劉暢 張燕萍 左安國

摘 要：長春市軌道交通 C 型第三期列車整車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由 2 家制造商提供，并分別裝載于不同生產(chǎn)批次的列車。不同制造商的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)執(zhí)行邏輯略有差異，尤其停車制動(dòng)、停放制動(dòng)的控制邏輯差異導(dǎo)致列車運(yùn)營及日常維護(hù)受到嚴(yán)重影響，文章針對(duì)這 2 種控制邏輯的差異進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;制動(dòng)控制;邏輯分析;改進(jìn)措施

中圖分類號(hào)：U270.35

長春市軌道交通C型第三期列車為70%低地板列車，由4動(dòng)2拖編組組成，主要制動(dòng)為電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，機(jī)械制動(dòng)由液壓制動(dòng)及磁軌制動(dòng)組成。從該型號(hào)列車開始運(yùn)營至今，已超過10年，整車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由A、B 2個(gè)不同制造商提供，其制動(dòng)控制邏輯存在差異，尤其體現(xiàn)在停車制動(dòng)及停放制動(dòng)信號(hào)施加的控制邏輯上。

A制造商停車制動(dòng)、停放制動(dòng)緩解采用“與”邏輯，停車制動(dòng)信號(hào)施加條件為無速度限制。B制造商停車制動(dòng)、停放制動(dòng)緩解采用“或”邏輯，停車制動(dòng)施加條件為列車速度小于12 km/h時(shí)施加。

1 問題提出

經(jīng)對(duì)安裝有A、B 2個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的列車停車/停放制動(dòng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，安裝A網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的列車，在線運(yùn)營過程中多次出現(xiàn)非制動(dòng)故障情況下的制動(dòng)無法緩解現(xiàn)象及列車異常施加停車制動(dòng)的情況，多次造成列車無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響線路運(yùn)營計(jì)劃。安裝B網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的列車，則未發(fā)生此現(xiàn)象。

之后，車輛段對(duì)A制造商列車實(shí)際運(yùn)行情況、列車監(jiān)控記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場故障模擬，發(fā)現(xiàn)該異常類故障可100%復(fù)現(xiàn)，A制造商設(shè)計(jì)師對(duì)此予以了確認(rèn)。隨后車輛段分別與A、B 2個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)制造商進(jìn)一步核實(shí)，最終確定是由于停車制動(dòng)及停放制動(dòng)分別采用了不同的控制邏輯所致。

2 停車/停放制動(dòng)簡介

2.1 停車制動(dòng)

停車制動(dòng)是指列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根據(jù)牽引逆變器發(fā)出的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，將列車運(yùn)行速度控制在5～1km/h范圍的機(jī)械制動(dòng)。當(dāng)任何一個(gè)有效的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)時(shí)施加停車制動(dòng)，否則列車處于停車制動(dòng)緩解狀態(tài)。

停車制動(dòng)施加和緩解為邏輯控制，由網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)電平高低進(jìn)行識(shí)別和邏輯判斷后，向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停車制動(dòng)施加或緩解指令。動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元接收的指令為高電平時(shí)制動(dòng)緩解，低電平時(shí)制動(dòng)施加。

2.2 停放制動(dòng)

停放制動(dòng)是指列車運(yùn)行速度在1～0 km/h范圍的機(jī)械制動(dòng)。當(dāng)滿足制動(dòng)等級(jí)SB、EB1、EB3、EB2中的任何一個(gè)且速度≤1 km/h時(shí)，則施加停放制動(dòng)。停放制動(dòng)施加后，只有在啟車時(shí)才能緩解。

停放制動(dòng)施加未采用邏輯控制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)判斷列車處于制動(dòng)狀態(tài)且列車速度處于1～0 km/h范圍時(shí)， 向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停放制動(dòng)施加指令;停放制動(dòng)緩解為邏輯控制，由網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)電平高低的識(shí)別和邏輯判斷后，向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出相關(guān)指令。動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元接收的指令為高電平時(shí)制動(dòng)緩解，低電平時(shí)制動(dòng)施加。

2.3 停車/停放制動(dòng)電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)

