楊帥帥

(合肥市軌道交通集團有限公司， 230601， 合肥∥工程師)

牽引控制系統(tǒng)和制動控制系統(tǒng)作為列車正常運行的基礎(chǔ)，是城市軌道交通列車最重要的2個系統(tǒng)。其中：列車牽引控制系統(tǒng)根據(jù)不同模式下的牽引控制指令及牽引需求輸出牽引電機的驅(qū)動，使列車以目標速度運行；列車制動控制系統(tǒng)根據(jù)不同模式下觸發(fā)的制動指令與需求，通過電制動與氣制動的方式，使列車按照計劃進行減速及停車，實現(xiàn)列車的安全運行。本文對合肥軌道交通1、2號線列車在ATO(列車自動運行)模式下的牽引和制動控制電路優(yōu)化進行研究。

1 ATO模式下的牽引和制動控制電路介紹

合肥軌道交通1、2號線列車均采用6節(jié)編組B2型列車，且在ATO模式下列車的牽引和制動控制接口電路完全一致。本文以2號線在ATO模式下的牽引和制動控制電路為例，對電路控制的基本原理進行介紹。

2號線在ATO模式下信號系統(tǒng)通過OBCU(車載控制單元)給AMTDR(牽引指令繼電器)、AMBDR(制動指令繼電器)供電，實現(xiàn)牽引、制動控制指令的觸發(fā)。每端的OBCU均可同時給列車兩端的AMTDR、AMBDR供電，其供電原理如圖1所示。

注：AMR——ATO模式繼電器； CREC——司機室右側(cè)電器柜；箭頭表示線路得電后的邏輯走向。

列車收到ATO制動指令后，AMBDR得電，通過AMBDR在列車制動控制電路中的常閉觸點斷開，使制動指令列車線失電(低電平有效)，列車觸發(fā)制動模式，根據(jù)信號系統(tǒng)給出的制動力需求值完成制動力的施加，使列車達到計劃的減速運行效果。

列車收到ATO牽引指令后，AMTDR得電，通過AMTDR在列車牽引控制電路中的常開觸點閉合，使牽引指令列車線得電(高電平有效)，列車觸發(fā)牽引模式，根據(jù)信號系統(tǒng)給出的牽引力需求值完成牽引力的施加，使列車達到計劃的加速運行效果。

2 ATO模式下的牽引和制動控制電路原理

通過對合肥軌道交通1、2號線ATO模式下的牽引和制動控制電路深入分析，發(fā)現(xiàn)信號與車輛各自系統(tǒng)控制電路均符合要求，但在信號與車輛的接口設(shè)計中存在一定的問題。

2.1 信號專業(yè)的牽引和制動控制電路設(shè)計

如圖1所示，在信號側(cè)ATO模式牽引和制動控制電路設(shè)計中，列車兩端任何1個OBCU均可同時給兩端的AMBDR、AMTDR供電。該設(shè)計既可滿足2個OBCU正常輸出指令，也可實現(xiàn)控制指令輸出的冗余。

2.2 車輛專業(yè)的牽引和制動控制電路設(shè)計

如圖2所示，在車輛側(cè)ATO模式制動控制電路設(shè)計中，通過MCCB(司機控制器斷路器)、AMR常開觸點及AMBDR常閉觸點形成制動指令列車線的供電控制。通過對列車兩端ATO模式下制動指令列車線供電進行分析，可以發(fā)現(xiàn)在ATO模式下，列車兩端AMR均得電，并且在OBCU輸出制動指令時列車兩端的2個AMBDR也均得電，即ATO模式下列車兩端的AMBDR均可對制動指令列車線供電進行控制。

注：COR為司機室激活繼電器。

在車輛側(cè)ATO模式下的牽引控制電路通過MCCB、AMR常開觸點及AMTDR常開觸點后，與本端的COR1常開觸點串接，形成牽引指令列車線的供電控制。通過對列車兩端ATO模式下牽引指令列車線供電進行分析，可以發(fā)現(xiàn)雖然在ATO模式下列車兩端的AMR均得電，OBCU輸出牽引指令后兩端的AMTDR也全部得電，但由于供電回路需經(jīng)過COR1常開觸點，ATO模式下的牽引指令列車線僅在主控端可以實現(xiàn)牽引指令列車線的供電。

2.3 信號與車輛的接口控制電路問題

由上分析可見，ATO模式下制動指令列車線的供電來自列車兩端，可同時進行控制。但由于此列車制動指令列車線采用低電平有效的控制方式，因此如果列車兩端任意1個AMBDR發(fā)生故障，其在制動控制電路中的常閉觸點就無法斷開，從而導(dǎo)致ATO模式下制動指令列車線一直保持高電平的狀態(tài)，列車無法觸發(fā)制動指令，制動無法正常施加，可能引發(fā)列車越站或沖標，故列車運行存在較大的安全隱患。

