魏傳均　毛金虎　劉杰

摘 要：制動控制器的可靠性對于軌道交通車輛行車安全具有重要意義。鑒于此，提出了一種制動控制器故障檢測與安全導(dǎo)向方法，其能有效提高制動控制器的可靠性，解決因制動控制器故障導(dǎo)致的列車無法安全停車問題，進而提高制動系統(tǒng)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：機車;制動控制器;故障檢測;安全導(dǎo)向

中圖分類號：U260.35+1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）11-0069-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.019

0? ? 引言

制動系統(tǒng)是保證軌道交通車輛行車安全的關(guān)鍵裝備，制動控制器作為發(fā)出制動控制指令的司機操縱設(shè)備，其可靠性直接關(guān)系到制動系統(tǒng)及機車的安全性。若制動控制器無法發(fā)出制動指令，則機車無法正常調(diào)速或安全停車;若制動控制器不能正確發(fā)出緩解指令，則機車無法正常開行，就會影響鐵路線路的正常運行秩序。因此，提高制動控制器的可靠性具有重要意義。

1? ? 制動控制器結(jié)構(gòu)及電氣原理

1.1? ? 制動控制器結(jié)構(gòu)

制動控制器采用組合型結(jié)構(gòu)，集成了自動制動控制單元（以下簡稱“大閘”）和單獨制動控制單元（以下簡稱“小閘”），主要部件包括編碼器、接近開關(guān)、微動開關(guān)、智能節(jié)點、排風(fēng)閥等[1]，其機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

大閘手柄靠近操作者最近位的是運轉(zhuǎn)位，往前推依次為初制動位、全制動位、抑制位、重聯(lián)位、緊急位，初制動到全制動之間為常用制動區(qū)，每個位置相對于水平面的夾角如表1所示。

小閘手柄靠近操作者最近位的是運轉(zhuǎn)位，往前推最遠(yuǎn)位為全制動位，運轉(zhuǎn)位與全制動位之間為常用制動區(qū)，每個位置相對于水平面的夾角如表2所示，小閘同時設(shè)置帶自復(fù)位的側(cè)壓單緩位。

1.2? ? 制動控制器電氣原理

制動控制器電氣原理框圖如圖2所示。

2? ? 編碼器閘位識別原理

操作制動控制器手柄時，帶動編碼器轉(zhuǎn)動，手柄在不同的位置時，編碼器輸出對應(yīng)的編碼值，智能節(jié)點通過采集編碼器輸出值，判斷大、小閘手柄所處的位置，輸出相應(yīng)的閘位，大閘編碼器角度值與閘位對應(yīng)關(guān)系如圖3所示，結(jié)合手柄實際操作角度和故障檢測需要，將運轉(zhuǎn)位下限角度與緊急位上限角度范圍設(shè)置為5°。

3? ? 故障檢測與安全導(dǎo)向

制動控制器故障檢測主要針對其機械結(jié)構(gòu)及電氣部件故障進行檢測，主要包括編碼器故障、開關(guān)信號故障、智能節(jié)點故障，故障導(dǎo)向的原則為優(yōu)先保障其安全性，保證車輛安全調(diào)速和停車。

3.1? ? 編碼器故障

編碼器故障具體包括閘位校準(zhǔn)故障、編碼器超范圍故障、編碼器與微動開關(guān)不一致故障。

3.1.1? ? 閘位校準(zhǔn)故障

若校準(zhǔn)時操作不規(guī)范或校準(zhǔn)時編碼器值采集錯誤，則執(zhí)行校準(zhǔn)指令后，會上報校準(zhǔn)故障，其判斷條件為大閘運轉(zhuǎn)位與緊急位校準(zhǔn)值角度差值超過68°±4°，小閘運轉(zhuǎn)位與全制動位校準(zhǔn)值角度差值超過56°±4°，檢測到故障后，大閘報自閥故障，小閘報單閥故障，提示操作人員重新校準(zhǔn)。同時，閘位校準(zhǔn)故障檢測可在出廠時有效檢測手柄機械角度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.2? ? 編碼器超范圍故障

編碼器超范圍故障分為編碼器零點或滿量程輸出，以及編碼器輸出值超過手柄運用角度范圍[2]，具體如下：

（1）編碼器零點或滿量程輸出：編碼器電源線或數(shù)據(jù)線故障時，編碼器輸出值將為最小值0x0000或最大值0x3fff。若智能節(jié)點采集到的編碼器值為0x0000或0x3fff，則判斷為編碼器值輸出錯誤，此時無法根據(jù)編碼器值識別正確的閘位。

（2）編碼器輸出值超范圍：正常情況下，大閘運轉(zhuǎn)位到緊急位的角度范圍為60°～128°，小閘運轉(zhuǎn)位到全制動位的角度范圍為74°～130°，當(dāng)編碼器輸出值不在此范圍內(nèi)時，判斷為編碼器超范圍故障，故障原因可能是大、小閘手柄出現(xiàn)機械松動，或編碼器值偏移，此時閘位識別不準(zhǔn)。

發(fā)生上述兩種故障時，大閘發(fā)送自閥故障和自閥傳感器故障，小閘發(fā)送單閥故障和單閥傳感器故障。大閘故障時，制動系統(tǒng)懲罰制動停車，同時閘位導(dǎo)向為重聯(lián)位;小閘故障時，制動區(qū)失效，通過運轉(zhuǎn)位和全制動硬線信號實現(xiàn)小閘緩解或制動。

3.1.3? ? 編碼器與微動開關(guān)不一致故障

制動控制器主要根據(jù)編碼器識別閘位，當(dāng)編碼器出現(xiàn)偏移時，將無法正確識別閘位，可能造成制動指令失效甚至自然緩解，因此，將編碼器結(jié)合微動開關(guān)硬線信號輸出最終的閘位，以此提高制動控制器可靠性[3]。