當(dāng)牽引逆變器檢測到列車處于牽引狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)由低電平信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖叫盘?hào);當(dāng)牽引逆變器檢測到列車處于非牽引狀態(tài)且列車速度≤5 km/h時(shí)，電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)由高電平信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)。

3 停車/停放制動(dòng)控制邏輯

3.1 停車制動(dòng)控制邏輯

3.1.1 停車制動(dòng)施加控制邏輯

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到任意1臺(tái)牽引逆變器發(fā)出的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)由高電平信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)時(shí)，即滿足“或”邏輯后（圖1），網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停車制動(dòng)施加指令。

停車制動(dòng)施加若采用“與”邏輯控制，則在電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)切換過程中，可能會(huì)出現(xiàn)由于電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)異常造成列車出現(xiàn)無法施加機(jī)械制動(dòng)的情況，為避免此情況發(fā)生，A、B制造商均采用“或”邏輯控制。

3.1.2 停車制動(dòng)緩解控制邏輯

（1）A制造商“與”邏輯控制。當(dāng)同一列車中的4臺(tái)牽引逆變器工作均正常，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到4臺(tái)牽引逆變器發(fā)出的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)同時(shí)為高電平信號(hào)時(shí)，即滿足“與”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停車制動(dòng)緩解指令（圖2）;當(dāng)某臺(tái)牽引逆變器工作不正常（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到牽引工作正常信號(hào)及電制動(dòng)工作正常信號(hào)中的任意1個(gè)或全部為低電平）時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將不檢測該牽引逆變器的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，而是通過剩余有效的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行“與”邏輯判斷，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并據(jù)此向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停車制動(dòng)緩解指令。

（2）B制造商“或”邏輯控制。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到任意1臺(tái)牽引逆變器發(fā)出的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)為高電平信號(hào)時(shí)，即滿足“或”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停車制動(dòng)緩解指令（圖3）;當(dāng)列車靜止且處于停車制動(dòng)施加狀態(tài)時(shí)，在啟動(dòng)列車后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將自動(dòng)向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停放制動(dòng)施加指令，隨后通過停放制動(dòng)緩解控制邏輯進(jìn)行緩解。

3.2 停放制動(dòng)控制邏輯

3.2.1 停放制動(dòng)施加控制邏輯長春市軌道交通C型第三期列車停放制動(dòng)施加未采用邏輯控制。

3.2.2 停放制動(dòng)緩解控制邏輯

（1）A制造商“與”邏輯控制。當(dāng)同一列車中的4臺(tái)牽引逆變器工作均正常，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到4臺(tái)牽引逆變器發(fā)出的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)同時(shí)為高電平信號(hào)時(shí)，即滿足“與”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停放制動(dòng)緩解指令（圖4）;當(dāng)某臺(tái)牽引逆變器工作不正常（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到牽引工作正常信號(hào)及電制動(dòng)工作正常信號(hào)中的任意1個(gè)或全部為低電平）時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將不檢測該牽引逆變器的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，而是通過剩余有效的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行“與”邏輯判斷，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并據(jù)此向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停放制動(dòng)緩解指令。

（2）B制造商“或”邏輯控制。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到任意1臺(tái)牽引逆變器發(fā)出的電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)為高電平信號(hào)時(shí)，即滿足“或”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停放制動(dòng)緩解指令（圖5）。

4 停車/停放制動(dòng)控制邏輯問題分析

4.1 停車制動(dòng)施加控制邏輯與列車運(yùn)行速度關(guān)系

4.1.1 停車制動(dòng)施加無速度限制

A制造商針對(duì)停車制動(dòng)施加未設(shè)置有速度限制條件，根據(jù)停車制動(dòng)施加控制邏輯，當(dāng)某個(gè)電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)在任意速度下非預(yù)期撤銷，即滿足“或”邏輯狀態(tài)，列車將在此速度下直接施加停車制動(dòng)直至停車，此過程隨著列車速度的提高，客傷、制動(dòng)夾鉗磨損、車輪磨損等情況發(fā)生的概率隨之上升。

