廣三北線列車切除氣制動限速問題分析

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，而廣三北線在實際運行過程中發現列車在特殊情況下切除轉向架氣制動的限速與設計要求不符，一旦需要啟用相應的限速等級，會出現意想不到的安全問題，為此筆者將對轉向架氣制動切除的限速邏輯進行分析，發現產品性能與設計要求不相符的原因，并本著可靠性原則提供改進建議，以使車輛滿足設計要求。

1 切除轉向架氣制動列車限速情況

運行在廣三北線的軌道列車的控制系統由西門子提供，主控制器簡稱VCU，每列車有6節編組，分別為A1／B1／C1和C2／B2／A2，3節編組為1個單元，每節車2個轉向架，分為一位端和二位端，整列車共12個轉向架。氣制動控制方式為架控，針對單個轉向架進行控制，所以本文切除氣制動稱為切除轉向架氣制動。

1.1 切除轉向架氣制動限速要求

轉向架的限制速度試驗：根據廣三北項目智能端子站SKS信號功能描述及西門子控制邏輯，按摩擦制動設計要求，1列列車如果有1個轉向架氣制動被切除，VCU將限速90 k m／h；有2個轉向架氣制動被切除，VCU將限速85 k m／h；有3個轉向架氣制動被切除，VCU將限速60 k m／h；有4個轉向架氣制動被切除，VCU將牽引封鎖，降級模式限速25 k m／h可牽引；有多于4個轉向架氣制動被切除，VCU將封鎖牽引及緊急牽引。邏輯判斷如圖1所示。

圖1 切除轉向架氣制動列車限速邏輯

1.2 切除轉向架氣制動實際限速情況

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

（2）在進行切除轉向架氣制動的限制速度試驗時，選取不同組合的轉向架氣制動切除，出現的結果不同，如選取2節A車帶網關閥（G）的轉向架切除氣制動，不能動車，降級模式才能動車，但選取2節A車帶有網關閥的轉向架再加1節A車帶有智能閥（S）的轉向架切除氣制動，可以正常模式動車且限速60 k m／h。

即表1中第1、2項與設計描述不符。

表1 轉向架氣制動切除及限速情況

2 轉向架氣制動切除不符合控制邏輯分析

由于出現了非常復雜且沒有規律的現象，說明不是單個硬線傳輸信號的問題，可能是軟件及控制邏輯的問題。

2.1 列車切除氣制動限速邏輯控制

查閱西門子的控制邏輯，發現切除轉向架氣制動后，會影響2種限速，一是由于切除轉向架氣制動引起的限速，每列車12個轉向架，限速邏輯如圖1所示；二是切除轉向架氣制動之后會導致氣制動壓力降低，制動控制單元（EP2002閥）監測到氣制動的壓力低，并反饋VCU而產生的氣制動壓力低限速，限速邏輯如圖2所示。每列車12個轉向架，當1個轉向架報氣制動壓力低時，列車限速85 k m／h，當2個轉向架報氣制動壓力低時，列車牽引封鎖，可在降級模式下限速25 k m／h運行。

圖2 氣制動壓力低限速邏輯

氣制動壓力低信號的產生，有3個輸入信號：

（1）Low BR pressure BCU 是 EP2002閥內壓力傳感器監控的壓力低信號，通過MVB傳送給VCU，每個閥如果檢測到所控制的轉向架氣制動壓力低于6×105Pa，都會將信號傳送給VCU，如圖3中Low BR pressure BCU 1就是 A車一位端EP2002閥發送過來的。

圖3 A車氣制動壓力低判斷邏輯

（2）Low BR pressure SKS是由 EP2002閥壓力傳感器監控的壓力低信號，通過硬線送給SKS然后發送給VCU的，這種硬線連接只有A車一位端網關閥、B車二位端智能閥、C車二位端網關閥。這種信號有個特點，就是每節車只有1個EP2002閥有信號線連接，但所發送的信號由2個轉向架共用，如圖3中 Low BR pressure 1是一位端轉向架壓力低，Low BR pressure 2是二位端轉向架壓力低，但是如果SKS收到一位端網關閥通過硬線反饋過來的壓力低信號，無論二位端轉向架壓力是否低，Low BR pressure 1和 Low BR pressure 2都會置1，也就是一位端轉向架和二位端轉向架都會報氣制動壓力低。

（3）Cut－out BR pressure轉向架氣制動截斷球閥切除信號，每個轉向架對應1個截斷球閥，當1個轉向架的截斷球閥沒有被切除時Cut－out BR pressure為0，當轉向架的截斷球閥被切除時Cut－out BR pressure置1。

