淺析地鐵門(mén)控系統(tǒng)的故障樹(shù)診斷方法研究

張亦農(nóng)

（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300240）

淺析地鐵門(mén)控系統(tǒng)的故障樹(shù)診斷方法研究

張亦農(nóng)

（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300240）

論文把列車(chē)門(mén)系統(tǒng)作為研究對(duì)象，以門(mén)控系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行情況、故障模式為重點(diǎn)進(jìn)行理論研究，并對(duì)列車(chē)車(chē)門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行定性和定量分析，將問(wèn)題具體化，建立故障樹(shù)。再針對(duì)故障樹(shù)中底事件的重要度，對(duì)門(mén)控系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評(píng)估。為地鐵列車(chē)車(chē)門(mén)系統(tǒng)故障診斷提供理論積累，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

門(mén)控系統(tǒng)；故障樹(shù)；故障診斷

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.135

1 引言

北京地鐵截至2015年12月共有18條運(yùn)營(yíng)路線，2015年平均日客運(yùn)量達(dá)到1008.76萬(wàn)人次，根據(jù)北京地鐵運(yùn)營(yíng)公司統(tǒng)計(jì)的近年來(lái)北京地鐵列車(chē)故障停車(chē)下線情況，由車(chē)輛原因?qū)е碌牧熊?chē)下線事故有174次，其中,因車(chē)門(mén)故障造成列車(chē)下線的達(dá)59次，占所有故障總下線數(shù)的33.9%。客室車(chē)門(mén)作為列車(chē)使用最頻繁的部分，也是車(chē)輛所有系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的部分。其中，門(mén)控單元、門(mén)切除開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、車(chē)門(mén)絲桿扭簧和門(mén)控電機(jī)等是車(chē)門(mén)系統(tǒng)最容易出現(xiàn)故障的零件，另外，門(mén)檻異物是導(dǎo)致車(chē)門(mén)故障最多的原因。目前，減少車(chē)門(mén)故障的方法是定期對(duì)車(chē)門(mén)系統(tǒng)各部件進(jìn)行維護(hù)和檢修，但是目前在這一方面極其缺少相關(guān)的理論分析和研究，無(wú)法從根本上解決門(mén)控單元故障的管理和分析。

2 列車(chē)門(mén)控單元介紹

門(mén)控單元作為地鐵客室門(mén)系統(tǒng)控制的核心，主要負(fù)責(zé)控制開(kāi)關(guān)門(mén)電機(jī)的轉(zhuǎn)作、車(chē)門(mén)系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)、安全保護(hù)措施、各種燈光控制和提示音等控制功能。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)車(chē)廂配置有8～10個(gè)客室門(mén)，每個(gè)客室門(mén)系統(tǒng)都有一套主控設(shè)備安裝在其門(mén)體上部的空間內(nèi)，其部件包括門(mén)控單元、電機(jī)以及相關(guān)傳動(dòng)和輔助部件。

控制盒有多個(gè)輸入、輸出接口，其中的RS232通訊端口與外部電氣設(shè)備相連，用來(lái)完成設(shè)備控制和功能檢測(cè)；RS485通訊端口與通訊總線相連，完成信息通訊，并且與其他車(chē)門(mén)控制設(shè)備連通，完成所有車(chē)門(mén)同時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉。

門(mén)控單元接受列車(chē)控制信號(hào)的同時(shí)發(fā)出和執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)2種指令。列車(chē)控制信號(hào)包括開(kāi)/關(guān)門(mén)車(chē)輛控制信號(hào)、車(chē)輛零速信號(hào)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)包括門(mén)隔離限位開(kāi)/關(guān)、關(guān)門(mén)限位開(kāi)/關(guān)、緊急裝置限位開(kāi)/關(guān)和門(mén)位置傳感器A與B的信號(hào)[1]。門(mén)控單元的輸出端口負(fù)責(zé)輸出的信號(hào)包括：車(chē)門(mén)狀態(tài)指示燈、車(chē)門(mén)模式

指示燈、蜂鳴器以及門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制和執(zhí)行信號(hào)。

門(mén)控單元的控制系統(tǒng)是由微處理器、電源單元、執(zhí)行單元、存儲(chǔ)單元、內(nèi)部總線、接口單元以及通訊單元協(xié)同完成的，屬于嵌入式檢測(cè)控制設(shè)備。

3 故障樹(shù)分析法概述

故障樹(shù)法簡(jiǎn)稱FTA(Fault Tree Analysis)，1961年被提出，是一種以圖形表達(dá)邏輯關(guān)系的演繹法，此方法從上至下，從果至因，從總體至局部地分析系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因，易于找出發(fā)生故障的部分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的故障診斷，適用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和可靠性分析。

