廣三北線列車切除氣制動(dòng)限速問題分析

鄧培近

（廣州市地下鐵道總公司，廣東 廣州510310）

0 引言

列車限速作為緊急情況下的安全措施，必須具有可靠性，而廣三北線在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)列車在特殊情況下切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)的限速與設(shè)計(jì)要求不符，一旦需要啟用相應(yīng)的限速等級(jí)，會(huì)出現(xiàn)意想不到的安全問題，為此筆者將對(duì)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)切除的限速邏輯進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品性能與設(shè)計(jì)要求不相符的原因，并本著可靠性原則提供改進(jìn)建議，以使車輛滿足設(shè)計(jì)要求。

1 切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)列車限速情況

運(yùn)行在廣三北線的軌道列車的控制系統(tǒng)由西門子提供，主控制器簡(jiǎn)稱VCU，每列車有6節(jié)編組，分別為A1／B1／C1和C2／B2／A2，3節(jié)編組為1個(gè)單元，每節(jié)車2個(gè)轉(zhuǎn)向架，分為一位端和二位端，整列車共12個(gè)轉(zhuǎn)向架。氣制動(dòng)控制方式為架控，針對(duì)單個(gè)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行控制，所以本文切除氣制動(dòng)稱為切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)。

1.1 切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)限速要求

轉(zhuǎn)向架的限制速度試驗(yàn)：根據(jù)廣三北項(xiàng)目智能端子站SKS信號(hào)功能描述及西門子控制邏輯，按摩擦制動(dòng)設(shè)計(jì)要求，1列列車如果有1個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，VCU將限速90 k m／h；有2個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，VCU將限速85 k m／h；有3個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，VCU將限速60 k m／h；有4個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，VCU將牽引封鎖，降級(jí)模式限速25 k m／h可牽引；有多于4個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，VCU將封鎖牽引及緊急牽引。邏輯判斷如圖1所示。

圖1 切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)列車限速邏輯

1.2 切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)實(shí)際限速情況

（1）切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)后列車限速85 k m／h，與一列車有2個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除時(shí)的限速要求相同，而控制邏輯顯示1列列車有1個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，VCU將限速90 k m／h。

（2）在進(jìn)行切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)的限制速度試驗(yàn)時(shí)，選取不同組合的轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)切除，出現(xiàn)的結(jié)果不同，如選取2節(jié)A車帶網(wǎng)關(guān)閥（G）的轉(zhuǎn)向架切除氣制動(dòng)，不能動(dòng)車，降級(jí)模式才能動(dòng)車，但選取2節(jié)A車帶有網(wǎng)關(guān)閥的轉(zhuǎn)向架再加1節(jié)A車帶有智能閥（S）的轉(zhuǎn)向架切除氣制動(dòng)，可以正常模式動(dòng)車且限速60 k m／h。

即表1中第1、2項(xiàng)與設(shè)計(jì)描述不符。

表1 轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)切除及限速情況

2 轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)切除不符合控制邏輯分析

由于出現(xiàn)了非常復(fù)雜且沒有規(guī)律的現(xiàn)象，說明不是單個(gè)硬線傳輸信號(hào)的問題，可能是軟件及控制邏輯的問題。

2.1 列車切除氣制動(dòng)限速邏輯控制

查閱西門子的控制邏輯，發(fā)現(xiàn)切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)后，會(huì)影響2種限速，一是由于切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)引起的限速，每列車12個(gè)轉(zhuǎn)向架，限速邏輯如圖1所示；二是切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)之后會(huì)導(dǎo)致氣制動(dòng)壓力降低，制動(dòng)控制單元（EP2002閥）監(jiān)測(cè)到氣制動(dòng)的壓力低，并反饋VCU而產(chǎn)生的氣制動(dòng)壓力低限速，限速邏輯如圖2所示。每列車12個(gè)轉(zhuǎn)向架，當(dāng)1個(gè)轉(zhuǎn)向架報(bào)氣制動(dòng)壓力低時(shí)，列車限速85 k m／h，當(dāng)2個(gè)轉(zhuǎn)向架報(bào)氣制動(dòng)壓力低時(shí)，列車牽引封鎖，可在降級(jí)模式下限速25 k m／h運(yùn)行。

圖2 氣制動(dòng)壓力低限速邏輯

氣制動(dòng)壓力低信號(hào)的產(chǎn)生，有3個(gè)輸入信號(hào)：

（1）Low BR pressure BCU 是 EP2002閥內(nèi)壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號(hào)，通過MVB傳送給VCU，每個(gè)閥如果檢測(cè)到所控制的轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低于6×105Pa，都會(huì)將信號(hào)傳送給VCU，如圖3中Low BR pressure BCU 1就是 A車一位端EP2002閥發(fā)送過來的。

