廣州地鐵二號線列車控制診斷故障原因分析

原宇博（貴陽市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽　550000）

廣州地鐵二號線列車控制診斷故障原因分析

原宇博
（貴陽市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽550000）

摘要：廣州地鐵二八新車是采用由南車株洲電力機車有限公司生產的4動2拖六節編組A型地鐵車輛，固定編組為：A1+B1+ C1×C2+B2+A，主要應用于廣州地鐵二號線。該車采用了西門子的控制及診斷系統，廣泛地采用電子控制設備和串行數據通信來代替繼電器、接觸器和直接硬連線，并且通過網絡連接各個子系統的控制設備能夠減少繼電器、接觸器、車輛/列車布線、端子排和連接器觸點的使用。自運營以來列車正線良好，但2014年11月12日突然出現機械制動未釋放故障，導致列車提前退出服務，影響二號線的正線運營。基于二八新車控制及診斷原理來分析正線運營期間報安全環路列車線故障、牽引制動控制嚴重故障原因，并提出相應解決措施。

關鍵詞：控制診斷；故障分析；解決措施

1　控制原理及故障診斷

1.1機械制動未釋放故障診斷原理

通過SIBAS-G邏輯圖，可以得知機械制動未釋放故障的的觸發條件為：牽引力持續7 s或加速度大于零持續5 s時檢測到摩擦制動未緩解如圖1所示[1]。

1.2摩擦制動未緩解故障診斷原理

通過SIBAS-G邏輯圖，可以得知摩擦制動未緩解故障的觸發條件為：任意一個架摩擦制動未緩解。如圖2所示。

1.3限速控制

通過SIBAS-G邏輯圖，機械制動未緩解會導致限速30 km/h。如圖3所示。

2　事件概況

正線司機報2A019020在白云文化廣場下行列車加速到30 km/h后不能提速，恢復ATO也無法提速，列車經過白云公園下行限速點后仍無法提速，在飛翔公園操作“氣制動旁路”后可正常提速。列車轉公元前存車線退出服務。

下載數據及車輛屏，發現TCF報機械制動未釋放，且在07：36：52至07：48：50一直存在、CCF報11個架摩擦制動未緩解但只持續8 s。如圖4、圖5所示。

圖1　機械制動未釋放故障診斷邏輯圖

圖2　摩擦制動未緩解故障診斷邏輯圖

CCF數據摩擦制動未緩解

開行列車為小交路運營列車，在廣州地鐵2號線嘉禾望崗至三元里不載客不投入運營。故障區間為大交路區段蕭崗至飛翔公園共4個站，故障期間列車未停車，限速保護直至列車停穩后消除。

圖3　限速控制邏輯圖

圖4　TCF數據機械制動未釋放

3　故障分析及模擬

通過機械制動未釋放故障邏輯圖可以發現診斷的本質是牽引力和制動力不能同時存在，如果同時存則診斷為列車發生故障，同時會對列車進行限速30 km/h以保護列車[2]。

查看事件記錄儀，牽引力如圖6所示：在故障前，牽引力一直存在（超過7 s），該觸發條件滿足[2]。

在故障時，列車實際加速度也一直大于0 m/s2（超過5 s），如圖7所示，該觸發條件滿足。

查看VCU故障時環境數據，如圖8所示：單個架硬線氣制動緩解及網絡氣制動未緩解信號均存在不緩解的情況（氣制動施加或緩解均需要時間，各個架動作必然存在時間差，網絡信號受模塊采集及發送周期影響會慢于硬線信號），摩擦制動未緩解也滿足觸發條件。

圖5　CCF數據摩擦制動未緩解

圖6　事件記錄儀牽引力數據

圖7　事件記錄儀加速度數據

圖8　VCU環境數據

故障時間點，牽引力或加速度、氣制動實際情況均與診斷條件吻合，所以故障診斷邏輯被觸發同時限速保護。然而，為什么會出現牽引力、制動力同時存在的工況呢？正常情況下，列車收到牽引指令及極位（牽引參考值，換算后發送至牽引系統）施加牽引力，收到制動指令及極位施加制動力（電制動由牽引系統完成，氣制動由制動系統執行），而牽引指令和制動指令不應該同時存在。

