地铁微塞门无法打开故障分析与处理

卢勇

（广州地铁集团有限公司 运营事业总部，广东 广州 510310）

0 引言

广州地铁A2A3型车原为法维莱外挂车门，后改造为电动微塞门，每列车6节编组，每节编组配备10套电动双开微塞门。地铁车辆车门数量多，车厢拥挤，停站多，乘客上下车必然伴随客室车门开、关门动作频繁[1]，单个车门开关约235次/天，车门故障大都需要司机现场切除车门，如遇到早晚高峰期，将造成较大晚点，这也使得车门系统成为地铁车辆故障率较高的子系统之一[2]，作为地铁车辆重要的机电组成部分，车门系统的质量和可靠性对保障城市轨道交通安全具有重要的作用[3]。为彻底解决微塞门无法打开故障，提高运营质量，制作工装经过反复测试，找到了问题根本原因，通过对门控器软件参数的优化彻底解决了问题。

1 门系统原理

门系统的运动由门控器（EDCU）控制、电机驱动。电机通过锁闭装置与丝杆螺母副连接；丝杆上的螺母通过铰链与携门架相连，携门架带动车门平移运动，携门架在纵向导向导轨上滑动，导向导轨引导门扇的塞拉与关门动作路线，实现车门的微塞功能[4]。车门驱动机构由门控器根据门区域的行程开关、位置传感器等信号以及来自司机台的使能信号、零速信号等控制执行，工作原理如图1所示。

图1 微塞门工作原理

2 故障情况

2022年3月5 日，5960车公园前下行出现1B59车2号车门没打开，司机到现场切除车门。

2021年12月3 日，6970车在陈家祠上行出现1B69车8号车门没打开，司机到现场切除车门。

2021年3月1 日至2022年3月5日期间，该车型共发生13起“开门无响应”故障。这些故障的共同特点是：门控器无故障代码，显示屏上无故障信息，客室录像显示车门打开5～10 cm后又立马关闭。

3 故障调查

3.1 数据分析及检查

以5960车为例，分析车辆及车门数据情况如下：

（1）检查显示屏无故障记录，读取门控器数据无故障信息，检查车门胶条正常，门槛无异物，上电后进行开关门试验，车门又可以正常打开。

（2）5960车在公元前下行开门时，1B59车2号车门打开约5 cm后又关上，其他车门开关门正常。

（3）测量车门参数均正常，详见表1。车门机构紧固无松动、门页阻力正常、电机正常，车门电机转动正常，测量电流均在范围内。

表1 车门机械参数

（4）测量车门零速线、开关门指令线、负极线和重开门列车线绝缘性和导通性均正常[5]。

3.2 故障模拟

3.2.1 控制回路故障的模拟

如图2所示，车门要打开，外部输入的信号包括开门指令、零速信号。模拟拔出开门指令线，发现车门不打开，门控器无故障显示，车门图标为灰色，和正线表现一致，若车门开关门指令线存在偶发性接触不良情况，会导致门控器接收不到开门指令。拆解检查开关门指令线，发现无破皮和压痕。

图2 门控器原理图

除此以外，如果门控器负极线断开、电机不执行或者其他回路串电也可能导致车门不能打开。为排除上述原因，进行单个以及组合故障模拟，结果见表2。从故障模拟现象可以看出，只有开门指令线异常（无电），才会导致车门打不开且门控器无故障记录，但是检查了开门指令线，未发现异常。

表2 故障模拟

排除以上因素后，通过对门控器控制逻辑的深入分析，发现S1（锁到位行程开关）或S4（关到位行程开关）故障也可能导致车门无法打开，然而S1和S4如果真正故障，门控器是有故障记录的，除非S1和S4型车开关的故障时间小于2 s，小于门控器的最小记录周期2 s导致无故障报出。

