兩種動車組換端模式比較分析

羅昭強　尚大為

（中車長春軌道客車股份有限公司高速動車組制造中心，130062，長春∥第一作者，高級技師）

“換端”模式是動車組的一個特殊工作過程，是指動車組在靜止狀態時，通過司機來操作的一個工作過程。在換端模式下，當司機鑰匙從使能司機臺里拔出時，或要把司機鑰匙插入另一端的司機臺時，動車組能保持激活狀態并使受電弓升起，主斷路器處于閉合狀態，電網可持續為動車組供電。這種操作模式可以保證在不切斷高壓電的情況下而改變使能司機臺。

在CRH5型動車組的司機操作過程中，往往由于操作不當，造成車門在開啟時突然關閉夾傷旅客、空調無法正常開啟、照明燈不亮等現象，使旅客的舒適性受到嚴重影響，造成不必要的損失。CRH5型動車組換端的問題目前還沒有得到解決，為此，本文對比CRH5型動車組和CRH380CL型動車組的換端條件、過程及其原理，進行優缺點比較分析，提出CRH5型動車組換端改進建議。

1　CRH5型動車換端原理

1.1　換端條件

從主控制裝置到從動控制裝置換端條件如下。

（1）非停放請求（0位）：接通的非spark按鈕（用于停放請求）。

（2）停放制動開始請求（2位）：激活司機操作臺上接通的spark按鈕；0位和壓縮機上反演器控制桿直接控制桿未插入。

（3）停放制動關閉請求（1位）：接通的spark按鈕和隨之相應激活的司機操作臺。

（4）輸出停放模式（3位）：spark按鈕停止（已接通的同一個spark按鈕）。從從動控制裝置到主控制裝置換端條件如下。（1）停放制動開始進程（1位）：相對于每節動車的局部情況，接受請求（停放制動開始請求）。

（2）停放制動開始（3位）：所有司機臺都停止操作。

（3）停放制動關閉請求（2位）：主控制激活的停放制動關閉請求。

（4）停放制動關閉（0位）：不使用的停放模式。

當方向手柄處于0位，強泵沒有啟動時，按下司機臺上的spark按鈕，列車控制和管理系統（TCMS）只有在圖1所示的條件都滿足情況下，才接受換端請求。在換端過程中，一旦缺少其中一種情況，列車將結束換端狀態，導致每個受電弓降弓，隨之相關列車調度（DJ）斷開；20 min后，TCMS將斷開蓄電池開關。當以上條件都滿足時，變量tzconspark輸出高電平。當以上條件中至少有一個不滿足時，輸出變量tzconspark經過一個延時5 s之后，再變為0。

1.2　換端命令

當全局換端狀態為1時（tzstatopark-glob=1），有本地換端命令tzcompark=1，TCMS輸出命令tzparkingdo30=1、tzparkingdo31=1。當 tzparkingdo30=1、tzparkingdo31=1時，繼電器線圈（kpark）得電，kpark的輔助觸點得電閉合。在此狀態下，即使司機把鑰匙拔出來，kpark的輔助觸點也能保持列車的激活狀態。

圖1　CRH5型動車組換端條件

1.3　換端請求管理

TCMS對換端請求的管理是通過一個狀態轉換機來實現的。狀態轉換機有3個輸入變量（press_park、enabling_switch_group、status_park_global）和1個輸出變量（request_park）。當 3個輸入變量變化時，會通過狀態轉換機的內部邏輯輸出不同的值，以實現對換端請求的管理。狀態轉換機的3個輸入變量對應換端請求的3個條件。

（1）變量press_park表示司機臺開關組上按鈕的狀態，當以下條件都滿足時，press_park=1。

①按下換端按鈕，tzpulsparkdi=1；

②開關組激活，tzbanco=1；

③強泵按鈕置于“0”位，padiromprdi=0；

④方向手柄在“0”位，tzlinv0=1。

（2）變量enabling_switch_group表示司機臺開關組激活狀態。

（3）變量status_park_global表示全局的換端狀態，status_park_global=tzstatoparkglob。

隨著狀態轉換機輸入變量的變化，其輸出變量richpark也發生變化。頭車微處理器（MPU）把變量richpark的值發送給另外半列車，并保存在變量tzrichparkglob中。