查看事件記錄儀，如圖9所示：牽引指令與制動指令未同時存在，但故障時正值由牽引轉制動，且是司機介入使用了快速制動（快速制動只能由緊急制動或司機手動觸發，故障時并未有緊急制動且故障時ATO模式轉SM模式是由司機介入引起）。

快速制動是電空混合制動，即電制動與空氣制動配合使用，電制動優先，電制動不足由空氣制動補充，其目的是提供與緊急制動相同的制動率。如圖所示，所有氣制動緩解在收到制動指令后由1變為0，即氣制動施加。

圖9　事件記錄儀牽引、制動、氣制動數據

事件記錄儀本身只是記錄設備，所記錄數據受到模塊采集周期、發送周期及自身記錄周期的影響。

例1：牽引指令32 ms采集一次，制動指令64 ms采集一次，二者發送周期一致及事件記錄儀記錄周期小于32 ms情況下，同時觸發牽引指令和制動指令，在事件記錄儀看到的數據制動指令要晚于牽引指令。

例2：牽引指令32 ms采集一次，制動指令64 ms采集一次，事件記錄儀記錄周期小于32 ms，二者發送周期不一致，牽引指令2 s發送一次，制動指令256 ms發送一次，在事件記錄儀看到的數據制動指令要快于牽引指令，事件記錄儀記錄再快但如果發送設備采集到并不及時發送，在事件記錄儀數據中也會顯示滯后于其他先發送至網絡的信號量。

例3：牽引指令、制動指令均是32 ms采集一次，二者發送周期一致為32 ms，事件記錄儀記錄周期為256 ms情況下，先觸發牽引指令后制動指令但先后時間差不超過100 ms，在事件記錄儀看到的數據牽引指令、制動指令同時觸發。牽引指令、制動指令先后發送至事件記錄儀，但記錄周期太長，先觸發的并未及時記錄，記錄時后觸發的也已發送至事件記錄儀，導致維護人員無法查看到先觸發的信號量。

由以上舉例可知，事件記錄儀數據可以反映出列車大部分環境數據，單個信號量的過程記錄是準確的，但受到模塊采集周期、發送周期及自身記錄周期的影響，毫秒級的多組信號量時間先后對比必然存在偏差或不準確的情況。因此，事件記錄儀記錄的數據可以參考但不能作為分析故障的唯一標準。

回到故障本身，診斷邏輯為牽引力和氣制動同時存在，本組事件記錄儀顯示由牽引轉制動且是氣制動的時觸發故障，所有A4車診斷邏輯一致，那么其他列車能否模擬出該故障呢？后續用不同列車在不同工況下進行了模擬測試。

