王志文，鐘佳麗

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州 510380）

0 引言

廣州地鐵ZER4－3型電力蓄電池工程車由中車株洲電力機(jī)車有限公司生產(chǎn)制造，采用第三軌、接觸網(wǎng)、蓄電池3種供電模式，其中接觸網(wǎng)與第三軌供電電壓為DC1 500 V［1］，其憑借低污染性、零排放性及高可靠性的優(yōu)勢已基本取代內(nèi)燃機(jī)車，成為了廣州地鐵新建線路正線及車廠施工作業(yè)的新型主力工程車。目前，該型車主要用于21號線、14號線及知識城線，其運(yùn)行正線為第三軌供電，車廠為接觸網(wǎng)供電，正常運(yùn)作時，在庫內(nèi)利用接觸網(wǎng)進(jìn)行充電，正線作業(yè)時利用第三軌運(yùn)行至施工區(qū)間后采用蓄電池供電模式進(jìn)行作業(yè)。

因電力蓄電池工程車主要在非運(yùn)營時間牽引其他工程車作業(yè)，發(fā)生故障造成無法牽引需要救援時，對次日電客車運(yùn)營會產(chǎn)生重大影響，因此在電力蓄電池工程車系統(tǒng)設(shè)計中，對牽引系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備采取冗余設(shè)計或備用模式的方式，來提高設(shè)備可靠性，減少直接救援。本文以廣州地鐵電力蓄電池工程車緊急牽引模式控制邏輯為研究對象，介紹電力蓄電池工程車緊急牽引模式控制邏輯，指出緊急牽引模式控制邏輯存在的問題，并提出優(yōu)化措施。

1 緊急牽引模式概況

為確保ZER4－3型電力蓄電池工程車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時能正?；貜S，該車型設(shè)計了單機(jī)運(yùn)行時的緊急牽引模式，通過邏輯控制單元（LCU）來實(shí)現(xiàn)緊急牽引功能，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，通過緊急牽引旋鈕，啟動LCU，LCU將緊急牽引信號送入DCU。

該模式可以兼容牽引蓄電池供電、接觸網(wǎng)供電及第三軌供電，并保留重要的保護(hù)功能［2］，緊急牽引模式動車的控制流程如圖1所示。

圖1 緊急牽引模式動車控制流程

2 緊急牽引模式邏輯控制原理

2.1 供電模式確認(rèn)

電力蓄電池工程車的供電模式有接觸網(wǎng)供電模式、第三軌供電模式及牽引蓄電池模式3種，通過將模式選擇開關(guān)的信號直接送給LCU，由LCU確認(rèn)何種供電模式。

以接觸網(wǎng)供電模式舉例，接觸網(wǎng)供電模式有效（M10）的前提有：（1）供電模式選擇開關(guān)在接觸網(wǎng)位有效（M4）；（2）兩端司控器在零位（M7）；（3）機(jī)車靜止（I33）；（4）預(yù)備回路配置完成（M24）；（5）主斷斷開（M3）；（6）三位置隔離開關(guān)（11－S01）在接觸網(wǎng)位。詳細(xì)梯形圖如圖2所示。

圖2 接觸網(wǎng)供電模式有效梯形圖

同時，為保證接觸網(wǎng)供電模式下能正常緊急牽引動車（此時M7為低電平），加入了接觸網(wǎng)供電模式有效的自鎖設(shè)計。其中司控器鑰匙信號、供電模式開關(guān)選擇信號、機(jī)車靜止信號分別由相關(guān)的開關(guān)輸入給LCU，以供電模式開關(guān)選擇信號輸入LCU的電氣原理路圖［3］舉例，如圖3所示。

圖3 LCU供電模式開關(guān)選擇信號輸入

2.2 供電模式接觸器閉合

以接觸網(wǎng)供電模式有效舉例，接觸網(wǎng)供電模式接觸器閉合（O6－2／M43）的前提有：（1）接觸網(wǎng)供電模式有效（M10）；（2）牽引蓄電池供電模式接觸器在零位（I10）；（3）受電弓降弓（M20）；（4）受流器降下（M28）；（5）主斷斷開（M3）；（6）預(yù)備回路配置完成（M24）。詳細(xì)梯形圖如圖4所示。

圖4 接觸網(wǎng)供電模式接觸器閉合梯形圖

2.3 升、降弓／靴控制

升、降弓／靴控制包括升、降弓控制，升、降靴控制，以及弓、靴互鎖控制，現(xiàn)以升、降弓控制舉例。

升弓（M25）的前提有：（1）占有端有效；（2）受電弓升弓指令有效即扳鍵開關(guān)在合位（I5）；（3）升弓電連鎖塞門在閉合位（I6）；（4）升弓壓力開關(guān)有效（I19）。降弓（M26）的前提有：（1）占有端有效；（2）受電弓升弓指令有效即扳鍵開關(guān)在關(guān)位（I5）。

因升、降弓扳鍵開關(guān)有升、零、降3個位置，且為自復(fù)位開關(guān)，故在梯形圖中分別對升（M25）、降（M26）弓控制進(jìn)行自鎖設(shè)計。詳細(xì)梯形圖如圖5所示［1］。

