴(yán)重的，一些器件還存在10℃法則，即環(huán)境溫度每升高10℃，電子器件的失效率就會(huì)增大一倍以上。地鐵封閉潮濕的環(huán)境要比陸地更加惡劣，隨著溫度的升高，損壞率將更嚴(yán)重并會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。

塵土中多含纖維物質(zhì)，纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維兩類，纖維物質(zhì)有很強(qiáng)的附著性，在電子設(shè)備靜電影響下裹挾塵土顆粒附著板卡上，隨著時(shí)間推移不斷增厚，嚴(yán)重影響板卡上電子元件的散熱性，如處理板散熱異常將影響其工作穩(wěn)定性，車載系統(tǒng)將判定其工作失效。列車實(shí)際運(yùn)行中偶發(fā)性的板卡報(bào)警，在一定程度上是因其散熱不良所引發(fā)的。

3 塵土危害的應(yīng)對(duì)措施

城市國道交通和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)，決定著一個(gè)國家的整體發(fā)展情況，進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)十分必要。但通過上述探討不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前列車車載控制器普遍面臨著塵土危害，而塵土所帶來的危害是巨大的，不僅會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，而且還會(huì)對(duì)城市軌道運(yùn)行產(chǎn)生阻礙?；谶@一問題，我們一定要采取有效的應(yīng)對(duì)措施，堅(jiān)持預(yù)防為主、綜合治理的原則，做好預(yù)防和日常維修工作。我們應(yīng)端正思想認(rèn)識(shí)，擺正日常的工作態(tài)度，明確列車灰塵處理的現(xiàn)實(shí)意義，在正常的清潔過程，既要做好車體的清潔除塵，還應(yīng)對(duì)車載設(shè)備進(jìn)行全面的清潔處理，保證列車從內(nèi)到外均整潔如一，嚴(yán)格檢驗(yàn)，以免出現(xiàn)不良輻射的現(xiàn)象。同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行有效的散熱處理，讓設(shè)備元件始終處于正常溫度范疇。另外，維修養(yǎng)護(hù)需以可靠性為主要內(nèi)容，依據(jù)實(shí)際情況選擇適宜的維修方式，主要包含定期、狀態(tài)、事后維修及定期報(bào)廢。制定詳盡的維修計(jì)劃，認(rèn)真記錄，通過統(tǒng)計(jì)表來呈現(xiàn)維修結(jié)報(bào)和維修成本等內(nèi)容，有效規(guī)避列車運(yùn)行異常問題的出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

近幾年，城市建設(shè)迅速崛起壯大，城市軌道交通也取得了深遠(yuǎn)的發(fā)展。城市地鐵與輕軌項(xiàng)目大量涌現(xiàn)。在構(gòu)建自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，既然要強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，完善設(shè)計(jì)不足，也要在關(guān)注細(xì)微處保障設(shè)備的正常運(yùn)行。塵土微小卻時(shí)時(shí)在我們身邊，提高塵土對(duì)城市軌道交通車載控制設(shè)備危害的認(rèn)知十分必要。從而在車載設(shè)備設(shè)計(jì)與使用中更好的保證其工作效率，減少故障的發(fā)生，使地鐵服務(wù)質(zhì)量不斷提高，更好的為人群提供高速便捷的出行方式。

參考文獻(xiàn)

[1]劉海軍.降低城市軌道交通工程造價(jià)及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的一個(gè)有效途

徑——先進(jìn)合理的列車自動(dòng)控制ATC系統(tǒng)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015（11）：127-129.

[2]孫林祥.城市軌道交通列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].東南大學(xué)，2017.

[3]宗明.基于無線通信的列車控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].城市軌道交通研究，2016，15（7）：120-122.

[4]周波.基于無線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全可靠性研究[D].上海交通大學(xué)，2016.

[5]楊盼，周恰琳.浸銀電路板上的電化學(xué)遷移實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)電元件，2015，32（6）：26-30.

[6]于慈遠(yuǎn).電子設(shè)備熱分析、熱設(shè)計(jì)及熱測(cè)量技術(shù)的初步研究[J].微電子學(xué)，2017（05）：3.