4.1.2停車制動(dòng)施加有速度限制

B制造商針對(duì)停車制動(dòng)施加設(shè)置有速度限制條件，一般設(shè)置為，列車行駛速度低于12km/h時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動(dòng)力模塊制動(dòng)控制單元發(fā)出停車制動(dòng)施加指令。當(dāng)某個(gè)電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)在速度限制條件下非預(yù)期撤銷，即滿足“或”邏輯狀態(tài)，列車將在此限制速度下施加停車制動(dòng)直至停車，此過程不易導(dǎo)致客傷、制動(dòng)夾鉗磨損、車輪磨損等情況的發(fā)生。

4.2 電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)控制板與停車/停放制動(dòng)控制邏輯關(guān)系分析

電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)由牽引逆變器控制板DI / DO的DO發(fā)出，DO點(diǎn)位常態(tài)為低電平，當(dāng)滿足預(yù)置條件后變?yōu)楦唠娖?當(dāng)控制板DI / DO故障或宕機(jī)時(shí)，該點(diǎn)位會(huì)保持低電平輸出。

根據(jù)長春市軌道交通3號(hào)線線路情況，按照每列車每年運(yùn)營11個(gè)月，每列車每日全線運(yùn)營往返5次，線路共有車站33座計(jì)算，在理想狀態(tài)（每站電動(dòng)轉(zhuǎn)換控制板DI / DO點(diǎn)位動(dòng)作2次）下，控制板DI / DO點(diǎn)位每年在正線運(yùn)營過程中的動(dòng)作次數(shù)為11×30×10×33×2 = 217800次，考慮車輛段內(nèi)試車、夜間調(diào)試等情況，該點(diǎn)位每年動(dòng)作次數(shù)將不少于22萬次。

一般情況下，電路板壽命為30年，但控制板DI / DO內(nèi)部繼電器在動(dòng)作100萬次后，出現(xiàn)不穩(wěn)定（無動(dòng)作/接觸不良）的概率會(huì)上升，因此，在列車運(yùn)營約5年后，DO輸出的不穩(wěn)定性升高，導(dǎo)致電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)持續(xù)輸出低電平的概率上升。而停車制動(dòng)施加、停車制動(dòng)緩解、停放制動(dòng)緩解均需通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采集電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，若采用“與”邏輯控制，則列車出現(xiàn)非制動(dòng)故障情況下的制動(dòng)無法緩解的概率會(huì)隨之提升。

4.3 停放制動(dòng)緩解“與”“或”邏輯對(duì)比分析

（1）從安全性角度考慮，當(dāng)某個(gè)牽引逆變器電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)由于異常原因由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)時(shí)，列車將會(huì)處于停放制動(dòng)緩解狀態(tài)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)溜車的情況;在控制板DI / DO內(nèi)繼電器不穩(wěn)定情況下，通常會(huì)出現(xiàn)無動(dòng)作/接觸不良以及無法排除的觸點(diǎn)粘連故障現(xiàn)象，因此，從安全性角度考慮，“與”邏輯略優(yōu)于“或”邏輯。

（2）從故障冗余角度考慮，如果單個(gè)控制板DI / DO因內(nèi)部繼電器無動(dòng)作或接觸不良導(dǎo)致無法發(fā)出電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)的概率為A%，則“與”邏輯出現(xiàn)停車制動(dòng)、停放制動(dòng)無法緩解的概率為4×A%，“或”邏輯出現(xiàn)停車制動(dòng)、停放制動(dòng)無法緩解的概率為A%4，“或”邏輯出現(xiàn)問題的概率遠(yuǎn)小于“與”邏輯，因此，從故障冗余角度考慮，“或”邏輯優(yōu)于“與”邏輯。