2.2 列車限速試驗情況分析

通過綜合3個信號的邏輯可以分析出試驗中出現的現象。

2.2.1 切除A車轉向架1的氣制動

切除A車一位端轉向架的氣制動后，Cut－out BR pressure BG 1 置1，經過取反后為0，而轉向架氣制動切除信號和EP2002閥壓力傳感器監控的壓力低信號是“與”的關系，也就是無論EP2002閥通過網絡或硬線監測到氣制動壓力是否低，Low BR pressure 1均不會置1，即一位端不會報氣制動壓力低；但該車二位端不同，二位端雖然沒有切除氣制動，但二位端Low BR pressure SKS用的是一位端網關閥反饋來的信號Low BR pressure SKS 1，由于一位端轉向架氣制動被切除，通過一位端網關閥檢測到該架的氣制動壓力為0，一位端Low BR pressure SKS 1會被置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都會輸出1，二位端轉向架氣制動沒有被切除時Cut－out BR pressure BG2為0，取反后為1，經Low＿B＿6“與”輸出 Low BR pressure 2為1，二位端報轉向架氣制動壓力低。

所以切除A車一位端轉向架氣制動后，A車一位端不會報氣制動壓力低，二位端報轉向架氣制動壓力低。這時列車會有2種限速，一位端報轉向架氣制動被切除，根據圖1的邏輯，列車VCU將限速90 k m／h，而二位端報轉向架氣制動壓力低，根據圖3邏輯，列車VCU將限速85 k m／h，所以切除一位端轉向架氣制動后列車將按照限速等級高的標準限制在85 k m／h。

2.2.2 切除 A車轉向架1、2的氣制動

切除A車一位端轉向架氣制動后，如果再切除A車二位端轉向架氣制動，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信號是什么狀態。也就是列車A車2個轉向架現在沒有報轉向架氣制動壓力低，列車沒有限速，而切除2個轉向架氣制動根據圖1邏輯，列車VCU將限速85 k m／h。

這就是切除A車一位端轉向架氣制動，列車VCU將限速85 k m／h；切除A車2個轉向架氣制動，列車還是限速85 k m／h的原因。

2.2.3 切除A車轉向架1和C車轉向架2的氣制動

根據上面分析，切除A車一位端轉向架氣制動，Low BR pressure 2為1，A車二位端報轉向架氣制動壓力低；同樣切除C車二位端轉向架氣制動，Low BR pressure SKS 3為1，如圖4所示，導致Low BR pressure 5為1，C車一位端報轉向架氣制動壓力低，這時列車有2種限速，A車一位端和C車二位端2個轉向架被切除，根據圖1邏輯，列車VCU將限速85 k m／h；而根據圖2邏輯，A車二位端和C車一位端2個轉向架氣制動壓力低，列車牽引封鎖，可在降級模式下限速25 k m／h運行。

圖4 C車氣制動壓力低判斷邏輯

2.2.4 切除A車轉向架1、2和C車轉向架2的氣制動

在2.2.3的操作基礎上，再切除A車二位端轉向架氣制動后，導致Low BR pressure 2為0，A車二位端不再報轉向架氣制動壓力低，只有C車一位端報氣制動壓力低，1個氣制動壓力低，列車VCU將限速85 k m／h，同時列車3個轉向架氣制動被切除，列車限速60 k m／h，按照限速高的標準執行，列車限速60 k m／h。

同樣方式可以分析出表中切除任何轉向架氣制動組合所產生的不同的限速現象。

3 切除轉向架氣制動限速不滿足要求的原因及解決方式

3.1 原因分析

導致這種邏輯混亂的原因主要是：

（1）由EP2002閥壓力傳感器監控的壓力低信號，通過硬線送給SKS的信號，每節車安裝有2個EP2002閥，只有1個EP2002閥通過硬線發出壓力低信號，而VCU采用時，2個轉向架均默認采用同一信號，導致沒有硬線連接的EP2002閥并沒有檢測到壓力低，而VCU卻判斷這個轉向架出現氣制動壓力低。

（2）由于EP2002閥壓力傳感器監控的壓力低并通過MVB反饋給VCU的信號和通過硬線送給VCU的信號是“或”的關系，也導致了不合理的現象。

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

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EP2002閥內壓力傳感器監控的壓力低硬線信號的采用（Low BR pressure SKS），因為2個轉向架共用1個EP2002閥的信號，失去了準確性，只采用EP2002閥內壓力傳感器監控并通過MVB送給 VCU 的信號（Low BR pressure BCU），因為單個 EP2002閥針對單個轉向架監測，能反映每個轉向架實時的壓力狀況。這樣修改后，切除1個轉向架氣制動，不會導致同一節車的另一端報氣制動壓力低，從而只有切除轉向架氣制動的限速，如此能達到圖1的邏輯要求，此方案已通過驗證，取消硬線后列車功能正常。

4 結語

經過分析和試驗，終于明確了廣三北線列車在實際運行過程中出現的列車限速與設計不符的原因。現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，以期能對軌道交通列車技術人員有所啟發。

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

［2］南車株洲電力機車有限公司.GZML3E項目維護手冊，2010

［3］南車株洲電力機車有限公司.GZML3E項目智能子站SKS信號功能描述：A版，2010