圖3 A車氣制動(dòng)壓力低判斷邏輯

（2）Low BR pressure SKS是由 EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號(hào)，通過硬線送給SKS然后發(fā)送給VCU的，這種硬線連接只有A車一位端網(wǎng)關(guān)閥、B車二位端智能閥、C車二位端網(wǎng)關(guān)閥。這種信號(hào)有個(gè)特點(diǎn)，就是每節(jié)車只有1個(gè)EP2002閥有信號(hào)線連接，但所發(fā)送的信號(hào)由2個(gè)轉(zhuǎn)向架共用，如圖3中 Low BR pressure 1是一位端轉(zhuǎn)向架壓力低，Low BR pressure 2是二位端轉(zhuǎn)向架壓力低，但是如果SKS收到一位端網(wǎng)關(guān)閥通過硬線反饋過來的壓力低信號(hào)，無論二位端轉(zhuǎn)向架壓力是否低，Low BR pressure 1和 Low BR pressure 2都會(huì)置1，也就是一位端轉(zhuǎn)向架和二位端轉(zhuǎn)向架都會(huì)報(bào)氣制動(dòng)壓力低。

（3）Cut－out BR pressure轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)截?cái)嗲蜷y切除信號(hào)，每個(gè)轉(zhuǎn)向架對(duì)應(yīng)1個(gè)截?cái)嗲蜷y，當(dāng)1個(gè)轉(zhuǎn)向架的截?cái)嗲蜷y沒有被切除時(shí)Cut－out BR pressure為0，當(dāng)轉(zhuǎn)向架的截?cái)嗲蜷y被切除時(shí)Cut－out BR pressure置1。

2.2 列車限速試驗(yàn)情況分析

通過綜合3個(gè)信號(hào)的邏輯可以分析出試驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象。

2.2.1 切除A車轉(zhuǎn)向架1的氣制動(dòng)

切除A車一位端轉(zhuǎn)向架的氣制動(dòng)后，Cut－out BR pressure BG 1 置1，經(jīng)過取反后為0，而轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)切除信號(hào)和EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號(hào)是“與”的關(guān)系，也就是無論EP2002閥通過網(wǎng)絡(luò)或硬線監(jiān)測(cè)到氣制動(dòng)壓力是否低，Low BR pressure 1均不會(huì)置1，即一位端不會(huì)報(bào)氣制動(dòng)壓力低；但該車二位端不同，二位端雖然沒有切除氣制動(dòng)，但二位端Low BR pressure SKS用的是一位端網(wǎng)關(guān)閥反饋來的信號(hào)Low BR pressure SKS 1，由于一位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，通過一位端網(wǎng)關(guān)閥檢測(cè)到該架的氣制動(dòng)壓力為0，一位端Low BR pressure SKS 1會(huì)被置1，通過圖2的邏輯可以看到，無論是通過 MVB接收的 Low BR pressure BCU 2是1還是硬線傳輸Low BR pressure SKS 1是1，Low＿B＿5都會(huì)輸出1，二位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)沒有被切除時(shí)Cut－out BR pressure BG2為0，取反后為1，經(jīng)Low＿B＿6“與”輸出 Low BR pressure 2為1，二位端報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低。

所以切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)后，A車一位端不會(huì)報(bào)氣制動(dòng)壓力低，二位端報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低。這時(shí)列車會(huì)有2種限速，一位端報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，根據(jù)圖1的邏輯，列車VCU將限速90 k m／h，而二位端報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低，根據(jù)圖3邏輯，列車VCU將限速85 k m／h，所以切除一位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)后列車將按照限速等級(jí)高的標(biāo)準(zhǔn)限制在85 k m／h。

2.2.2 切除 A車轉(zhuǎn)向架1、2的氣制動(dòng)

切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)后，如果再切除A車二位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)，Cut－out BR pressure BG 2為1，取反后為0，Low BR pressure 2始終為0，無論Low BR pressure BCU 2和Low BR pressure SKS 1信號(hào)是什么狀態(tài)。也就是列車A車2個(gè)轉(zhuǎn)向架現(xiàn)在沒有報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低，列車沒有限速，而切除2個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)根據(jù)圖1邏輯，列車VCU將限速85 k m／h。

這就是切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)，列車VCU將限速85 k m／h；切除A車2個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)，列車還是限速85 k m／h的原因。