3.1ATO模式測試

故障發生時，列車由ATO模式轉為SM模式，在試車線ATO模式下持續牽引后由司機介入拉快速，故障診斷及限速保護被觸發。

圖10　ATO模式拉快制動

如圖10所示，故障并非只發生在牽引工況下，此組數據顯示故障發生在制動工況。

ATO模式下司機介入使用常用制動（未引入氣制動），故障不會被觸發。

3.2SM模式測試

采用SM模式，司機手動牽引保持牽引力超過7 s后迅速拉快制，故障診斷及限速保護被觸發。

圖11　SM模式拉快制動

如圖11所示，故障發生在惰行工況下（無牽引、制動指令），但惰性時間非常短，只存在約10 ms左右。

SM模式下司機使用常用制動（未引入氣制動），故障不會被觸發。

3.3RM模式測試

采用RM模式，司機手動牽引保持牽引力超過7 s后迅速拉快制，故障診斷及限速保護被觸發。

RM模式下司機使用常用制動（未引入氣制動），故障不會被觸發。

3.4URM模式測試

采用URM模式，司機手動牽引保持牽引力超過7 s后迅速拉快制，故障診斷及限速保護被觸發。

URM模式下司機使用常用制動（未引入氣制動），故障不會被觸發。

4　結論與整改

4.1結論

通過不同列車不同駕駛模式的模擬測試可以發現：

（1）故障并非只在ATO模式下會觸發，在SM、RM、URM模式也會觸發；

（2）故障并非在牽引、制動、惰行工況下觸發，而是在牽引轉制動時被觸發，時間先后不超過30 ms；

（3）故障時列車施加了氣制動；

（4）所有A4型車在同樣工況下均會表現一致，故障車并不是個例。

4.2整改

故障的診斷邏輯需優化。

（1）機械制動未緩解的診斷使用的是RE復位器[4]，RE復位器輸入輸出關系如圖12。

圖12　RE復位器真值表

當SET為1時，輸出為1，為0時保持上次輸入，當RES為1時，輸出為0。所以當有牽引力或加速度持續存在時，檢測到機械制動未緩解就會報立即觸發故障及限速保護，直至列車速度降為0才會恢復。

該故障持續多個行車區間是因為RE復位器的邏輯判斷，當牽引力與制動力不同時存在時該故障及限速應消除，但是復位條件是列車靜止，復位條件選取不當。復位條件應選擇當牽引力、制動力均不存在或任一個消失時即可。

（2）A4車牽引力與氣制動同時存在立即觸發該故障，雖對牽引力或加速度兩個信號量的選取有延時但二者與氣制動同時存在的診斷沒有延遲，當任一信號不可靠時仍然會觸發該故障，可以借鑒參考A5車的診斷（延時4 s），在牽引力與制動力同時存在加入1 s左右延時可避免該故障誤觸發。如圖13所示。

圖13　A5車診斷邏輯（延時4 s）

4.3整改效果

更新控制診斷程序后，列車運營良好，列車無受到信號干擾或不穩定脈沖導致故障的事件發生。由此可見，以上整改方法是有效可行的。

參考文獻：

［1］Seimens.廣州地鐵2&8號線列車Expert2軟件、SIBAS.G軟件［Z］.2012.

［2］張元林.列車控制網絡技術的現狀與發展趨勢［J］.電力機車與城軌車輛，2006，29（4）：1-4，26.

［3］ZELC.廣州地鐵2&8號線列車電路原理圖［Z］.2012.

［4］ZELC.廣州地鐵2&8號線列車操作手冊、維修手冊［Z］.2012.

(編輯：向飛)

The Malfunction Causes Analysis of Guangzhou Metro Line 2 Control

YUAN Yu-bo
（Guiyang Urban Rail Transit Co.，Ltd.，Guiyang550000，China）

Abstract:The type A metro vehicle is produced by CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co.，Ltd.，Guangzhou Metro 2&8 new car uses the same idea，4 power 2 trailer with six-joint vehicle，with fixed group as: A1+ B1+ C1 * C2+ B2+ A，which are mainly used in the Guangzhou Metro II line.The car uses the Siemens control and diagnostic systems，with the extensive use of electronic control devices and serial data communication to replace instead of relays，contactors and direct hardwired connection devices.The usage of relays，contactors，train routing，terminal block and connector contacts could be reduced through the cyber connection of the internet with the control system of the subsystems.Since operation，the train’s main line is good.However，because mechanics brake doesn’t release，the train was forced to quit the service，not benefiting the operation of the main line.Based on Pareto Principle car vehicle control and diagnostics to analyze the positive line operations during the reported security loop train line failure，brake traction control serious cause of the failure，solutions are suggested.

Key words:control diagnostics；malfunction analysis；solutions

作者簡介：原宇博，女，1984年生，山東人，大學本科，工程師。研究領域：城市軌道交通車輛。已發表論文3篇。

收稿日期：2015－02－27

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.033

中圖分類號：U264

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 (2015 ) 08－0119－05