（3）從正線運(yùn)營角度考慮，由于列車顯示屏IDU中電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)顯示位置較為隱蔽，且網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)無明確提示，導(dǎo)致列車駕駛員難以準(zhǔn)確有效地判斷故障點(diǎn)，因此，當(dāng)列車出現(xiàn)停車制動(dòng)、停放制動(dòng)無法緩解，正線處理操作無效致使整車重啟時(shí)，一般會(huì)導(dǎo)致列車不少于5 min的晚點(diǎn)或造成正線延誤，影響正線運(yùn)營。長春市軌道交通C型第三期列車運(yùn)營至今采用“或”邏輯的列車未發(fā)生因控制板DI / DO內(nèi)部繼電器問題導(dǎo)致的溜車情況，表明“或”邏輯出現(xiàn)此問題的概率遠(yuǎn)低于“與”邏輯，因此，從正線運(yùn)營角度考慮，“或”邏輯優(yōu)于“與”邏輯。

5 改進(jìn)措施

經(jīng)與列車制造商反饋、分析、協(xié)調(diào)，目前列車制造商已要求A網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)供應(yīng)商，對(duì)所有涉及停放制動(dòng)、停車制動(dòng)信號(hào)施加控制邏輯問題的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)程序進(jìn)行了更新，修改為停放制動(dòng)、停車制動(dòng)緩解采用“或”邏輯，停車制動(dòng)施加條件改為列車速度小于12km/h時(shí)施加，最終停放制動(dòng)、停車制動(dòng)的控制邏輯問題得到了解決。

6 結(jié)論及建議

（1）停放制動(dòng)、停車制動(dòng)緩解采用“或”邏輯可有效規(guī)避采用“與”邏輯造成的列車正常運(yùn)行中停放制動(dòng)、停車制動(dòng)無法緩解的情況。

（2）停車制動(dòng)施加條件增加速度限制，可有效避免列車在高速運(yùn)行中因某個(gè)電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致在非預(yù)期狀態(tài)下施加停車制動(dòng)所造成的客傷、制動(dòng)夾鉗磨損、車輪磨損等情況。

（3）通過長春市軌道交通C型第三期列車?yán)塾?jì)10年的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，“或”邏輯完全可以滿足城市軌道交通的運(yùn)營要求。若必須采用“與”邏輯控制，則在電動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)在顯示器IDU明顯位置進(jìn)行提示，便于駕駛員第一時(shí)間判斷故障原因，縮短因在線故障處理導(dǎo)致的延誤時(shí)間。

（4）列車運(yùn)營5年后，在列車架修過程中，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)控制板DI / DO內(nèi)部繼電器進(jìn)行預(yù)防性維修，以提高列車運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]李剛，李芾，黃運(yùn)華. 100% 低地板輕軌車輛的發(fā)展與運(yùn)用[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2013（4）.

[2]梅 櫻，劉志剛，王磊，等. CANopen作為軌道交通車輛總線的可行性研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2011，33（2）.

[3]李芾，付茂海，黃運(yùn)華，等.城市輕軌車輛及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2004（1）.

[4]李潤林.輕軌車液壓與磁軌制動(dòng)系統(tǒng)[D].北京：北京交通大學(xué)，2007.

[5]? 塔子獻(xiàn)，劉通，尹硯峰，等. 地鐵列車保持制動(dòng)施加反饋信號(hào)檢測方法比較分析[J].? 現(xiàn)代城市軌道交通，2015（2）.

[6]LIU J，GUAN X，TAN P. The Analysis and Test of Real-time Performance for Time-triggered CAN Bus in Automation and Logistics[C]. ICAL 2008. IEEE International Conference，2008.

[7]王冬雷.地鐵車輛電空混合制動(dòng)平滑過渡問題分析及改進(jìn)建議[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2010（3）.

[8]李紅軍.長春輕軌車輛的液壓制動(dòng)設(shè)計(jì)原理[J].城市軌道交通研究，2007（10）.

[9]路象群.廣州地鐵 A5 型車電空混合制動(dòng)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)列車停車精度的影響分析[J].機(jī)電信息，2016（18）.

[10] 杜群威，張遠(yuǎn)東，謝川川.停放制動(dòng)原理分析及故障診斷[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2018，38（4）.

[11] 殳企平.城市軌道交通車輛制動(dòng)技術(shù)[M]. 北京：中國水利水電出版社，2009.

收稿日期 2019-12-26

責(zé)任編輯 朱開明