廣州地鐵3號(hào)線列車車門(mén)控制器離線檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

潘文海

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，511430，廣州∥工程師）

廣州地鐵3號(hào)線列車車門(mén)控制器離線檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

潘文海

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，511430，廣州∥工程師）

地鐵列車車門(mén)控制器是運(yùn)營(yíng)部門(mén)日常檢修維護(hù)的重點(diǎn)。介紹了車門(mén)控制器離線檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)及其核心部件的工作原理。以開(kāi)門(mén)為例，詳細(xì)描述了檢測(cè)裝置的自動(dòng)檢測(cè)流程和故障檢測(cè)方法。檢測(cè)裝置可離線檢測(cè)，這提高了車門(mén)控制器部件的工作質(zhì)量和效率，消除了裝車檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，保障了車輛運(yùn)營(yíng)服務(wù)品質(zhì)，節(jié)約了因?qū)ｉT(mén)向供應(yīng)商訂制檢測(cè)裝置所產(chǎn)生的高額成本及后續(xù)維護(hù)費(fèi)用。

城市軌道交通；車門(mén)控制器；離線檢測(cè)

Author＇s address Operation Division of Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，511430，Guangzhou，China

廣州地鐵3號(hào)線日均客運(yùn)量超90萬(wàn)人次，其列車為B型車，最高時(shí)速120 km。全線日均開(kāi)關(guān)門(mén)次數(shù)約26萬(wàn)次。因乘客行李及衣物阻礙開(kāi)關(guān)門(mén)而造成車門(mén)啟動(dòng)障礙物檢測(cè)的次數(shù)每日約100次。因車門(mén)系統(tǒng)部件的頻繁動(dòng)作，導(dǎo)致其核心部件——車門(mén)控制器的故障率在列車各系統(tǒng)中所占的比例一直較高。此外，車門(mén)控制器的庫(kù)存?zhèn)浼顟B(tài)不甚穩(wěn)定，其內(nèi)部電機(jī)模塊、電容電阻等元器件也存在狀態(tài)不良的情況。目前，車門(mén)控制器的檢修模式主要為故障修，即檢修人員僅在更換故障車門(mén)控制器時(shí)才對(duì)備件進(jìn)行功能測(cè)試。因測(cè)試時(shí)間及測(cè)試條件有限，較難篩選出合格的車門(mén)控制器備件。

為優(yōu)化車門(mén)控制器的檢修策略，保障列車正線運(yùn)營(yíng)安全，車間檢修人員結(jié)合車門(mén)系統(tǒng)各主要部件的工作原理，設(shè)計(jì)研發(fā)了車門(mén)控制器離線檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置能在線下檢測(cè)部件的工作狀態(tài)是否良好，避免了部件因在裝車運(yùn)營(yíng)時(shí)出現(xiàn)故障而對(duì)正線產(chǎn)生影響，節(jié)約了專門(mén)訂制檢測(cè)裝置所產(chǎn)生的高額成本及后續(xù)維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)功能也節(jié)省了大量的人工和時(shí)間，提高了日常檢修效率。

1　檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)

為滿足車門(mén)控制器的使用條件，離線檢測(cè)裝置要保持和列車上完全一致的電氣參數(shù)、軟硬件接口及機(jī)械配合方式。故離線檢測(cè)裝置在結(jié)構(gòu)上主要由邏輯電控單元、車門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等部件構(gòu)成。圖1為離線檢測(cè)裝置硬件接口原理示意圖。

1.1邏輯電控單元

邏輯電控單元是檢測(cè)裝置的電氣組成部分，可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的全程控制，由自動(dòng)循環(huán)控制開(kāi)關(guān)、信號(hào)控制器、開(kāi)門(mén)延時(shí)繼電器、關(guān)門(mén)延時(shí)繼電器、車門(mén)隔離信號(hào)開(kāi)關(guān)、車門(mén)緊急解鎖信號(hào)開(kāi)關(guān)、車門(mén)關(guān)閉到位檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)、車門(mén)開(kāi)啟到位檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)及二極管組件等組成。其電路原理見(jiàn)圖2。

