天津地铁2号线列车门控系统问题分析及改进

2014-03-16天津市地下铁道运营有限公司冀祖卿吴铁辉

电子世界 2014年7期

天津市地下铁道运营有限公司冀祖卿吴铁辉

列车正线运营过程中，由于客室车门开关动作频繁，车门系统故障率相对较高，一直是城市轨道交通行业重点关注的对象。而且车门一旦出现故障，必须进行隔离或降级处理，难免造成列车晚点等影响，因此改进提升车门系统安全可靠性，对减少列车正线影响和提高列车整体服务质量起着至关重要的作用。天津地铁2号线列车客室车门采用电动塞拉门，自开通运营以来陆续出现软、硬件故障，本文主要就门控系统不稳定及整车门控设计缺陷方面进行分析，并提出有效的改进措施。

1.车门控制原理说明

根据列车驾驶模式，客室车门的开关有3种情况：自动开/自动关，自动开/手动开，手动开/手动关，在不同的模式下，开关门所需要的信号指令由ATC发出或司机触按相应的按钮完成，然后通过硬线传送给门控器(EDCU)，TCMS通过网络对整个系统进行监控。图1所示为系统图。

图1 系统图

图2 改造前列车门控原理图

对单门来说，开关门动作由门控器控制，电机通过传动机构驱动旋转架、齿带轮，并由齿带通过辊式滑车的连接板与门扇相连，完成车门的锁闭/解锁与开、关。

2.整车门控系统的改进

2.1 故障现象

在非正常逻辑操作测试中发现，当选择RM模式时，在非激活端驾驶室进行集控开关门操作，客室车门能够正常的开关，而TCMS的监控屏上未显示任何故障。(定义：激活端驾驶室为A端，非激活端驾驶室为B端)。

2.2 故障分析及改进

根据客室车门开关的条件，能够开关需要建立使能信号、开门信号和关门信号，且三种信号的列车线供电正常。正常情况下，三种信号列车线由激活端驾驶室供电，如图2所示。

通过进一步试验：

(1)在RM模式下，A端驾驶室的门选开关处于0位时，B端开关门操作无效。

(2)在RM模式下，A端驾驶室的门选开关处于非0位（左开门、右开门）时，B端打门选开关能进行开关左右门操作。

(3)当选择NRM模式时，在B端驾驶室进行开关门操作无效。

因此可以确定异常操作成功的原因由车载信号系统引起，且跟A端门选开关位置有关。当TOD上模式选择成功后，DEL/DER COIL DRIVE列车线得电，两端司驾驶室内VATC机柜内部的DEL、DER继电器同时上电，串在列车使能线上的相应触点闭合。当A端驾驶室门选开关处于非0位时，使能信号线410、411得电，这时DC110V电由左门或右门使能列车线，经过另一端的DER/DEL串至383线，从而导致在B端驾驶室内能够正常开关门，对行车安全造成隐患。车载信号系统中两端的VATC机柜互为冗余，采用热备份模式，因此对DEL、DER得电情况无法更改。考虑在VATC使能输出端增加二级管，利用其单向导通的性能解决问题，更改后只需检修维护时定期对二级管导通性能进行测试即可。

3.车门防挤压问题

3.1 故障现象

列车在正线运营过程中，单个车门多次发生“关门三次防挤压”故障，查看视频监控，发现车门开关过程中并未遇到障碍物，且再次测试车门开关及检查车门机械结构均正常。

3.2 故障分析及改进

客室车门防夹功能检测的最小障碍物大小为25mm×60mm或ø30mm。车门在关闭过程中如果遇到障碍物，门控器持续最大关门力0.5s，然后车门将向外打开200mm，并自动重新关闭，如果检测到障碍物依旧存在，重复3次后车门将完全打开。此时门控器需再次接受到关门命令才能关门。

门控器内部具有电机电流监控功能，电流负荷检测由电流传感器完成，可测的最低电流变化值为0.039A，门控器通过电机电流感知机械变化，判断是否有防挤压的发生。经分析发现门控器设置的关门力过小，其有效防挤压力为≤120Nm，在现场用车门压力计检测发现部分车门关门力低于90Nm。