大閘閘位輸出的原則：（1）編碼器與硬線信號取大輸出，制動減壓量大的信號優(yōu)先級最高;（2）只有當(dāng)大閘編碼器與微動開關(guān)同時處于運轉(zhuǎn)位時，閘位才輸出運轉(zhuǎn)位，防止大閘異常緩解。

小閘閘位輸出的原則：（1）小閘運轉(zhuǎn)位和全制動位的閘位取硬線信號;（2）模擬量根據(jù)編碼器值計算，全制動位硬線信號有效時，模擬量被強置為300。

大閘和小閘的閘位輸出邏輯真值表分別如表3和表4所示。

3.2? ? 開關(guān)信號故障

開關(guān)信號故障包括微動開關(guān)無法正常斷開、多個微動開關(guān)同時有效、單緩接近開關(guān)故障。

3.2.1? ? 微動開關(guān)無法正常斷開

操縱手柄在各區(qū)域移動過程中，若編碼器離開該位置時，該微動開關(guān)硬線信號仍然有效，則表示編碼器與微動開關(guān)不一致。出現(xiàn)此現(xiàn)象時，根據(jù)3.1.3節(jié)的原則，閘位按照表3和表4輸出。檢測到此故障時，制動控制器上報微動開關(guān)故障和自閥故障或單閥故障。

3.2.2? ? 多個微動開關(guān)同時有效

由圖2可知，大閘在運轉(zhuǎn)位、全制動位、緊急位設(shè)置有微動開關(guān)，小閘在運轉(zhuǎn)位和全制動位設(shè)置有微動開關(guān)。當(dāng)大閘的三個微動開關(guān)有兩個或三個同時有效時，則判斷為大閘微動開關(guān)故障;當(dāng)小閘的兩個微動開關(guān)同時得電時，則判斷為小閘微動開關(guān)故障。

大閘微動開關(guān)故障時，制動控制器上報自閥微動開關(guān)故障和自閥故障;小閘微動開關(guān)故障時，制動控制器上報單閥微動開關(guān)故障和單閥故障。

3.2.3? ? 單緩接近開關(guān)故障

當(dāng)接近開關(guān)錯誤地輸出高電平時，將導(dǎo)致機車閘缸壓力被緩解，存在安全隱患，因此制動控制器設(shè)計了接近開關(guān)故障檢測功能，當(dāng)檢測到單緩位接近開關(guān)輸出高電平信號時間超過3 min時，不再采信該信號，將輸出的單緩位復(fù)位;當(dāng)開關(guān)高電平信號消失后，再次變?yōu)楦唠娖綍r，再次輸出單緩位。

3.3? ? 智能節(jié)點故障

智能節(jié)點板卡故障主要包括數(shù)據(jù)存儲器故障和軟件運行異常。

3.3.1? ? 數(shù)據(jù)存儲器故障

智能節(jié)點板卡數(shù)據(jù)存儲器用于存儲大閘運轉(zhuǎn)位、緊急位編碼器校準(zhǔn)值，小閘運轉(zhuǎn)位、全制動位編碼器校準(zhǔn)值。在進行閘位校準(zhǔn)時，將此4個數(shù)值存入存儲器，在下一次上電時從存儲器讀取，若存儲器故障，將導(dǎo)致上電后閘位校準(zhǔn)值獲取錯誤，無法確定閘位角度基準(zhǔn)值，無法正確識別閘位。數(shù)據(jù)存儲器故障檢測原理如圖4所示，當(dāng)讀取的大閘運轉(zhuǎn)位與緊急位校準(zhǔn)值角度差值超過68°±4°，小閘運轉(zhuǎn)位與全制動位校準(zhǔn)值角度差值超過56°±4°時，判斷為數(shù)據(jù)存儲器故障，上報自閥故障或單閥故障。

為了降低存儲器故障造成閘位識別錯誤的概率，在閘位校準(zhǔn)時，將校準(zhǔn)值存儲在N（N為大于3的奇數(shù)）個獨立的地址空間，上電讀取時，從N個地址讀取存儲值，最后取N個數(shù)據(jù)的中間值，以降低數(shù)據(jù)存取錯誤的概率，提高制動控制器可靠性。

3.3.2? ? 智能節(jié)點軟件運行異常

智能節(jié)點具有看門狗功能，當(dāng)軟件運行異常導(dǎo)致生命信號不再變化時，將觸發(fā)看門狗復(fù)位功能，智能節(jié)點將在1.6 s內(nèi)重啟，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。

4? ? 結(jié)語

本文提供了一種制動控制器故障檢測與安全導(dǎo)向方法，能檢測制動控制器編碼器故障、開關(guān)信號故障、智能節(jié)點故障等，并做出相應(yīng)的故障導(dǎo)向，提高了制動系統(tǒng)的安全性。該型制動控制器已批量使用，運行良好，滿足新一代自主化制動控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 許群芳，林平.新型制動控制器設(shè)計探討[J].技術(shù)與市場，2020，27（2）：61-63.

[2] 陳志申.CCBⅡ制動機EBV工作原理分析及常見故障探討[J].鐵道機車車輛，2015，35（3）：77-79.

[3] 涂旭.HXD1型機車DK-2制動機電子制動控制器（EBV）控制原理及故障判斷分析[J].鐵道機車車輛，2017，37（6）：85-88.

收稿日期：2022-03-28

作者簡介：魏傳均（1987—），男，湖北荊州人，工程師，研究方向：機車制動系統(tǒng)。

項目名稱：CAB-B標(biāo)準(zhǔn)制動機在新型八軸貨運電力機車的應(yīng)用研究（X1985R）