地鐵車輛車門控制原理及改進建議

段玉玲

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510380）

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地鐵車輛車門控制原理及改進建議

段玉玲

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510380）

摘 要：介紹廣州地鐵A型車車門控制原理，描述目前車門控制回路存在的問題并提出改進方案，文章最后分析總結車門改進方案的改造效果及風險。

關鍵詞：地鐵車輛；車門；控制電路；改進方案

0　引言

地鐵車輛因其載客量大、污染小、運輸正點保證率高等特點，為人們的工作和生活提供了舒適的出行方式。對于地鐵列車的運行安全性必須給予足夠的重視，以保障出行乘客的人身安全。客室車門是地鐵車輛至關重要的部件，不僅數量多（每列車有 60 個客室車門），而且操作頻繁（運營中平均每 2min 就須開關門 1 次）。車門的結構和控制若在設計上不夠安全可靠，將會給正線運行帶來較大風險，甚至直接危害乘客的人身安全。下面就廣州地鐵 A 型車車門控制原理及相關問題進行介紹。

1　地鐵車輛車門控制原理

廣州地鐵A型車目前有 A1～A5 共 5 種車型，車門包括氣動內藏門、電控外掛門和微動塞拉門 3 種類型。

1.1車門總體控制原理

3 種類型的車門總體控制原理類似，以左側門為例，車門打開控制原理如圖 1 所示，在列車自動保護系統（ ATP）作用下，即 ATP 鑰匙開關處于合位，由信號系統給出開門使能信號，控制左、右門允許繼電器 K01 得電；在非 ATP 保護下，即 ATP 鑰匙開關處于分位，列車停車后，零速繼電器得電，列車觸發左門允許繼電器 K01 得電。

圖1　車門使能信號控制電路

車輛在列車自動運行（ ATO） 模式下，信號系統控制繼電器 K05 得電，然后車門保持繼電器 K03 得電；在非 ATO 模式下，按壓開門按鈕 S01，車門保持繼電器K03得電，生成列車開門指令，如圖 2 所示。

車門保持繼電器得電后，其常開觸點吸合后單節車車門開繼電器 K23 得電，然后再通過車鉤電氣盒送給其他節車的車門繼電器，如圖3所示。單節車車門繼電器得電后，將開門指令直接送到車門控制單元（EDCU），控制每個車門打開。

右側門打開控制原理與左側門相同。車門關閉控制原理與開門基本類似，只是繼電器動作相反：當按壓關門按鈕 S03（左門）、S04（右門）后，其常閉觸點斷開，車門保持繼電器失電，單節車車門繼電器失電，開門指令失效，關門指令生效，車門執行關閉操作。

1.2氣動內藏門單個車門打開控制原理

如圖 4 所示，車門保持繼電器得電后，車門解鎖繼電器 K21 得電，其常開觸點閉合，Y03 電磁閥得電，車門解鎖短行程風缸在彈簧力的作用下，鎖鉤彈開、車門解鎖；車門打開繼電器 K23 得電后，單個門控制繼電器K11 得電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開， Y01 電磁閥得電，Y02 電磁閥失電，驅動風缸關門端閥門打開排氣，開門端進氣開門，從而控制車門打開。

1.3電控外掛門、微動塞拉門單個車門打開控制原理

每個車門均采用獨立的EDCU 控制。在門控器正常供電情況下，門控器通過判斷開門信號、關門信號、零速信號 3 個信號的狀態來控制車門的開關，其控制原理如圖 5 所示，執行邏輯表如表 1 所示，只有在車門零速信號有效（高電平）、且開門列車線有效（高電平）、關門列車線無效（低電平）的情況下，車門才會執行開門動作。

圖2　開門保持控制電路

圖3　開門控制電路

2　故障分析

2.1問題描述

廣州地鐵 1號線全長約 18.5km，共設 16 個車站，其中地面車站 2 座，地下車站 14 座，目前換乘站共有7 座，配有 A1～A3 共 3 種車型。

2014年11月，1號線 A3 型車 5556 車在烈士陵園上行方向出現整列車門不能打開（有開門使能信號，無微動開關跳閘、無故障信息），司機分別執行 S11 打手動位、切除ATP 開關、打零速旁路均無法開門；司機手動操作開門繼電器 K03 后車門打開，給正線運營造成晚點。

圖4　氣動門單個車門控制原理

圖5　電動車門單個車門控制原理

表1　車門開關控制邏輯表

2.2原因分析

車輛人員檢查后發現為關門按鈕 S03 發生故障，拆下 S03按鈕發現開關斷腳，造成開關元件卡滯，使 S03 不能閉合，如圖 6 所示。根據圖 1 和圖 2，當關門按鈕 S03不導通時，將導致按壓開門按鈕時，左側開門保持繼電器 K03 不得電，從而導致車門不能打開。該按鈕為塑料材質，按壓時兩側按鈕腳受力聯動開關元件動作，觀察按鈕腳的斷裂面較光滑，分析為按鈕頻繁受力而導致斷裂。