故障樹(shù)分析具有以下特點(diǎn)：（1）較強(qiáng)的靈活性；（2）故障樹(shù)分析法是依靠圖形來(lái)表述邏輯關(guān)系，可以將系統(tǒng)中事件的抽象的邏輯關(guān)系進(jìn)行形象的表達(dá)，易于系統(tǒng)故障分析；（3）建立故障樹(shù)模型及對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行分析的過(guò)程，相當(dāng)于對(duì)系統(tǒng)相關(guān)信息資料重新研究，可以加深對(duì)相關(guān)資料的認(rèn)知和理解；（4）方便系統(tǒng)的使用者及維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)和管理[2]。

4 故障樹(shù)建立的步驟

建立故障樹(shù)步驟通常分為以下4步：（1）收集材料；（2）選擇頂事件；（3）建造故障樹(shù)；（4）故障樹(shù)簡(jiǎn)化。

5 地鐵門(mén)控系統(tǒng)故障樹(shù)建立

通過(guò)分析地鐵日常運(yùn)營(yíng)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及歷史故障，并對(duì)列車(chē)門(mén)控系統(tǒng)故障情況進(jìn)行分類整理和統(tǒng)計(jì)，建立故障樹(shù)。地鐵車(chē)門(mén)記錄故障共190次，可分為12類，具體故障如表1所示。

通過(guò)對(duì)地鐵歷史故障事件和故障數(shù)據(jù)分析和研究，可以看出門(mén)控單元故障和門(mén)檻有異物是主要的故障原因。其中，以車(chē)門(mén)無(wú)法正常關(guān)閉故障為例，以列車(chē)門(mén)系統(tǒng)故障為目標(biāo)頂事件，以車(chē)門(mén)未關(guān)到位作為中間事件，而故障模式中開(kāi)/關(guān)門(mén)障礙壓檢測(cè)可以作為故障的成因，構(gòu)成底事件，對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行建模。

此外，通過(guò)故障樹(shù)的建立和分析也是對(duì)系統(tǒng)的再認(rèn)識(shí)。從地鐵歷史故障實(shí)驗(yàn)故障數(shù)據(jù)記錄以及相關(guān)資料的分析中可以發(fā)現(xiàn)，并非所有的故障信息都是故障樹(shù)的底事件，并且相當(dāng)部分故障事件還存在一定的邏輯關(guān)系。

依據(jù)上文所述的步驟，對(duì)地鐵門(mén)控單元建立故障樹(shù)：

1）頂事件的確定：列車(chē)門(mén)控系統(tǒng)故障；

表1 2013年2014年北京地鐵故障信息統(tǒng)計(jì)

2）確定中間事件：根據(jù)故障之間部邏輯關(guān)系，可以將重要的可細(xì)分故障列為中間事件，主要包括：輸入故障、輸出故障、門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)回路故障等；

3）確定底事件：導(dǎo)致各個(gè)中間事件以及頂事件發(fā)生的故障因素列為底事件。

基于上述分析過(guò)程，可以建立列車(chē)車(chē)門(mén)系統(tǒng)的故障樹(shù)模型。通過(guò)故障樹(shù)可以清晰地看出個(gè)故障的邏輯關(guān)系，這對(duì)于列車(chē)車(chē)門(mén)故障分析具有重要的指導(dǎo)意義，便于為車(chē)門(mén)控制系統(tǒng)維護(hù)和管理。

6 結(jié)語(yǔ)

論文對(duì)地鐵門(mén)控系統(tǒng)的故障分析及故障樹(shù)的建立進(jìn)行了介紹。首先介紹了地鐵門(mén)控系統(tǒng)，然后研究了故障樹(shù)的相關(guān)理論、建立步驟，對(duì)地鐵門(mén)控系統(tǒng)進(jìn)行建模，為地鐵列車(chē)車(chē)門(mén)系統(tǒng)故障診斷提供理論積累，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。也可以對(duì)該故障診斷系統(tǒng)以及診斷方法進(jìn)行擴(kuò)展，用于列車(chē)上各種設(shè)備、模塊的診斷和分析，這對(duì)于列車(chē)的維保工作也是一種支持和發(fā)展。

【1】楊穎,李駿,彭冬良,等.地鐵列車(chē)車(chē)門(mén)系統(tǒng)故障分析及診斷方法[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2014(6):21-23.

【2】徐霖.城軌列車(chē)客室車(chē)門(mén)系統(tǒng)故障診斷方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2015.

Study on Fault Tree Diagnosis Method of Metro Gating System

ZHANG Yi-nong
(Tianjin Railway Technical and Vocational College,Tianjin 300240,China)

The train door system is taken as the study object in this paper.It focuses on the theoretical research into the internal structure, working principle,operation and fault mode of the gating system.The qualitative and quantitative analysis is made on the train door system.The problems are embodied,and the fault tree is set up.According to the importance degree of the base event in the fault tree,the system reliability of the gating system is evaluated.It provides theoretical accumulation for fault diagnosis of the train door system,and has certain engineering application value.

gating system;fault tree；fault diagnosis

U279.3

A

1007-9467（2016）11-0072-02

2016-09-15

張亦農(nóng)（1987～），女，天津人，講師，從事城軌車(chē)輛技術(shù)專業(yè)教學(xué)與研究。