對比僅由主控端AMBDR進行制動指令列車線控制的方式，現(xiàn)有接口設(shè)計的控制方式使得制動指令列車線出現(xiàn)故障的概率增加1倍。同時，由于任何一端司機室被激活均對AMBDR進行得失電控制，使AMBDR的使用頻率增加1倍，將導(dǎo)致AMBDR提前老化，縮短了繼電器電氣的使用壽命。在ATO模式下牽引指令列車線的控制方式上，同樣存在使AMTDR的使用頻率增加1倍、繼電器電氣使用壽命縮短的問題。

3 AMTDR、AMBDR的動作頻次計算

AMBDR、AMTDR的動作頻次可通過每日列車運營信息及列車事件記錄進行統(tǒng)計和計算。由于AMBDR、AMTDR的計算方式相同，本文僅以2號線的AMBDR為例進行動作頻次計算分析。其計算公式如下：

N=365t1N0/t2

(1)

式中：

N——平均每個AMBDR的動作頻次，次/年；

t1——正線列車平均每日開行列次數(shù)，列次；

N0——每開行1列次AMBDR的動作頻次，次；

t2——2號線配屬列車數(shù)量，列。

2號線現(xiàn)有28列電客車，根據(jù)該線目前的運行圖，每日載客開行列次約為310列次。根據(jù)列車事件記錄儀的信息，列車在正線上正常開行1列次，AMBDR動作次數(shù)約為48次。將以上數(shù)據(jù)代入式(1)，可得到列車1年內(nèi)每個AMBDR在正線運行時的動作次數(shù)為193 971次。另外，考慮列車在維保測試過程中AMBDR的動作情況，估計列車1年內(nèi)每個AMBDR的動作頻次在20～22萬次。目前2號線列車AMBDR采用的繼電器，其電氣使用壽命約為50萬次，結(jié)合實際情況，則大約2年半即達到繼電器的電氣使用壽命。

達到繼電器電氣使用壽命后，會進一步增大出現(xiàn)故障的可能。因此，在設(shè)計上采取改良措施，對接口電路進行優(yōu)化，對提升設(shè)備穩(wěn)定性、保障系統(tǒng)的正常運行具有重要意義。

4 接口控制電路的優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化方案1

如圖3所示，在AMBDR上方串接司機室激活繼電器的常開觸點，保證ATO模式下列車制動控制時只是主控端AMBDR得電。按照此方案優(yōu)化后，列車制動電路僅通過主控端進行供電控制，遠端AMBDR不得電，常閉觸點一直處于閉合狀態(tài)，可以有效降低由于AMBDR故障導(dǎo)致制動控制指令列車線異常得電的概率，同時還可以使AMBDR的動作頻次減少一半，進而延長AMBDR的使用壽命。同理，AMTDR的供電方式采用同樣的優(yōu)化設(shè)計方案后，也可以使AMTDR的動作頻次減少一半，延長AMTDR的使用壽命。

圖3 僅有主控端AMBDR/AMTDR得電的優(yōu)化方案

4.2 優(yōu)化方案2

優(yōu)化方案1既有效降低了繼電器的使用次數(shù)，也降低了AMBDR故障導(dǎo)致的制動指令列車線異常得電的概率，但是在接口電路設(shè)計中未起到冗余作用。為了進一步降低電路的故障概率，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，可以采取以下優(yōu)化方式：

1) 對于ATO制動控制電路：可將ATO模式下制動控制電路(見圖2)中AMBDR常閉觸點更換為常開觸點的方式，修訂信號側(cè)OBCU制動信號的觸發(fā)邏輯。即：將信號系統(tǒng)OBCU制動信號輸出邏輯修訂為低電平為有效制動信號、高電平為無效制動信號，且備用OBCU在正常狀態(tài)下制動指令輸出低電平信號，保證不會對主用OBCU制動邏輯觸發(fā)造成干擾。此優(yōu)化方案的AMBDR動作頻次與優(yōu)化前方案的AMBDR動作頻次相同，可實現(xiàn)ATO模式下制動控制電路供電的冗余，可以很好地降低AMBDR故障導(dǎo)致制動指令列車線發(fā)生故障的概率。

2) 對于ATO牽引控制電路：只需優(yōu)化牽引指令列車線控制電路的方式，取消圖2中COR1常開觸點，使得列車兩端AMTDR對列車牽引指令列車線供電形成冗余。此優(yōu)化方案的AMTDR動作頻次與優(yōu)化前方案一致，但可以實現(xiàn)ATO模式下牽引控制電路供電的冗余，有效降低AMTDR故障導(dǎo)致牽引指令列車線發(fā)生故障的概率。

5 結(jié)語

隨著合肥軌道交通1、2號線運營時長的增加，相關(guān)繼電器使用頻次逐漸增加，設(shè)施設(shè)備均會出現(xiàn)不同程度的老化，越來越多的問題將逐步體現(xiàn)出來。需要及時對問題進行深入分析、總結(jié)，采取有效的措施降低各類故障的概率，減少由于設(shè)備原因?qū)θ粘＿\營產(chǎn)生的影響，保障城市軌道交通線路的安全、高效、平穩(wěn)運營。