圖1　離線檢測(cè)裝置硬件接口原理示意圖

圖2　邏輯電控單元電路原理

邏輯電控單元由直流穩(wěn)壓電源供電，自動(dòng)循環(huán)控制開(kāi)關(guān)F3用于自動(dòng)和人工檢測(cè)之間的切換。信號(hào)控制器內(nèi)設(shè)置4個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，1個(gè)電源空氣開(kāi)關(guān)F6。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)用于向車門(mén)控制器輸入零速信號(hào)、使能信號(hào)、開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)。檢修人員可通過(guò)信號(hào)控制器發(fā)送人工開(kāi)、關(guān)門(mén)指令。開(kāi)門(mén)延時(shí)繼電器K4為得電延時(shí)（延時(shí)時(shí)間為1 s），含一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)4/12，串接在開(kāi)門(mén)信號(hào)控制回路中，用于自動(dòng)觸發(fā)開(kāi)門(mén)信號(hào)。關(guān)門(mén)延時(shí)繼電器K5為得電延時(shí)（延時(shí)時(shí)間1 s），含一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)4/12，串接在關(guān)門(mén)信號(hào)控制回路中，用于自動(dòng)觸發(fā)關(guān)門(mén)信號(hào)。車門(mén)隔離信號(hào)開(kāi)關(guān)F4用于人工檢測(cè)車門(mén)控制器對(duì)隔離信號(hào)的響應(yīng)。車門(mén)緊急解鎖信號(hào)開(kāi)關(guān)F5用于人工檢測(cè)車門(mén)控制器對(duì)緊急解鎖信號(hào)的響應(yīng)。車門(mén)關(guān)閉到位檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)S1串接在開(kāi)門(mén)延時(shí)繼電器K 4的前端，用于檢測(cè)車門(mén)是否關(guān)閉到位，同時(shí)參與導(dǎo)通或分?jǐn)嚅_(kāi)門(mén)延時(shí)供電回路。車門(mén)開(kāi)啟到位檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)S5串接在關(guān)門(mén)延時(shí)繼電器K 5的前端，用于檢測(cè)車門(mén)是否開(kāi)啟到位，同時(shí)參與導(dǎo)通或分?jǐn)嚓P(guān)門(mén)延時(shí)供電回路。二極管組件UA—R101的5/6對(duì)和7/8對(duì)腳點(diǎn)分別串接在關(guān)門(mén)延時(shí)和開(kāi)門(mén)延時(shí)供電回路中，3/4對(duì)和1/2對(duì)腳點(diǎn)分別串接在自動(dòng)開(kāi)門(mén)和自動(dòng)關(guān)門(mén)信號(hào)供電回路中。這樣串接可避免產(chǎn)生串電風(fēng)險(xiǎn)。

1.2車門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

車門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是檢測(cè)裝置的終端執(zhí)行部件，采用與廣州地鐵3號(hào)線列車塞拉門(mén)完全相同的機(jī)構(gòu)，包括絲桿螺母副組件、電機(jī)、齒形帶、離合器等。絲桿對(duì)稱分為兩部分，一側(cè)為左旋、一側(cè)為右旋。絲桿的一端通過(guò)齒形帶連接至電機(jī)，另一端連接至離合器。螺母副的圓柱銷嵌入絲桿螺旋滑道中，將絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為平動(dòng)。

1.3工業(yè)計(jì)算機(jī)和直流穩(wěn)壓電源

工業(yè)計(jì)算機(jī)是車門(mén)控制器的故障診斷及監(jiān)控部件。工業(yè)計(jì)算機(jī)內(nèi)置RS 232接口，可通過(guò)三針串口數(shù)據(jù)線與車門(mén)控制器連接。工業(yè)計(jì)算機(jī)安裝了車門(mén)控制器診斷軟件，可實(shí)時(shí)監(jiān)控車門(mén)控制器運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)電流曲線變化，還可進(jìn)行故障數(shù)據(jù)的診斷分析及下載。直流穩(wěn)壓電源為離線檢測(cè)裝置提供直流110 V電源。

2　自動(dòng)檢測(cè)流程

開(kāi)、關(guān)門(mén)時(shí)序的流程基本相同，故以開(kāi)門(mén)時(shí)序?yàn)槔榻B自動(dòng)檢測(cè)流程。

（1）人工閉合信號(hào)控制器的電源開(kāi)關(guān)F6，使車門(mén)控制器得電。此時(shí)，信號(hào)控制器將有效的零速信號(hào)和使能信號(hào)輸入至車門(mén)控制器。

（2）閉合自動(dòng)循環(huán)控制開(kāi)關(guān)F3，導(dǎo)通開(kāi)門(mén)延時(shí)供電回路，使開(kāi)門(mén)延時(shí)繼電器得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)4/ 12延時(shí)1 s后閉合。此時(shí)，開(kāi)門(mén)信號(hào)自動(dòng)輸入至車門(mén)控制器，車門(mén)控制器釋放離合器。離合器的齒輪脫離嚙合位置后，絲桿進(jìn)入自由狀態(tài)。與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲桿螺母副組件運(yùn)動(dòng)。

