新型西门子地铁列车空气压缩机的控制分析

2013-12-05姜敏

淮北职业技术学院学报 2013年6期

关键词：风管空压机气压

姜敏

（苏州建设交通高等职业技术学校，江苏苏州 215104）

空气压缩机在地铁列车上作为唯一的气源为地铁列车的空气制动系统和车辆空气悬挂系统提供必要的压缩空气。由于控制系统的发展，看似简单的空压机启停控制越来越多地从车辆的全局考虑各种需求，并提供相应的故障诊断。

1 控制原理

上海地铁新型西门子列车的空压机控制主要是通过制动系统的压力开关、压力传感器收集车辆的压缩空气信息，综合信息通过简单的硬件电路实现对空压机的启停控制。所有的逻辑判断通过VCU软件来完成。

1.1 硬件控制

以上海地铁四号线列车（AC05）为例：硬件电路上，空压机的主要动力机构是一台交流380V三相电机。对供风系统的硬件控制主要就是控制电机的电源。继电器34－k02（低容量继电器，受控于SIBAS SIBAS KLIP分站及另一硬件电路）、34－k01（大容量继电器，受控于34－k02直接进行380V电源通断）执行电源控制功能。

空气压缩机内部包含了一组2个独立的压力开关，监控空气压缩机的供气压力。

－A01.8压力开关作为正常供气范围控制的信息监控开关，其正常的整定值为9bar—7.5bar。当空压机出风管的压力值被检测到大于9bar时，开关断开，向SIBAS SIBAS KLIP数字量输入端输出“0”；当风管空气压力下降至小于7.5bar时开关闭合，向SIBAS SIBAS KLIP输出“1”。

－A01.9压力开关作为非正常供气硬件启动的信息监控开关，其正常整定值为7.5bar—7bar。当风管压力由于各种原因小于7bar时，将强行通过吸合继电器34－k02，使两台空压机同时启动，保证压缩空气供应。当气压回升超过7.5bar时，压力开关断开，气压交由另一压力开关监控。同样这个压力开关的动作将输出到SIBAS KLIP。

1.2 VCU软件控制

软件对空压机的起停是通过两个方面来完成的：从电子制动控制单元（BECU）获得信息，判断控制空压机的起停。6节编组的列车都存在一个独立的BECU，每个BECU都将本车的近似主风缸压力传送到MVB总线，主VCU将判断出6节车中主风缸压力的最小值：＄PRMIN。该风缸最小压力与两个预设值进行比较，软件中该预设值为6.8bar和9.0bar［1］。－A01.8压力开关通过SIBAS KLIP分站传送到MVB总线，在主VCU中这两个信号为＄AFDS7B1和＄AFDS7B2，分别代表两个空压机的该压力开关。当两个压力开关都指示1，即小于7.5bar时，软件将指令启动空压机。

2 供气系统故障诊断及列车保护

2.1 压力开关的故障诊断

VCU软件通过－A01.9和－A01.8开关状态相互逻辑关系，互相检查压力开关功能完好性。

当－A01.9输出“1”，而－A01.8仍然没有通过SIBAS KLIP告知VCU气压低于7.5Bar时，软件即可判断为－A01.8压力开关闭合故障。当空压机启动至正常停止点（9.2bar）后5秒内，－A01.8仍然没有通过SIBAS SIBAS KLIP告知VCU气压高于9.0Bar时，软件即可判断为－A01.8压力开关分断故障。

2.2 压机的故障诊断

直接判断：软件通过判断要求空压机启动的指令与实际的供电电路执行是否相符。比较34－k01的状态是否与软件预期一致。软件要求空压机启动2秒后34－k01的反馈信号不一致判断为空压机控制电路故障。此判断相对简单，但不能确认空压机是否正常供气。［2］

间接判断：软件通过判断要求空压机启动的指令与实际的气压变化情况是否相符。当软件要求空压机启动后，列车控制系统将连续检测车辆气压的变化，当气压在规定检测时间内不能达到设定的气压上升率，则判断为空压机故障。这样的判断逻辑相对准确反应空压机是否正常供气，但车辆在运行过程中的气压变化频繁，误报的可能性较高。

2.3 列车气压状况的诊断

通过压力制动系统的压力传感器和空压机使用的压力开关综合判断车辆主风缸的气压状况。列车保护空压机故障：一旦列车诊断主空压机故障，备用空压机将被软件指定为主空压机工作。列车保护列车主风缸压力不足：一旦列车诊断列车主风缸压力不足，软件和硬件会指令主、备空压机立即启动快速恢复列车气压。在一定时间内如果车辆气压不能恢复到设定值，车辆将立即采取制动并同时被禁止牵引直到压力恢复。［3］

3 软件空压机控制的问题及初步解决方案

3.1 示例

AC05型西门子列车首先在3号线上进行试运营。期间反复发生气压过低，列车在站台长时间等候空压机启动的晚点事故。

3.2 原因调查

3.2.1 气路分析

图1中1和2为压力开关。空压机产生的气源通过管路送到主风管。制动控制单元BCU通过一个单向阀从主风管获得制动所需的气源。制动控制单元中模／数转换器，将该点的气压模拟辆采集成为数字量传送到BECU。

3.2.2 测试分析

压力开关的整定值进行检测。截断C车辆端的主风管截止阀，同时将数字气压表连接至.07测试点，通过反复强制启动空压机及放气，我们获得了较精确的压力开关整定值；［4］754－755通过软件，检测当 SIBAS KLIP收到压力开关动作信号时，从模／数转换器获得的气压值。

通过以上两种测试，得出一个定性结果，列车的压力开关整定值偏离预设值且小于预设值。

图1 气路原理图

以上两种测试方法的定量结果有0.1－0.2bar的差别，是由单向阀的损耗引起了软硬件判断的误差。未整改的软件6.8－9.0bar的软件启动是作为硬件的冗余。6.8的整定值不恰当，主风管的压力在6.6左右。启动空压机需要几十秒的时间，严重影响了运营。［5］压力开关－A01.9，有任意一个向SIBAS KLIP输出信号”1”时，列车即被静止牵引。