圖6　關門按鈕斷腳

2.3潛在隱患

目前列車上使用的幾乎全部為該型號的按鈕開關，日常運用過程中故障率較高，經常發現開關元件觸點不導通、接觸不良以及類似斷腳等故障。由于按鈕開關存在固有的不穩定性，尤其是已使用一定年限的，且列車上按鈕開關出現不導通情況時有發生，定期更換按鈕開關或是對按鈕開關進行換型，不能從根本上杜絕潛在隱患。

此外，對車門控制電路進一步分析發現，若其控制回路中的繼電器如 K01、K03 出現卡滯/觸點不導通等故障時，亦會導致類似整列車車門不能打開故障。且列車上繼電器出現卡滯、繼電器觸點接觸不良等故障時有發生。

若在正線載客運營時，列車運行到站后整列車門不能打開，將會導致乘客不能正常上、下車，若再遇上車廂內存在緊急情況如火災等，將會對乘客安全和列車正常運營帶來極大影響。鑒于此，對車門控制電路進行改造勢在必行。

2.4應對措施

針對按鈕、繼電器故障率較高問題，目前正通過選取性能較為可靠的按鈕、繼電器品牌和型號進行換型試驗；同時每半年組織對列車關鍵回路的繼電器、按鈕狀態進行測量；此外亦正在開展對列車關鍵回路的繼電器、按鈕進行可靠性評估，估計其使用壽命，后期采取定期更換，以保證列車運行安全和正線運營質量。

3　改造方案

為降低車門不能打開故障對正線正常運營以及乘客安全所帶來的影響，建議對車門控制回路進行如下改造。

在原開門保持控制電路中加裝“緊急開門”開關，用來旁路開門保持控制電路中的關門按鈕 S03、S04 以及開門保持繼電器 K03、K04 等節點，如圖 7 中紅色虛線框所示，直接將開門信號送入到開門列車線，控制開門繼電器 K23、K24，如圖 8 所示。并在“緊急開門”信號線與列車線之間加入二極管，以防止反竄電影響。“緊急開門”開關被觸發時，可繞過開門保持控制電路直接到達開門繼電器 K23、K24，并通過開門列車線將 110V 電壓傳輸到每節車的開門繼電器 K23、K24。在車門使能信號有效的情況下，當發生關門按鈕無法閉合、開門保持繼電器無法吸合等故障時，可以通過“緊急開門”開關，強行向每節車的開門繼電器 K23、K24 輸出 110V 電壓，實現車門的緊急打開。

“緊急開門”開關未旁路車門使能信號，這樣既保證了只有在列車給出開門使能信號時（ATP 給出使能信號或切除 ATP 且列車靜止時）旁路功能才有效，保留了車門打開的前提條件，而且也保證了緊急開門的安全性。

圖7　緊急開門改造電路

圖8　緊急開門控制電路

4　改造效果及風險評估

4.1改造效果

改造后對正常行駛情況下的車門開關功能沒有任何影響，當車門出現故障即單側所有車門無法打開或某個單元車車門無法打開時，可以操作“緊急開門”開關，將故障的車門打開，如表 2 所示。

表2　緊急開門旁路旋鈕操作情況

從表 2 中可以看出，改造后的“緊急開門”開關可以解決多種類型的車門無法打開故障，減少故障處理的環節，縮短故障發生到列車恢復運營的時間差，有效降低故障對正線運營帶來的影響，也可保證緊急情況下車廂內乘客得到快速疏散，保障乘客安全。

4.2改造風險

通過以上改造方案可避免車門控制回路中繼電器、按鈕開關故障導致的車門不能打開現象，但也存在以下風險，需進行關注和避免。

（1）若出現加裝的“緊急開門”開關失效并一直處于導通狀態，會導致車門無法關閉。但以上現象可通過按壓強行開門按鈕使車門使能信號失效，強行關閉車門。“緊急開門”開關作為備份設備，操作頻率較低，且正常情況下該按鈕處于斷路狀態，突然出現持續導通的故障率極小。此外若出現了意外情況不能關閉車門，也可以采取清客方式運行列車回廠，使乘客能夠順利下車，保證其安全。

（2）當司機按壓強行開門按鈕或切除 ATP 給出兩側車門開門使能信號時，若司機誤操作了非站臺側“緊急開門”旁路，將會導致非站臺側車門打開，影響較大。因此，“緊急開門”開關應選用帶保護蓋的旋鈕開關，并在旋鈕開關上面或是下方使用較為明顯的顏色字體區分左側和右側“緊急開門”旋鈕開關，這樣司機旋轉“緊急開門”開關時，需先打開保護蓋，然后才能旋轉開關，以便給司機時間判斷左、右側，同時加強司機培訓，明確操作指引，規避風險。

5　結論

目前廣州地鐵線網的日均客流已超過 600 萬，正線高峰期的行車密度達到近 2min。隨著線網的不斷延伸，地鐵客流將會繼續增加。因此，對車門開門回路進行改造的意義較大，可以避免因某個繼電器、按鈕故障引起整列車車門不能打開的安全隱患，確保行車安全。

參考文獻

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責任編輯 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

中圖分類號：U270.38+6

作者簡介：段玉玲（1986—），女，助理工程師

收稿日期2015-12-09