高速動車組廁所有無人顯示器故障檢測與診斷技術研究

作者/岳剛、劉俠、楊盼奎，中車青島四方機車車輛股份有限公司

高速動車組廁所有無人顯示器故障檢測與診斷技術研究

作者/岳剛、劉俠、楊盼奎，中車青島四方機車車輛股份有限公司

目前動車組上廁所有顯示器故障頻發，嚴重影響了旅客的行車感受。廁所顯示器內部電路的短接和斷點是導致廁所顯示器發生故障的主要原因。本文針對廁所顯示器故障檢測與診斷技術進行了研究：對廁所顯示器進行了原理分析，并分析了廁所顯示器的故障類型及故障成因。在此基礎上，對廁所顯示器進行了故障檢測實驗，根據對實驗結果的分析，提出了廁所顯示器故障檢測與診斷技術。

高速動車組；廁所顯示器；故障檢測與診斷

引言

近年來隨著高速鐵路的飛速發展，高速動車組對設備可靠性的要求也隨之提高，同時乘客對乘車體驗也越來越重視。高速動車組的顯示系統是旅客獲取動車車次、列車運行速度、起點站、終點站、廁所使用狀態等信息的唯一途徑，旅客可以根據廁所顯示器燈的顏色來判斷廁所的使用狀態。但是由于高速動車組的廁所顯示器處于長年累月的工作狀態下，其內部電路由于老化等原因出現短路、斷路等情況，導致廁所顯示器故障頻發，給旅客帶來了極大的不便，同時也增加了動車維修人員的工作量，因此開展廁所顯示器的故障檢測與診斷技術研究是十分必要的。

目前，國內外學者對LED顯示器故障檢測與診斷進行了相關研究，馬飛[1]設計了一種高鐵LED陣列顯示系統，該系統由驅動電路、顯示模塊、電源模塊以及下載模塊等組成，可以有效解決高端顯示器的實時、應急顯示效果不足等問題，并且，該系統包含獨立的電源模塊和USB下載模塊，具有廣泛的使用價值；宋成中和康瑞珂[2]介紹了TKCZ型客車廁所有無人顯示裝置的工作原理、安裝使用及維護保養，其中重點介紹了廁所有無人顯示裝置的電路工作原理，同時對其安裝使用和維護保養的注意事項進行了詳盡說明；羅中華[3]設計了一種使用增強型單片機+CPLD+大容量存儲方案作為主控制模塊，由點陣顯示控制板計算出顯示圖形的點陣碼，通過控制data和pulse引腳，輸入某行的數據，然后選通該行，利用簡單的數字電路外圍來驅動128×32的點陣LED顯示屏，LED顯示屏將得到該行的點陣顯示；張邦成和王奕龍等[4]針對軌道車輛車廂LED照明系統故障類型多、故障原因復雜等問題，并為了及時、準確的確定軌道車輛LED照明系統的故障部位和故障原因，把軌道車輛車廂LED照明系統劃分為四個模塊單元，分析了軌道車輛車廂LED照明系統中常見故障單元的故障機理，為軌道車輛車廂LED照明系統的故障診斷與預報提供理論依據。但上述提到的相關技術并不能滿足高速動車組廁所顯示器故障檢測與診斷的需要，因此急需研究一種專門用于廁所顯示器故障檢測與診斷的方法，以此來保證高速動車組廁所顯示器的安全可靠運行。

本文針對動車組廁所顯示器進行了故障檢測實驗，通過分析實驗結果，提出一種故障診斷方法，可以快速判斷廁所顯示器出現故障的位置，從而提高檢測、處理故障的效率。

1.工作原理

廁所有無人顯示器用于控制顯示當前廁所的使用狀態，含有電源模塊、控制模塊和顯示模塊，該系統無需存儲器、微處理器等進行邏輯處理，主要包括電源控制板和顯示板。電源控制板如圖1，功能模塊如圖2所示。

圖1 廁所有無人顯示器電路板

圖2 廁所有無人顯示器功能模塊圖

DC100V電源經過EFD–15變壓器進行調壓，為整個電路的各個模塊供電，控制線控制顯示屏顯示的內容，顯示器每個點使用一個紅燈和一個綠燈，當廁所無人時，控制線未連接電源，電源開關直接控制光電耦合器，使顯示屏顯示的LED燈全部顯示綠燈；當廁所有人時，控制線連接電源，驅動電源開關，VD2二極管反向短路，綠燈無法驅動，只有紅燈支路導通，顯示屏LED燈全部顯示紅燈。實際中通過關門反鎖達到控制線通斷的目的。顯示板上共有13列燈，每列燈由11個紅燈或綠燈串聯。