圖5 升降弓控制梯形圖

為確保升弓有效（O3－1），在升弓回路中串如了降弓信號，確保只有在降弓狀態(tài)下才升弓有效，同時，為保證主斷閉合后不降弓，對升弓狀態(tài)進(jìn)行了自鎖設(shè)計，詳細(xì)梯形圖如圖6所示。

圖6 升弓自鎖設(shè)計

2.4 主斷控制原理

緊急牽引模式下將電力蓄電池工程車的主斷的控制信號直接送給LCU，LCU和DCU共同控制主斷的動作。主斷閉合（M21）指令確認(rèn)條件：（1）占有端有效；（2）主斷閉合指令有效即扳鍵開關(guān)在合位（I14或I16）。主斷斷開（M22）指令確認(rèn)條件：（1）占有端有效；（2）主斷斷開指令有效即扳鍵開關(guān)在合位（I13或I15）。

因主斷扳鍵開關(guān)為自復(fù)位開關(guān)，為保證主斷閉合指令發(fā)出后扳鍵開關(guān)回零位造成主斷斷開，設(shè)計了主斷閉合自鎖回路，同理設(shè)計了主斷斷開自鎖回路。同時，在主斷閉合指令回路中串入了主斷斷開指令的常閉信號，在主斷斷開指令回路中串入了主斷閉合指令的常閉信號，使得主斷斷開指令和主斷閉合指令得以互鎖，確保了安全性，詳細(xì)梯形圖如圖7所示。

圖7 主斷指令確認(rèn)邏輯

主斷閉合的前提有：（1）降弓（M26）；（2）降靴（M28）；（3）供電模式有效（M10或M11或M12）；（4）司控器零位（M7）；（5）預(yù)備回路配置完成（M24）。詳細(xì)梯形圖如圖8所示。

圖8 主斷閉合邏輯

2.5 牽引封鎖控制

觸發(fā)牽引封鎖的條件有：（1）二級接地故障（I11）；（2）緊急制動按鈕被按下（I38）；（3）供電模式無效（M10或M11或M12）；（4）預(yù)備回路配置未完成（M24）；（5）控制蓄電池電壓低于77 V；（6）±24 V／14 V電源模塊斷開。

牽引封鎖條件邏輯控制如圖9所示。

圖9 牽引封鎖條件控制邏輯

3 控制邏輯優(yōu)化

3.1 邏輯缺陷

現(xiàn)有控制邏輯中，司機(jī)室占有信號（M1）有效信號的控制邏輯如圖10所示，司機(jī)室占有信號不分I端有效還是II端有效，也即在主控端占有后，可在非主控端執(zhí)行供電模式轉(zhuǎn)換操作，如此會存在兩端同時占有主控端的安全隱患。

圖10 存在缺陷的司機(jī)室占有信號控制邏輯

如供電模式選擇信號，只要有司機(jī)室占有（M1有效），不分主控和非主控端，均可選擇供電模式，一旦緊急牽引模式下兩端供電模式?jīng)_突，根據(jù)上文提到的牽引封鎖觸發(fā)條件可知，會導(dǎo)致緊急牽引模式下無法動車，詳細(xì)梯形圖如圖11所示。

圖11 存在缺陷的供電模式選擇控制邏輯

再比如升、降弓／靴控制，只要有司機(jī)室占有（M1有效），不分主控和非主控端，兩端均可控制升降弓／靴，如果在行車過程中另外一端選擇降弓／靴，則會因失電而引起牽引封鎖，詳細(xì)梯形圖如圖6所示。

同理，主斷控制也存在上述問題。

3.2 邏輯優(yōu)化

為避免電力蓄電池工程車緊急牽引模式下，非占用端供電模式開關(guān)在非零位的情況下，導(dǎo)致供電模式異常的情況，需要在控制邏輯中的占有端有效信號（M1）進(jìn)行拆分，也即將一端占用端有效（M1）、二端占用端有效（M2）單獨(dú)命名，同時在供電模式選擇控制邏輯中同步修改，優(yōu)化后的控制邏輯如圖12～13所示，同時對功能進(jìn)行了驗(yàn)證，功能良好。

圖12 優(yōu)化后的司機(jī)室占有信號控制邏輯

圖13 優(yōu)化后的供電模式選擇控制邏輯

4 結(jié)束語

緊急牽引模式作為一種應(yīng)急模式，主要目的是在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時將電力蓄電池工程車駛回車輛段而不需要救援。本文通過對緊急牽引模式下控制邏輯的分析和優(yōu)化，消除了邏輯缺陷，并在使用中得到驗(yàn)證，為今后電力蓄電池工程車的換代提供了借鑒。廣州地鐵ZER4－3型電力蓄電池工程車作為廣州地鐵新建線路的絕對主力工程車，其安全性至關(guān)重要，因其應(yīng)用時間較短，故在電路上還有諸多地方需要持續(xù)優(yōu)化。