广三北线列车切除气制动限速问题分析

2014-10-10邓培近

机电信息 2014年9期

邓培近

（广州市地下铁道总公司，广东广州510310）

0 引言

列车限速作为紧急情况下的安全措施，必须具有可靠性，而广三北线在实际运行过程中发现列车在特殊情况下切除转向架气制动的限速与设计要求不符，一旦需要启用相应的限速等级，会出现意想不到的安全问题，为此笔者将对转向架气制动切除的限速逻辑进行分析，发现产品性能与设计要求不相符的原因，并本着可靠性原则提供改进建议，以使车辆满足设计要求。

1 切除转向架气制动列车限速情况

运行在广三北线的轨道列车的控制系统由西门子提供，主控制器简称VCU，每列车有6节编组，分别为A1／B1／C1和C2／B2／A2，3节编组为1个单元，每节车2个转向架，分为一位端和二位端，整列车共12个转向架。气制动控制方式为架控，针对单个转向架进行控制，所以本文切除气制动称为切除转向架气制动。

1.1 切除转向架气制动限速要求

转向架的限制速度试验：根据广三北项目智能端子站SKS信号功能描述及西门子控制逻辑，按摩擦制动设计要求，1列列车如果有1个转向架气制动被切除，VCU将限速90 k m／h；有2个转向架气制动被切除，VCU将限速85 k m／h；有3个转向架气制动被切除，VCU将限速60 k m／h；有4个转向架气制动被切除，VCU将牵引封锁，降级模式限速25 k m／h可牵引；有多于4个转向架气制动被切除，VCU将封锁牵引及紧急牵引。逻辑判断如图1所示。

图1 切除转向架气制动列车限速逻辑

1.2 切除转向架气制动实际限速情况

（1）切除A车一位端转向架气制动后列车限速85 k m／h，与一列车有2个转向架气制动被切除时的限速要求相同，而控制逻辑显示1列列车有1个转向架气制动被切除，VCU将限速90 k m／h。

（2）在进行切除转向架气制动的限制速度试验时，选取不同组合的转向架气制动切除，出现的结果不同，如选取2节A车带网关阀（G）的转向架切除气制动，不能动车，降级模式才能动车，但选取2节A车带有网关阀的转向架再加1节A车带有智能阀（S）的转向架切除气制动，可以正常模式动车且限速60 k m／h。

即表1中第1、2项与设计描述不符。

表1 转向架气制动切除及限速情况

2 转向架气制动切除不符合控制逻辑分析

由于出现了非常复杂且没有规律的现象，说明不是单个硬线传输信号的问题，可能是软件及控制逻辑的问题。

2.1 列车切除气制动限速逻辑控制

查阅西门子的控制逻辑，发现切除转向架气制动后，会影响2种限速，一是由于切除转向架气制动引起的限速，每列车12个转向架，限速逻辑如图1所示；二是切除转向架气制动之后会导致气制动压力降低，制动控制单元（EP2002阀）监测到气制动的压力低，并反馈VCU而产生的气制动压力低限速，限速逻辑如图2所示。每列车12个转向架，当1个转向架报气制动压力低时，列车限速85 k m／h，当2个转向架报气制动压力低时，列车牵引封锁，可在降级模式下限速25 k m／h运行。

图2 气制动压力低限速逻辑

气制动压力低信号的产生，有3个输入信号：

（1）Low BR pressure BCU 是 EP2002阀内压力传感器监控的压力低信号，通过MVB传送给VCU，每个阀如果检测到所控制的转向架气制动压力低于6×105Pa，都会将信号传送给VCU，如图3中Low BR pressure BCU 1就是 A车一位端EP2002阀发送过来的。

图3 A车气制动压力低判断逻辑

（2）Low BR pressure SKS是由 EP2002阀压力传感器监控的压力低信号，通过硬线送给SKS然后发送给VCU的，这种硬线连接只有A车一位端网关阀、B车二位端智能阀、C车二位端网关阀。这种信号有个特点，就是每节车只有1个EP2002阀有信号线连接，但所发送的信号由2个转向架共用，如图3中 Low BR pressure 1是一位端转向架压力低，Low BR pressure 2是二位端转向架压力低，但是如果SKS收到一位端网关阀通过硬线反馈过来的压力低信号，无论二位端转向架压力是否低，Low BR pressure 1和 Low BR pressure 2都会置1，也就是一位端转向架和二位端转向架都会报气制动压力低。

（3）Cut－out BR pressure转向架气制动截断球阀切除信号，每个转向架对应1个截断球阀，当1个转向架的截断球阀没有被切除时Cut－out BR pressure为0，当转向架的截断球阀被切除时Cut－out BR pressure置1。