2.廁所顯示器主要故障類型

廁所顯示器作為列車上常用設備，由于其工作時間長，故障頻率較高，故而對其進行故障分析是有必要的。常見的故障主要有壞點，無法變色，亮度不足，黑屏等。本節將對廁所顯示器常出現的故障進行簡單的介紹及分析。

現象一：少數LED燈壞點。當顯示板上有部分LED燈壞點，通常是該LED燈本身短路或者斷路，可以通過萬用表二極管檔和電壓檔測試。

現象二：顯示屏亮度不足。LED燈兩端電壓通常為2V～3V，若顯示板LED燈亮度不足，通常為電源控制板中電源模塊變壓故障，導致LED兩端電壓偏小。

現象三：顯示屏無法變色。廁所有無人顯示器通過控制線控制顯示屏顏色，當控制線斷開時，即廁所門打開時，屏幕顯示為綠色。當控制線連接DC100V，即廁所門關閉反鎖時，屏幕顯示為紅色。若出現顯示屏無法變色，通常為控制線電路相關電路斷路。

現象四：某列LED燈不亮。每列LED燈為串聯，若其中任一LED燈斷路，則會造成整列LED燈不亮。

3.廁所有無人顯示器故障診斷

根據實驗原理，將DC100V電壓接入正負兩端，若廁所有無人顯示器無任何故障，接通電源后，點亮顯示器上的所有綠燈，表示廁所無人，將控制線接入DC100V電源，所有綠燈熄滅并點亮所有紅燈，表示廁所有人。

將廁所有無人顯示器故障種類編號為A1，A2，接入DC100V供電電源，A1顯示如圖3和圖4所示。

圖3 廁所有無人顯示器A1通電測試一

圖4 廁所有無人顯示器通電測試二

在未接入DC100V控制線時，廁所有無人顯示器本應全點亮綠燈。如圖3可見，廁所有無人顯示器A1左邊第二列顯示故障，前六個燈同時顯示紅綠兩種顏色，斷電后使用萬用表二極管檔對該列燈進行測試，檢測后得知由于該列第七個燈紅燈和綠燈陽極短路，焊點相連，導致前六個燈的紅燈和綠燈一直導通，如圖4，短接6，7兩燈綠燈可實現前5個燈的正常顯示，證實了前述故障診斷。

對A2進行通電測試，如圖5和圖6所示。

圖5 廁所有無人顯示器A2通電測試一

圖6 廁所有無人顯示器A2通電測試二

當廁所無人時，顯示器第六列前兩個燈無法點亮，通過萬用表電壓檔測試，第六列前兩個綠燈短路。

對A2輸入控制電壓DC100V，顯示如圖5所示?？梢姷诹屑t燈皆不亮。

使用萬用表對第六列紅燈進行測試，前10個燈無任何故障，第11個燈斷路，由于該列發光二極管為串聯，所以無法把排在前面的無故障燈點亮。實驗中通過短接第11個紅燈可以實現前10個紅燈的點亮，證實了前述故障診斷。

4.廁所有無人顯示器維修方案

若廁所有無人顯示器出現故障，按以下步驟確認最小維修單元并替換維修：

（1）斷開廁所有無人電源，拆下廁所有無人顯示器并將其打開；

（2）將萬用表調到二極管檔，紅黑表筆接在壞點對應的兩端，若發光二極管不亮，則該發光二極管本身損壞，若顯示板上壞點數量較多且影響到廁所有無人的正常顯示，則更換顯示板；

（3）若顏色顯示錯誤，則在錯誤發光二極管附近用萬用表二極管檔測試，一般為紅黃兩燈焊點短接，若顯示板上壞點數量較多且影響到廁所有無人的正常顯示，則更換顯示板；

（4）在確保顯示板正常情況下依然出現故障，則更換電源控制板。

5.結論

高速動車組廁所有無人顯示器系統故障主要是由于其內部電路的焊點短路，斷路造成的。本文通過對現有故障廁所有無人顯示器通電實驗并進行故障分析，對廁所有無人顯示器頻發故障進行總結歸類，并提出最小單元維修方案。通過該維修方案，可以自行對列車廁所有無人顯示器進行檢修和更換，降低了成本，提升維修效率。

＊ [1]馬飛.一種高鐵LED陣列顯示系統設計[J].信息通道.2017，(02)：71-72.

＊ [2]宋成中，康瑞珂.TKCZ型客車廁所有無人顯示裝置[J].1996,34(01)：32-34.

＊ [3]羅中華.LED信息顯示屏系統的設計[D].南昌：南昌大學，2008.

＊ [4]張邦成，王奕龍，高智.軌道車輛車廂LED照明系統故障機理分析[J].2014，25(06)：53-57.