同时在进一步试验中发现，车门在防挤压故障检测时存在漏洞：电动开门时，同时用手向开门方向用力推门扇，当门开到位后，再次关门时车门无法关闭。检测霍尔信号，正常自动开门时霍尔信号点数为420左右；当开门时，向开门方向手动推门后，霍尔信号点数降为220左右，霍尔信号丢失严重，致使车门无法自动关闭。在排除霍尔信号线屏蔽接地无问题后，发现门控器软件设置中电机编码器霍尔信号有效脉宽为1000ms，时间设置过长，导致满足要求的信号量少，信号点数下降。

针对上述问题对门控器控制软件进行优化，一方面将车门有效防挤压力设置为≤150Nm（实测值为120-150Nm），同时将电机编码器霍尔信号滤波软件设置有效脉宽改为500ms，经验证效果良好。

4.门安全环路监控改造问题

4.1 故障现象

列车送电启车时，该车突然出现10台门控器烧毁，同时有2个车门异常快速频繁开关门现象，且查看TCMS故障记录和ER记录，异常开关的两门显示正常关闭状态，无任何故障记录。

4.2 故障分析及改进

查看损坏的门控器位置，发现这10台门控器在每节车都有，且左右侧均有，位置无规律。进一步调查发现，启车前门选开关为右开门位置，送电完毕后操作人员立即将司控器钥匙打至ON位，综合考虑全列车门控电路和单个门控器输入输出信号，怀疑单门安全回路的检测电压信号对门控器造成了影响。

对单个车门安全回路增加监控功能，为2号线列车后期改造项目。原理为通过门控器对单门安全环路的进线和出线电压检测，判断回路的建立情况。改造时由于现有门控器的悬空输入口仅剩X1-1和X1-9两个端口，因此两口全部使用，而X1-1为门控器厂内测试程序接口。根据当时存在2个车门异常快速开关的现象，初步判断可能原因为门控器进入测试程序导致。

门控器进入测试程序的条件是：在门控器上电大约5秒内，由门控器X1-1口输入一个200ms的高电平，再输入一个200ms的低电平，再输入一个200ms的高电平时，即可进入。如果输入条件满足，测试程序会进入电机正转和反转的测试程序。根据现场收集的信息，该列车启车后，操作人员立即将司控器钥匙扳至ON位，且未一次性到位，导致门安全回路供电存在波动，符合门控器进入测试程序的条件，由于测试电机正反转的输入信号同时也为高，部分电机堵转造成门控器损坏。

为此对门控器程序进行了升级完善，将测试程序的输入口从X1-1口变成X1-2口(X1-2口为本地测试按钮)，从而杜绝了门控器上电自检时进入测试程序。

5.与TMS通信中断问题

5.1 故障现象

在库内启车和正线运营过程中，列车出现数例TCMS显示某个车门未知故障。

5.2 故障分析及改进

在对故障车门检查分析中发现，虽然TCMS与门控器通讯中断，但车门的开关动作正常。同时如果门控器重新上电，与TMS通信就恢复正常，且经多次开关门试验，故障不再出现，该故障的发生具有一定的偶然性。

在门控器的硬件构成上，分别设置了通讯处理器和主处理器两个模块。车门的信息由主处理器进行监控和分析后，传递给通讯模块，经通信模块由RS485线与TCMS完成数据交换。从数据传输与监控上来说，门控器与TCMS通讯的波特率选用19.2kbps，正常情况下TCMS的CPU1以每400ms周期对1节车的8台门控器执行一次完整的轮询，门控器的响应时间为≤2.5ms，轮询情况如图3所示。TCMS对门控器数据正确与否的依据是，当TCMS在5次轮询后均无法从某个门控器接受到正确数据时，显示某个车门未知。

图3 TCMS与EDCU轮询情况

经过对门控器通信模块数据监测分析，发现通信模块软件抗干扰能力不强。门控器上电后对地址读取一次后不再读取，经测试发现若在读取过程中受到干扰，由于读取的地址有误且不再更新，从而导致故障。因此对门控器程序进行再次完善，对地址的读取方式采用上电时连续读取10次相同地址认为有效，且记住地址，并不再次读取，直至下一次重新上电。同时对通讯程序的算法进行升级，加强通讯性能的稳定性，提高抗干扰能力。通过此次优化，TCMS显示门未知的故障率大大降低。