表示全局換端請求的變量tzrichparkglob有4個取值，分別是：

①0——沒有換端請求；

②1——換端請求結束；

③2——換端請求正在進行；

④4——換端結束。

1.4　換端操作步驟

（1）確認總風管壓力不小于700 kPa，施加停放制動車輛不少于6輛，5個以上充電機工作。

（2）確認主手柄和換向手柄均在“0”位。

（3）操作停放制動按鈕，施加停放制動。

（4）按下換端保持按鈕，直到換端按鈕開始閃爍，扳下升弓開關。主指令開關保持“1”位、旋轉司機主控鑰匙到“0”位，并取出鑰匙（見圖2）。待換端按鈕燈持續亮時，松開換端按鈕（見圖3）。

（5）顯示屏上確認主斷路器閉合狀態正常。

（6）在動車組另一端按住換端按鈕，插上主控鑰匙并旋轉到“1”位，將主指令開關撥至“1”位，扳起已升起受電弓對應的開關，待換端按鈕開始閃爍后，松開按鈕。

（7）確認動車組狀態是否正常。

圖2　CRH5型動車組主控鑰匙面板

圖3　CRH5型動車組換端按鈕面板

1.5　換端原理

換端控制過程如圖4所示。按下換端按鈕，此時為換端進入模式，換端狀態變量由0變為1；降下受電弓，退出鑰匙，松開換端按鈕后，由換端進入模式轉換為換端保持模式，換端狀態變量由1變為3。再次按下換端按鈕，投入鑰匙，升起受電弓，此時由換端保持模式轉換為換端退出模式，換端狀態變量由3變為2；松開換端按鈕，結束換端退出模式，換端狀態變量由2變為0，動車組處于正常司機室占用狀態。

圖4　CRH5型動車組換端控制邏輯圖

1.6　換端失敗

當以下條件有1個發生，經過10 s延時檢測，TCMS認為列車換端失敗（tzdisautopark=1）。

（1）沒有關閉 DJ（tzchirdj=0），并且經過 3 s的延時檢測；

（2）列車的速度在3 km/h以上（tzvel0=0）；

（3）充電機工作的個數少于5個，并且至少1個DJ閉合（tzchirdj=1并且 ax5cbok=0）；

（4）主風缸壓力小于7 bar（frpresscp6bar=0）；

（5）列車接收的電流大于50 A（tzcorroklinea=0）；

（6）停放制動個數不滿足要求（frmollappok=0）；

（7）無外接電源插入，并且配置的車輛個數不滿足要求，小于等于 1（cdtnumutincomp≤1）。

2　CRH380CL型動車換端原理

2.1　換端條件

在換端模式中，牽引指令被禁止。換端模式的啟用僅可從占用司機室的顯示屏上觸發“進入換端模式”實現。換端狀態通過兩端司機室顯示屏進行顯示，由主控中央單元通過TCMS干線及RS485總線發布命令進行管理。換端模式需要使用的中間變量如下：

