合肥軌道交通1、2號線ATO模式下列車牽引和制動控制電路的優化

楊帥帥

(合肥市軌道交通集團有限公司， 230601， 合肥∥工程師)

牽引控制系統和制動控制系統作為列車正常運行的基礎，是城市軌道交通列車最重要的2個系統。其中：列車牽引控制系統根據不同模式下的牽引控制指令及牽引需求輸出牽引電機的驅動，使列車以目標速度運行；列車制動控制系統根據不同模式下觸發的制動指令與需求，通過電制動與氣制動的方式，使列車按照計劃進行減速及停車，實現列車的安全運行。本文對合肥軌道交通1、2號線列車在ATO(列車自動運行)模式下的牽引和制動控制電路優化進行研究。

1 ATO模式下的牽引和制動控制電路介紹

合肥軌道交通1、2號線列車均采用6節編組B2型列車，且在ATO模式下列車的牽引和制動控制接口電路完全一致。本文以2號線在ATO模式下的牽引和制動控制電路為例，對電路控制的基本原理進行介紹。

2號線在ATO模式下信號系統通過OBCU(車載控制單元)給AMTDR(牽引指令繼電器)、AMBDR(制動指令繼電器)供電，實現牽引、制動控制指令的觸發。每端的OBCU均可同時給列車兩端的AMTDR、AMBDR供電，其供電原理如圖1所示。

注：AMR——ATO模式繼電器； CREC——司機室右側電器柜；箭頭表示線路得電后的邏輯走向。

列車收到ATO制動指令后，AMBDR得電，通過AMBDR在列車制動控制電路中的常閉觸點斷開，使制動指令列車線失電(低電平有效)，列車觸發制動模式，根據信號系統給出的制動力需求值完成制動力的施加，使列車達到計劃的減速運行效果。

列車收到ATO牽引指令后，AMTDR得電，通過AMTDR在列車牽引控制電路中的常開觸點閉合，使牽引指令列車線得電(高電平有效)，列車觸發牽引模式，根據信號系統給出的牽引力需求值完成牽引力的施加，使列車達到計劃的加速運行效果。

2 ATO模式下的牽引和制動控制電路原理

通過對合肥軌道交通1、2號線ATO模式下的牽引和制動控制電路深入分析，發現信號與車輛各自系統控制電路均符合要求，但在信號與車輛的接口設計中存在一定的問題。

2.1 信號專業的牽引和制動控制電路設計

如圖1所示，在信號側ATO模式牽引和制動控制電路設計中，列車兩端任何1個OBCU均可同時給兩端的AMBDR、AMTDR供電。該設計既可滿足2個OBCU正常輸出指令，也可實現控制指令輸出的冗余。

2.2 車輛專業的牽引和制動控制電路設計

如圖2所示，在車輛側ATO模式制動控制電路設計中，通過MCCB(司機控制器斷路器)、AMR常開觸點及AMBDR常閉觸點形成制動指令列車線的供電控制。通過對列車兩端ATO模式下制動指令列車線供電進行分析，可以發現在ATO模式下，列車兩端AMR均得電，并且在OBCU輸出制動指令時列車兩端的2個AMBDR也均得電，即ATO模式下列車兩端的AMBDR均可對制動指令列車線供電進行控制。

注：COR為司機室激活繼電器。

在車輛側ATO模式下的牽引控制電路通過MCCB、AMR常開觸點及AMTDR常開觸點后，與本端的COR1常開觸點串接，形成牽引指令列車線的供電控制。通過對列車兩端ATO模式下牽引指令列車線供電進行分析，可以發現雖然在ATO模式下列車兩端的AMR均得電，OBCU輸出牽引指令后兩端的AMTDR也全部得電，但由于供電回路需經過COR1常開觸點，ATO模式下的牽引指令列車線僅在主控端可以實現牽引指令列車線的供電。

2.3 信號與車輛的接口控制電路問題

由上分析可見，ATO模式下制動指令列車線的供電來自列車兩端，可同時進行控制。但由于此列車制動指令列車線采用低電平有效的控制方式，因此如果列車兩端任意1個AMBDR發生故障，其在制動控制電路中的常閉觸點就無法斷開，從而導致ATO模式下制動指令列車線一直保持高電平的狀態，列車無法觸發制動指令，制動無法正常施加，可能引發列車越站或沖標，故列車運行存在較大的安全隱患。

