地铁车辆车门控制原理及改进建议

段玉玲

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510380）



地铁车辆车门控制原理及改进建议

段玉玲

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510380）

摘 要：介绍广州地铁A型车车门控制原理，描述目前车门控制回路存在的问题并提出改进方案，文章最后分析总结车门改进方案的改造效果及风险。

关键词：地铁车辆；车门；控制电路；改进方案

0　引言

地铁车辆因其载客量大、污染小、运输正点保证率高等特点，为人们的工作和生活提供了舒适的出行方式。对于地铁列车的运行安全性必须给予足够的重视，以保障出行乘客的人身安全。客室车门是地铁车辆至关重要的部件，不仅数量多（每列车有 60 个客室车门），而且操作频繁（运营中平均每 2min 就须开关门 1 次）。车门的结构和控制若在设计上不够安全可靠，将会给正线运行带来较大风险，甚至直接危害乘客的人身安全。下面就广州地铁 A 型车车门控制原理及相关问题进行介绍。

1　地铁车辆车门控制原理

广州地铁A型车目前有 A1～A5 共 5 种车型，车门包括气动内藏门、电控外挂门和微动塞拉门 3 种类型。

1.1车门总体控制原理

3 种类型的车门总体控制原理类似，以左侧门为例，车门打开控制原理如图 1 所示，在列车自动保护系统（ ATP）作用下，即 ATP 钥匙开关处于合位，由信号系统给出开门使能信号，控制左、右门允许继电器 K01 得电；在非 ATP 保护下，即 ATP 钥匙开关处于分位，列车停车后，零速继电器得电，列车触发左门允许继电器 K01 得电。

图1　车门使能信号控制电路

车辆在列车自动运行（ ATO） 模式下，信号系统控制继电器 K05 得电，然后车门保持继电器 K03 得电；在非 ATO 模式下，按压开门按钮 S01，车门保持继电器K03得电，生成列车开门指令，如图 2 所示。

车门保持继电器得电后，其常开触点吸合后单节车车门开继电器 K23 得电，然后再通过车钩电气盒送给其他节车的车门继电器，如图3所示。单节车车门继电器得电后，将开门指令直接送到车门控制单元（EDCU），控制每个车门打开。

右侧门打开控制原理与左侧门相同。车门关闭控制原理与开门基本类似，只是继电器动作相反：当按压关门按钮 S03（左门）、S04（右门）后，其常闭触点断开，车门保持继电器失电，单节车车门继电器失电，开门指令失效，关门指令生效，车门执行关闭操作。

1.2气动内藏门单个车门打开控制原理

如图 4 所示，车门保持继电器得电后，车门解锁继电器 K21 得电，其常开触点闭合，Y03 电磁阀得电，车门解锁短行程风缸在弹簧力的作用下，锁钩弹开、车门解锁；车门打开继电器 K23 得电后，单个门控制继电器K11 得电，其常开触点闭合，常闭触点断开， Y01 电磁阀得电，Y02 电磁阀失电，驱动风缸关门端阀门打开排气，开门端进气开门，从而控制车门打开。

1.3电控外挂门、微动塞拉门单个车门打开控制原理

每个车门均采用独立的EDCU 控制。在门控器正常供电情况下，门控器通过判断开门信号、关门信号、零速信号 3 个信号的状态来控制车门的开关，其控制原理如图 5 所示，执行逻辑表如表 1 所示，只有在车门零速信号有效（高电平）、且开门列车线有效（高电平）、关门列车线无效（低电平）的情况下，车门才会执行开门动作。

图2　开门保持控制电路

图3　开门控制电路

2　故障分析

2.1问题描述

广州地铁 1号线全长约 18.5km，共设 16 个车站，其中地面车站 2 座，地下车站 14 座，目前换乘站共有7 座，配有 A1～A3 共 3 种车型。

2014年11月，1号线 A3 型车 5556 车在烈士陵园上行方向出现整列车门不能打开（有开门使能信号，无微动开关跳闸、无故障信息），司机分别执行 S11 打手动位、切除ATP 开关、打零速旁路均无法开门；司机手动操作开门继电器 K03 后车门打开，给正线运营造成晚点。

图4　气动门单个车门控制原理

图5　电动车门单个车门控制原理

表1　车门开关控制逻辑表

2.2原因分析

车辆人员检查后发现为关门按钮 S03 发生故障，拆下 S03按钮发现开关断脚，造成开关元件卡滞，使 S03 不能闭合，如图 6 所示。根据图 1 和图 2，当关门按钮 S03不导通时，将导致按压开门按钮时，左侧开门保持继电器 K03 不得电，从而导致车门不能打开。该按钮为塑料材质，按压时两侧按钮脚受力联动开关元件动作，观察按钮脚的断裂面较光滑，分析为按钮频繁受力而导致断裂。

图6　关门按钮断脚

2.3潜在隐患

目前列车上使用的几乎全部为该型号的按钮开关，日常运用过程中故障率较高，经常发现开关元件触点不导通、接触不良以及类似断脚等故障。由于按钮开关存在固有的不稳定性，尤其是已使用一定年限的，且列车上按钮开关出现不导通情况时有发生，定期更换按钮开关或是对按钮开关进行换型，不能从根本上杜绝潜在隐患。