（3）螺母副離開(kāi)初始位置并沿開(kāi)門(mén)方向運(yùn)動(dòng)。車門(mén)關(guān)閉到位檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)S1復(fù)位，其1/2常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。開(kāi)門(mén)延時(shí)供電回路中斷，開(kāi)門(mén)延時(shí)繼電器K 4失電，開(kāi)門(mén)信號(hào)消失。螺母副組件運(yùn)動(dòng)至開(kāi)門(mén)方向的終端，觸碰開(kāi)到位檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)S5，使其常開(kāi)觸點(diǎn)3/4閉合，從而導(dǎo)通關(guān)門(mén)延時(shí)供電回路。

（4）當(dāng)螺母副組件運(yùn)動(dòng)至關(guān)門(mén)方向的終端時(shí)，觸發(fā)車門(mén)關(guān)閉到位檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)S1。之后，重復(fù)開(kāi)門(mén)時(shí)序，由此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)控制。

3　故障檢測(cè)方法

車門(mén)控制器有與之相配的診斷軟件，用以對(duì)車門(mén)的工作狀況進(jìn)行分析和診斷。在對(duì)車門(mén)控制器進(jìn)行離線檢測(cè)時(shí)，還可啟動(dòng)診斷軟件的監(jiān)控功能來(lái)確定故障點(diǎn)。較常用的故障檢測(cè)方法有硬線輸入輸出信號(hào)檢測(cè)法、電機(jī)電流曲線監(jiān)控法及故障代碼檢測(cè)法。

3.1硬線輸入輸出信號(hào)檢測(cè)法

診斷軟件的硬線監(jiān)控功能可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄車門(mén)控制器的硬線輸入輸出信號(hào)。信號(hào)的電平變化會(huì)直觀地體現(xiàn)在軟件監(jiān)控界面中。這方便維護(hù)人員即時(shí)觀察信號(hào)是否有缺失、抖動(dòng)或其他的異常現(xiàn)象（如圖3所示）。

3.2電機(jī)電流曲線監(jiān)控法

診斷軟件可實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)電流并生成電流曲線。檢測(cè)人員可根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的電流、電壓值及位移的曲線變化來(lái)判斷車門(mén)控制器內(nèi)置電機(jī)模塊的工作性能。圖4、圖5分別為車門(mén)控制器電機(jī)模塊正常和異常時(shí)的電流曲線。

3.3故障代碼檢測(cè)法

圖3　車門(mén)控制器輸入輸出信號(hào)監(jiān)控界面

圖4　電機(jī)模塊正常時(shí)的電流曲線

圖5　電機(jī)模塊異常時(shí)的電流曲線

當(dāng)正常開(kāi)、關(guān)門(mén)的邏輯關(guān)系不符合要求時(shí)，車門(mén)控制器會(huì)根據(jù)違反此邏輯關(guān)系的先決條件和診斷標(biāo)準(zhǔn)生成相應(yīng)的故障代碼；同時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)并鎖閉離合器，以保證門(mén)系統(tǒng)的安全性。通過(guò)對(duì)故障代碼的檢測(cè)和分析，可準(zhǔn)確地鎖定故障點(diǎn)并及時(shí)處理。圖6所示為測(cè)試裝置檢測(cè)到車門(mén)控制器報(bào)故障代碼6：“關(guān)門(mén)過(guò)程中激活障礙物檢測(cè)”。

圖6　車門(mén)控制器報(bào)故障代碼6

4　結(jié)語(yǔ)

廣州地鐵3號(hào)線所使用的車門(mén)控制器離線檢測(cè)裝置可通過(guò)線下檢測(cè)的方式盡早發(fā)現(xiàn)、處理并解決故障，能有效避免車門(mén)控制器的早期故障，消除正線的安全隱患。自應(yīng)用以來(lái)，每年檢測(cè)車門(mén)控制器超過(guò)40臺(tái)，排除故障隱患超過(guò)10次，車門(mén)控制器的可靠性有了顯著提高。同時(shí)，該檢測(cè)裝置每年為公司節(jié)約檢測(cè)維護(hù)成本約17.1萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

該檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)理念和思路新穎，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)諸多問(wèn)題，對(duì)今后車輛部件的檢測(cè)診斷具有實(shí)際參考價(jià)值。

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Design and Application of Door Control Unit Off-line Detection Device on Guangzhou Metro Line 3

pan Wenhai

As a primary component in metro train，door control unit is the key point of the operations department on daily maintenance.In this paper，the structure of the door control unit off-line detection device and the working principle of the key parts are introduced.The automatic detection process and fault detection method of the off-line detection device are described，With this off-line detection device，problems like difficult door control unit on-line detection and so on are resolved，the working quality and efficiency of the door control unit has been improved，the risk of on-line test has been avoided，the quality of the vehicle operation service ensured，and the high cost of purchasing detection device from suppliers and the maintenance fees have beeb saved.

urban rail tranist；door control unit；off-line detection

U 270.38+6

10.16037/j.1007-869x.2016.03.026

（2014-07-10）