2.2.3 切除A車轉(zhuǎn)向架1和C車轉(zhuǎn)向架2的氣制動(dòng)

根據(jù)上面分析，切除A車一位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)，Low BR pressure 2為1，A車二位端報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低；同樣切除C車二位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)，Low BR pressure SKS 3為1，如圖4所示，導(dǎo)致Low BR pressure 5為1，C車一位端報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低，這時(shí)列車有2種限速，A車一位端和C車二位端2個(gè)轉(zhuǎn)向架被切除，根據(jù)圖1邏輯，列車VCU將限速85 k m／h；而根據(jù)圖2邏輯，A車二位端和C車一位端2個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低，列車牽引封鎖，可在降級(jí)模式下限速25 k m／h運(yùn)行。

圖4 C車氣制動(dòng)壓力低判斷邏輯

2.2.4 切除A車轉(zhuǎn)向架1、2和C車轉(zhuǎn)向架2的氣制動(dòng)

在2.2.3的操作基礎(chǔ)上，再切除A車二位端轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)后，導(dǎo)致Low BR pressure 2為0，A車二位端不再報(bào)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)壓力低，只有C車一位端報(bào)氣制動(dòng)壓力低，1個(gè)氣制動(dòng)壓力低，列車VCU將限速85 k m／h，同時(shí)列車3個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)被切除，列車限速60 k m／h，按照限速高的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，列車限速60 k m／h。

同樣方式可以分析出表中切除任何轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)組合所產(chǎn)生的不同的限速現(xiàn)象。

3 切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)限速不滿足要求的原因及解決方式

3.1 原因分析

導(dǎo)致這種邏輯混亂的原因主要是：

（1）由EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低信號(hào)，通過硬線送給SKS的信號(hào)，每節(jié)車安裝有2個(gè)EP2002閥，只有1個(gè)EP2002閥通過硬線發(fā)出壓力低信號(hào)，而VCU采用時(shí)，2個(gè)轉(zhuǎn)向架均默認(rèn)采用同一信號(hào)，導(dǎo)致沒有硬線連接的EP2002閥并沒有檢測(cè)到壓力低，而VCU卻判斷這個(gè)轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)氣制動(dòng)壓力低。

（2）由于EP2002閥壓力傳感器監(jiān)控的壓力低并通過MVB反饋給VCU的信號(hào)和通過硬線送給VCU的信號(hào)是“或”的關(guān)系，也導(dǎo)致了不合理的現(xiàn)象。

（3）2種限速并存，并且存在共同的輸入信號(hào)，特定情況下便會(huì)出現(xiàn)不同的限速等級(jí)。

3.2 解決方式

綜合分析以上原因，解決該問題的方法有：取消對(duì)EP2002閥內(nèi)壓力傳感器監(jiān)控的壓力低硬線信號(hào)的采用（Low BR pressure SKS），因?yàn)?個(gè)轉(zhuǎn)向架共用1個(gè)EP2002閥的信號(hào)，失去了準(zhǔn)確性，只采用EP2002閥內(nèi)壓力傳感器監(jiān)控并通過MVB送給 VCU 的信號(hào)（Low BR pressure BCU），因?yàn)閱蝹€(gè) EP2002閥針對(duì)單個(gè)轉(zhuǎn)向架監(jiān)測(cè)，能反映每個(gè)轉(zhuǎn)向架實(shí)時(shí)的壓力狀況。這樣修改后，切除1個(gè)轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)，不會(huì)導(dǎo)致同一節(jié)車的另一端報(bào)氣制動(dòng)壓力低，從而只有切除轉(zhuǎn)向架氣制動(dòng)的限速，如此能達(dá)到圖1的邏輯要求，此方案已通過驗(yàn)證，取消硬線后列車功能正常。

4 結(jié)語

經(jīng)過分析和試驗(yàn)，終于明確了廣三北線列車在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的列車限速與設(shè)計(jì)不符的原因?，F(xiàn)在通過修改列車控制軟件，已成功解決了該問題。整理完成此文，以期能對(duì)軌道交通列車技術(shù)人員有所啟發(fā)。

［1］南車株洲電力機(jī)車有限公司.廣州三號(hào)線北延段工程車輛電氣原理圖，2010

［2］南車株洲電力機(jī)車有限公司.GZML3E項(xiàng)目維護(hù)手冊(cè)，2010

［3］南車株洲電力機(jī)車有限公司.GZML3E項(xiàng)目智能子站SKS信號(hào)功能描述：A版，2010