對比僅由主控端AMBDR進行制動指令列車線控制的方式，現有接口設計的控制方式使得制動指令列車線出現故障的概率增加1倍。同時，由于任何一端司機室被激活均對AMBDR進行得失電控制，使AMBDR的使用頻率增加1倍，將導致AMBDR提前老化，縮短了繼電器電氣的使用壽命。在ATO模式下牽引指令列車線的控制方式上，同樣存在使AMTDR的使用頻率增加1倍、繼電器電氣使用壽命縮短的問題。

3 AMTDR、AMBDR的動作頻次計算

AMBDR、AMTDR的動作頻次可通過每日列車運營信息及列車事件記錄進行統計和計算。由于AMBDR、AMTDR的計算方式相同，本文僅以2號線的AMBDR為例進行動作頻次計算分析。其計算公式如下：

N=365t1N0/t2

(1)

式中：

N——平均每個AMBDR的動作頻次，次/年；

t1——正線列車平均每日開行列次數，列次；

N0——每開行1列次AMBDR的動作頻次，次；

t2——2號線配屬列車數量，列。

2號線現有28列電客車，根據該線目前的運行圖，每日載客開行列次約為310列次。根據列車事件記錄儀的信息，列車在正線上正常開行1列次，AMBDR動作次數約為48次。將以上數據代入式(1)，可得到列車1年內每個AMBDR在正線運行時的動作次數為193 971次。另外，考慮列車在維保測試過程中AMBDR的動作情況，估計列車1年內每個AMBDR的動作頻次在20～22萬次。目前2號線列車AMBDR采用的繼電器，其電氣使用壽命約為50萬次，結合實際情況，則大約2年半即達到繼電器的電氣使用壽命。

達到繼電器電氣使用壽命后，會進一步增大出現故障的可能。因此，在設計上采取改良措施，對接口電路進行優化，對提升設備穩定性、保障系統的正常運行具有重要意義。

4 接口控制電路的優化措施

4.1 優化方案1

如圖3所示，在AMBDR上方串接司機室激活繼電器的常開觸點，保證ATO模式下列車制動控制時只是主控端AMBDR得電。按照此方案優化后，列車制動電路僅通過主控端進行供電控制，遠端AMBDR不得電，常閉觸點一直處于閉合狀態，可以有效降低由于AMBDR故障導致制動控制指令列車線異常得電的概率，同時還可以使AMBDR的動作頻次減少一半，進而延長AMBDR的使用壽命。同理，AMTDR的供電方式采用同樣的優化設計方案后，也可以使AMTDR的動作頻次減少一半，延長AMTDR的使用壽命。

圖3 僅有主控端AMBDR/AMTDR得電的優化方案

4.2 優化方案2

優化方案1既有效降低了繼電器的使用次數，也降低了AMBDR故障導致的制動指令列車線異常得電的概率，但是在接口電路設計中未起到冗余作用。為了進一步降低電路的故障概率，增加系統穩定性，可以采取以下優化方式：

1) 對于ATO制動控制電路：可將ATO模式下制動控制電路(見圖2)中AMBDR常閉觸點更換為常開觸點的方式，修訂信號側OBCU制動信號的觸發邏輯。即：將信號系統OBCU制動信號輸出邏輯修訂為低電平為有效制動信號、高電平為無效制動信號，且備用OBCU在正常狀態下制動指令輸出低電平信號，保證不會對主用OBCU制動邏輯觸發造成干擾。此優化方案的AMBDR動作頻次與優化前方案的AMBDR動作頻次相同，可實現ATO模式下制動控制電路供電的冗余，可以很好地降低AMBDR故障導致制動指令列車線發生故障的概率。

2) 對于ATO牽引控制電路：只需優化牽引指令列車線控制電路的方式，取消圖2中COR1常開觸點，使得列車兩端AMTDR對列車牽引指令列車線供電形成冗余。此優化方案的AMTDR動作頻次與優化前方案一致，但可以實現ATO模式下牽引控制電路供電的冗余，有效降低AMTDR故障導致牽引指令列車線發生故障的概率。

5 結語

隨著合肥軌道交通1、2號線運營時長的增加，相關繼電器使用頻次逐漸增加，設施設備均會出現不同程度的老化，越來越多的問題將逐步體現出來。需要及時對問題進行深入分析、總結，采取有效的措施降低各類故障的概率，減少由于設備原因對日常運營產生的影響，保障城市軌道交通線路的安全、高效、平穩運營。