为了验证该假设，利用门控器测试台进行模拟，在开门前S4异常动作小于2 s后恢复，车门将打开5～10 cm重新关闭，门控器无故障记录，该现象和正线车门故障现象一致。用万用表测量测量S4阻值正常，拆解检查内部结构无异常。

3.2.2 高精度延时模拟器的制作

为了找到准确故障原因，弥补开门时2 s内没有收到S4闭合信号门控器无故障记录现象，设计高精度延时模拟器。用PLC高精度延时器代替S4给出门页位置检测信号，其原理如图3，使用过程中需要用到PLC的一对I/O口，X1为输入口，COM为PLC输入/输出公共端，在开门过程中一路给车门开门，一路分出来给K1继电器，K1继电器得电之后再由K1触点接通X1口输入，使PLC的定时器T200开始动作，经过设定时长后Y1输出信号反馈给门控器，此时门控器会根据PLC Y1脚反馈的信号与开门状态进行比对，实现模拟门控器对S4状态的检测。通过改变T200的值就能使PLC精确控制S4动作时间。

图3 高精确延时器设计原理

3.2.3 故障原因的确认

将精确延时器接入门控器的控制回路，可以很好的弥补门控器检测精度不足问题，实现精确模拟行程开关动作时序。调整接收开门指令至S4动作的时差，从时差2 s开始，以500 ms逐次递减，发现当时间差减少至500 ms可以打开，而550 ms不能打开，进一步缩小范围发现530 ms可以打开，540 ms偶发性不能打开，多次测试后确定540 ms为车门无法打开的临界值。

在开门过程中，门控器判断车门是否正常打开的重要判据是车门打开6 cm时S4必须释放，经现场大量测试发现该判断标准折合成时间大约是540 s。如图4所示，车门从收到开门指令到S4释放的时间约为520 ms，S4释放所需时长为40 ms，即S4动作（520 ms）比门控器判断车门打开（540 ms）在时序上仅早了20 ms，此时有较大概率造成门控器误判。

图4 S4释放的时间

测量时发现S1，S4行程开关接通的波形存在抖动现象，如图5所示S4抖动比较严重，结合S1/S4行程开关的机械构成及使用状况，推断行程开关元件的老化导致其从开始动作至动作完成所需时间将进一步延长[6]，因此设定20 ms的时间差不能完全满足使用要求，导致正线偶发出现车门不能打开故障。

图5 S4释放时的抖动

4 解决措施

通过大量故障排查及模拟发现，门控器对S4开关信号的采样周期和车门打开的判断时间设置存在缺陷，不能满足车辆运营的实际要求。建议进行如下改进：

（1）针对门控器需延时2 s才存储故障问题，将其修改为立即存储故障。

（2）优化S1/S4行程开关状态的检测时机，在满足标准前提下由原先开门6 cm检测改为10 cm检测[7]，降低误报概率。

根据上述建议修改门控器软件后，模拟S1/S4出现小于2 s的瞬时故障时，车门打开一段距离后将关闭，读取门控器记录有“锁到位/关到位行程开关故障”，测试车门无法关闭故障诊断的临界时间，已延长至698 ms，即S4释放的冗余时间增加至178 ms，可在开关释放有微小延迟时，不误报故障。修改软件后至今，该故障未再发生。

5 结语

地铁车门无法打开，影响上下客，司机须切除车门，对运营质量产生较大影响。导致车门无法打开的因素包括门页阻力大、外部控制指令异常以及门执行系统故障等等。本次故障由于缺乏必要的数据记录、隐蔽性高，通过逐一排查和模拟，缩小了原因范围，最终确定了车门无法打开的原因是：从收到开门指令至S4动作所需的时间与门控器检测车门正常打开的设定时间（车门打开6 cm所需时间）非常接近，在S4行程开关等部件性能出现变化时，将导致门控器在限定时间内检测不到S4动作信息，出现车门无法打开故障。通过优化门控器软件参数，适当增加车门打开检测的设定距离，彻底解决了该问题，提高了列车运营质量。