此外，对车门控制电路进一步分析发现，若其控制回路中的继电器如 K01、K03 出现卡滞/触点不导通等故障时，亦会导致类似整列车车门不能打开故障。且列车上继电器出现卡滞、继电器触点接触不良等故障时有发生。

若在正线载客运营时，列车运行到站后整列车门不能打开，将会导致乘客不能正常上、下车，若再遇上车厢内存在紧急情况如火灾等，将会对乘客安全和列车正常运营带来极大影响。鉴于此，对车门控制电路进行改造势在必行。

2.4应对措施

针对按钮、继电器故障率较高问题，目前正通过选取性能较为可靠的按钮、继电器品牌和型号进行换型试验；同时每半年组织对列车关键回路的继电器、按钮状态进行测量；此外亦正在开展对列车关键回路的继电器、按钮进行可靠性评估，估计其使用寿命，后期采取定期更换，以保证列车运行安全和正线运营质量。

3　改造方案

为降低车门不能打开故障对正线正常运营以及乘客安全所带来的影响，建议对车门控制回路进行如下改造。

在原开门保持控制电路中加装“紧急开门”开关，用来旁路开门保持控制电路中的关门按钮 S03、S04 以及开门保持继电器 K03、K04 等节点，如图 7 中红色虚线框所示，直接将开门信号送入到开门列车线，控制开门继电器 K23、K24，如图 8 所示。并在“紧急开门”信号线与列车线之间加入二极管，以防止反窜电影响。“紧急开门”开关被触发时，可绕过开门保持控制电路直接到达开门继电器 K23、K24，并通过开门列车线将 110V 电压传输到每节车的开门继电器 K23、K24。在车门使能信号有效的情况下，当发生关门按钮无法闭合、开门保持继电器无法吸合等故障时，可以通过“紧急开门”开关，强行向每节车的开门继电器 K23、K24 输出 110V 电压，实现车门的紧急打开。

“紧急开门”开关未旁路车门使能信号，这样既保证了只有在列车给出开门使能信号时（ATP 给出使能信号或切除 ATP 且列车静止时）旁路功能才有效，保留了车门打开的前提条件，而且也保证了紧急开门的安全性。

图7　紧急开门改造电路

图8　紧急开门控制电路

4　改造效果及风险评估

4.1改造效果

改造后对正常行驶情况下的车门开关功能没有任何影响，当车门出现故障即单侧所有车门无法打开或某个单元车车门无法打开时，可以操作“紧急开门”开关，将故障的车门打开，如表 2 所示。

表2　紧急开门旁路旋钮操作情况

从表 2 中可以看出，改造后的“紧急开门”开关可以解决多种类型的车门无法打开故障，减少故障处理的环节，缩短故障发生到列车恢复运营的时间差，有效降低故障对正线运营带来的影响，也可保证紧急情况下车厢内乘客得到快速疏散，保障乘客安全。

4.2改造风险

通过以上改造方案可避免车门控制回路中继电器、按钮开关故障导致的车门不能打开现象，但也存在以下风险，需进行关注和避免。

（1）若出现加装的“紧急开门”开关失效并一直处于导通状态，会导致车门无法关闭。但以上现象可通过按压强行开门按钮使车门使能信号失效，强行关闭车门。“紧急开门”开关作为备份设备，操作频率较低，且正常情况下该按钮处于断路状态，突然出现持续导通的故障率极小。此外若出现了意外情况不能关闭车门，也可以采取清客方式运行列车回厂，使乘客能够顺利下车，保证其安全。

（2）当司机按压强行开门按钮或切除 ATP 给出两侧车门开门使能信号时，若司机误操作了非站台侧“紧急开门”旁路，将会导致非站台侧车门打开，影响较大。因此，“紧急开门”开关应选用带保护盖的旋钮开关，并在旋钮开关上面或是下方使用较为明显的颜色字体区分左侧和右侧“紧急开门”旋钮开关，这样司机旋转“紧急开门”开关时，需先打开保护盖，然后才能旋转开关，以便给司机时间判断左、右侧，同时加强司机培训，明确操作指引，规避风险。

5　结论

目前广州地铁线网的日均客流已超过 600 万，正线高峰期的行车密度达到近 2min。随着线网的不断延伸，地铁客流将会继续增加。因此，对车门开门回路进行改造的意义较大，可以避免因某个继电器、按钮故障引起整列车车门不能打开的安全隐患，确保行车安全。

参考文献

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责任编辑 凌晨

Principle of Metro Vehicle Door Control and Improvement Suggestions

Duan Yuling

Abstract:The paper introduces the control principle of Type A car door in Guangzhou metro, describes the existing problems and puts forward the improvement scheme. In the final part, the paper analyzes and summarizes the improvement effect and risks of the vehicle doorcontrol improvement program.

Keywords:metro vehicle, car door, control circuit, improvement

中图分类号：U270.38+6

作者简介：段玉玲（1986—），女，助理工程师

收稿日期2015-12-09