（1）line_cur_max_a1～8車接觸網電流最大值；

（2）line_cur_max_b9～16車接觸網電流最大值；

（3）cab_occupied_simu虛擬占用司機室；

（4）cabchange_hmi_on顯示屏進入換端命令；

（5）cabchange_on_glob全車進入換端變量；

（6）cabchange_out 顯示屏退出換端命令。

換端模式僅在下列所有情況都滿足的時候才被激活（cabchange_on_local=1）。

（1）列 車 速 度 小 于1.5km/h，即v_less_5kph_ec_l=0；

（2）列車實施停放制動，即bcu_si21_4=1；

（3）主風管壓力在正常工作范圍內，即bcu_si92≥7 bar；

（4） 全車接觸網電流不高于 40 A，即line_cur_max_a≤40 A、line_cur_max_b≤40 A ；

（5）顯示屏上換端命令啟用，即cabchange_hmi_on=1；

（6）列車存在虛擬占用司機室，即cab_occupied_simu=1。

2.2　換端的操作步驟

為了啟動換端模式，司機在已啟動的司機臺上按順序執行下列操作：

（1）手動對列車實施停放制動。

（2）在已占用司機室的顯示屏上“換端界面”中選擇“on”按鍵，再選擇“設置”按鍵；如果所有上述列出的條件都滿足cabchange_on_local=1，在換端界面上提示“已進入換端模式，請調整方向開關到零位置，拔出運行鑰匙”，否則在“換端界面”提示進入換端失敗原因，并在TCMS內記錄；若進入換端成功，則兩端司機室顯示器都顯示到換端界面。換端失敗原因提示如圖5所示。

（3）將方向控制手柄恢復至“0”位置；當TCMS檢測到如下條件時，認為列車完全進入換端模式，即變量cabchange_on_globL=1，同時在列車兩個端車的人和界面（HMI）提示“退出換端操作：請插入司機鑰匙，移動方向開關至運行位，并選擇退出換端按鍵‘off’及‘設置鍵’；本地換端命令成立，即變量cabchange_on_local=1，同時方向開關歸為0位（1_ds_p0=1、16_ds_p0=1）。

2.3　換端命令

當本地換端命令激活（cabchange_on_local=1）并且兩端端車的方向開關都置于“0”位時，TCMS生成全局換端變量為1（cabchange_on_glob=1）。當TCMS檢測到變量cabchange_on_glob=1后，給門系統發出do命令，即dcu_if_do05-_2（變量名為c_changeend_h）；除退出換端命令外，顯示屏上的其他設定指令都被禁止使用；列車進入換端模式后，發出換端命令的中央單元生成在虛擬司機室變量為真的命令，即cab_occupicd_simu=1。

TCMS檢測到下列條件任意一個滿足時，生成虛擬占用司機室變量為真，即cab_occupicd_simu=1；有占用司機室（1_cab_occupied=1 or 16_cab_occupied=1），或全車換端模式cabchange_on_glob=1，或全車整備模式stable_on_glob=1，或啟用緊急模式（1_emer_mode_h=1 or 16_cab_occupied=1）。

本地換端命令激活（cabchange_on_local=1）的邏輯如圖6所示。

2.4　換端模式的顯示及診斷

網絡控制系統對換端過程進行診斷，除換端過程中的操作提示外（如提示“已進入換端模式”和提示“退出換端完成”），也要對換端停止的原因進行診斷并在中央單元記錄，在顯示屏上進行報警顯示（如圖7所示）。

3　CRH5型動車換端改進措施

圖5　CRH380CL型動車組換端失敗原因提示

圖6　CRH380CL型動車組本地換端命令激活的邏輯圖

圖7　CRH380CL型動車組換端顯示及診斷邏輯圖

通過CRH5型動車組和CRH380CL動車組換端過程的對比可以看出，CRH380CL型動車組的換端便于操作，CRH5型動車組相對比較繁瑣，司機在操作過程中往往由于操作錯誤導致換端失敗。例如：升弓開關和主控鑰匙操作順序相反；換端按鈕沒按到位就降弓；條件不滿足時進行換端操作等操作錯誤。

建議將CRH5型動車組的升弓開關由扳鍵式開關改成自復位式開關，取消換端按鈕，采用退出當前司機室后有5 s的延時時間，建立虛擬占用司機室，實現換端過程。CRH5型動車組的升弓按鈕推至升弓位后，開關可保持住，為線路提供持續的電源供給，但改成自復位式開關后，設計圖紙也同樣需要更改。換端信號發出后（觸發脈沖信號），可以保持電源供給；只有開關推至降弓位時可實現降弓過程，正常換端過程時不會降弓。

4　結語

由于CRH5型動車組換端過程存在缺陷，會給列車運行帶來困擾。通過換端模式的改進措施，可以保證列車在不切斷高壓電的情況下而改變使能司機臺，使換端失敗的機率大為降低。

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