2.2 列车限速试验情况分析

通过综合3个信号的逻辑可以分析出试验中出现的现象。

2.2.1 切除A车转向架1的气制动

切除A车一位端转向架的气制动后，Cut－out BR pressure BG 1 置1，经过取反后为0，而转向架气制动切除信号和EP2002阀压力传感器监控的压力低信号是“与”的关系，也就是无论EP2002阀通过网络或硬线监测到气制动压力是否低，Low BR pressure 1均不会置1，即一位端不会报气制动压力低；但该车二位端不同，二位端虽然没有切除气制动，但二位端Low BR pressure SKS用的是一位端网关阀反馈来的信号Low BR pressure SKS 1，由于一位端转向架气制动被切除，通过一位端网关阀检测到该架的气制动压力为0，一位端Low BR pressure SKS 1会被置1，通过图2的逻辑可以看到，无论是通过 MVB接收的 Low BR pressure BCU 2是1还是硬线传输Low BR pressure SKS 1是1，Low＿B＿5都会输出1，二位端转向架气制动没有被切除时Cut－out BR pressure BG2为0，取反后为1，经Low＿B＿6“与”输出 Low BR pressure 2为1，二位端报转向架气制动压力低。

所以切除A车一位端转向架气制动后，A车一位端不会报气制动压力低，二位端报转向架气制动压力低。这时列车会有2种限速，一位端报转向架气制动被切除，根据图1的逻辑，列车VCU将限速90 k m／h，而二位端报转向架气制动压力低，根据图3逻辑，列车VCU将限速85 k m／h，所以切除一位端转向架气制动后列车将按照限速等级高的标准限制在85 k m／h。

2.2.2 切除 A车转向架1、2的气制动

切除A车一位端转向架气制动后，如果再切除A车二位端转向架气制动，Cut－out BR pressure BG 2为1，取反后为0，Low BR pressure 2始终为0，无论Low BR pressure BCU 2和Low BR pressure SKS 1信号是什么状态。也就是列车A车2个转向架现在没有报转向架气制动压力低，列车没有限速，而切除2个转向架气制动根据图1逻辑，列车VCU将限速85 k m／h。

这就是切除A车一位端转向架气制动，列车VCU将限速85 k m／h；切除A车2个转向架气制动，列车还是限速85 k m／h的原因。

2.2.3 切除A车转向架1和C车转向架2的气制动

根据上面分析，切除A车一位端转向架气制动，Low BR pressure 2为1，A车二位端报转向架气制动压力低；同样切除C车二位端转向架气制动，Low BR pressure SKS 3为1，如图4所示，导致Low BR pressure 5为1，C车一位端报转向架气制动压力低，这时列车有2种限速，A车一位端和C车二位端2个转向架被切除，根据图1逻辑，列车VCU将限速85 k m／h；而根据图2逻辑，A车二位端和C车一位端2个转向架气制动压力低，列车牵引封锁，可在降级模式下限速25 k m／h运行。

图4 C车气制动压力低判断逻辑

2.2.4 切除A车转向架1、2和C车转向架2的气制动

在2.2.3的操作基础上，再切除A车二位端转向架气制动后，导致Low BR pressure 2为0，A车二位端不再报转向架气制动压力低，只有C车一位端报气制动压力低，1个气制动压力低，列车VCU将限速85 k m／h，同时列车3个转向架气制动被切除，列车限速60 k m／h，按照限速高的标准执行，列车限速60 k m／h。

同样方式可以分析出表中切除任何转向架气制动组合所产生的不同的限速现象。

3 切除转向架气制动限速不满足要求的原因及解决方式

3.1 原因分析

导致这种逻辑混乱的原因主要是：

（1）由EP2002阀压力传感器监控的压力低信号，通过硬线送给SKS的信号，每节车安装有2个EP2002阀，只有1个EP2002阀通过硬线发出压力低信号，而VCU采用时，2个转向架均默认采用同一信号，导致没有硬线连接的EP2002阀并没有检测到压力低，而VCU却判断这个转向架出现气制动压力低。

（2）由于EP2002阀压力传感器监控的压力低并通过MVB反馈给VCU的信号和通过硬线送给VCU的信号是“或”的关系，也导致了不合理的现象。

（3）2种限速并存，并且存在共同的输入信号，特定情况下便会出现不同的限速等级。

3.2 解决方式

综合分析以上原因，解决该问题的方法有：取消对EP2002阀内压力传感器监控的压力低硬线信号的采用（Low BR pressure SKS），因为2个转向架共用1个EP2002阀的信号，失去了准确性，只采用EP2002阀内压力传感器监控并通过MVB送给 VCU 的信号（Low BR pressure BCU），因为单个 EP2002阀针对单个转向架监测，能反映每个转向架实时的压力状况。这样修改后，切除1个转向架气制动，不会导致同一节车的另一端报气制动压力低，从而只有切除转向架气制动的限速，如此能达到图1的逻辑要求，此方案已通过验证，取消硬线后列车功能正常。