天津地鐵車輛門控器設計優化初探

武星宇

天津軌道交通運營集團有限公司 天津 300222

正文：

一、前言

天津地鐵截止2019年已開通了1、2、3、5、6、9號線，形成了地鐵網絡。但隨之而來的是每條線路車型不同，生產廠商不同導致的車輛設備差異加大。其中門控器表現的尤為突出，每條線路門控器的穩定性也大不相同。因此，結合各條線路門控器故障點的分布特性和每條線路門控器的故障率，總結出門控器的設計優點以及元件性能穩定的原因，對提高門控器穩定性有非常重要的作用。

二、門控器類型簡介

天津地鐵現有的門控器主要分為兩種類型，1、3、6號線的門控器和2號線門控器。門控器導致的主要車門故障現象包括：車門3S未打開、車門未關閉、TMS顯示未知、防擠壓力有效值超過150N、關門力過小，車門安全回路斷開、車門無法正常開關、門控器內部短路等。這些故障會造成列車下線、晚點、清客等影響。

1、3、6號線的門控器如圖1所示，1號線門控器型號最老，6號線門控器型號最新。1號線老門控器故障每年大約30起，1號線新型門控器故障每年大約10起，3號線門控器故障每年大約5起，6號線門控器每年大約3起。因此，隨著門控器型號的更新，門控器故障率明顯降低。2號線門控器如圖2所示，每年門控器故障大約30起。兩種門控器都包括電源供電、信號輸入、控制電路、通信電路、輸出指示燈電路、電機驅動電路六個部分，但每個部分都各有特色。下面我將根據不同型號門控器的故障特點，分析門控器設計的優缺點，從而找出門控器設計的最優方案。

圖1

圖2

三、供電電路分析

電源模塊：天津地鐵最先建造的1號線車輛門控器電源模塊型號多樣，未統一品牌，導致運行7年以后部分門控器電壓不穩故障頻繁，之后通過更換電源模塊降低了故障率，但電壓不穩對下口元器件產生的傷害無法彌補，導致更換電源模塊后部分門控器故障仍頻繁。因此，后續車輛的門控器要求進行型式試驗的電路板需保留，型式試驗合格后此電路板將作為今后其它電路板驗收時模板，硬件方面要保持完全一致。并且元器件必須是被實踐證明質量過硬的廠家產品。

濾波電路：天津地鐵最先建造的1號線車輛門控器采用電容濾除高頻干擾和低頻干擾，減少電路中的電壓波動。之后生產的門控器，采用了電容濾波的基礎之上，增加了2個高頻扼流圈，分別濾除共模干擾信號和差模干擾信號，使門控器的抗干擾能力更強。

保護電路：天津地鐵最先建造的1號線車輛門控器和2號線門控器外，其他門控器在保護電路方面進行了改進，采用壓敏電路進行過壓保護，壓敏電阻作用為泄放尖峰電壓避免電源模塊受到高壓沖擊。還采用穩壓繼電器，通過繼電器供電比直接供電延遲，避免了上電電壓不穩對后續電路造成沖擊。

圖3 新型門控器圖解

四、電機驅動電路分析

老型號門控器采用mos管搭建的逆變電路，通過芯片驅動電路工作。 新型號門控器采用新型的集成電機驅動器，將驅動橋和驅動芯片集成到一個芯片內，比老門控器有更強的驅動能力和耐壓能力，并增加了溫度檢測等功能。采用了DIP封裝加散熱片的安裝方式，將芯片垂直于電路板安裝，避免了將橋路產生的熱量傳導到主電路板上的缺點，減少了對其他元件的溫度干擾。

圖4 老門控器電機驅動

圖5 新型門控器電機驅動

五、通信電路

對于門控器通信電路主要采用RS485形式，但近幾年廠家推薦的新型門控器都是采用CAN總線，對于門控器而言CAN總線具有數據傳輸率高，具備錯誤檢測機制通信失效率低，網絡調試簡單，后期維護成本低，可以實現多主網絡等優點。

圖6 老門控器通信電路

圖7 新型門控器通信電路

六、結論

通過上述分析，總結出一下幾點門控器優化建議：

1、后續車輛的門控器要求進行型式試驗的電路板需保留，型式試驗合格后此電路板將作為今后其它電路板驗收時模板，硬件方面要保持完全一致。并且元器件必須是被實踐證明質量過硬的廠家產品。

2、濾波電路要采用濾波性能強的設計方案，如在電容濾波的基礎之上，增加高頻扼流圈，濾除共模干擾信號和差模干擾信號，使門控器的抗干擾能力更強。

3、增加電壓穩定性，可以采用在電源模塊下口設置穩壓模塊，降低上口電壓不穩對后續電路造成沖擊。

4、對于電機驅動電路和通信電路，要采用穩定性強、性能高的新型電路。