沈陽地鐵電客車門控器便攜檢測裝置

李明亮，李愛華，祝捷，王冬雷，李國良，梁偉

（沈陽地鐵集團有限公司運營分公司，遼寧 沈陽 110000）

1 背景

1.1 國內地鐵電客車門控器檢測現狀

目前，很多城市為緩解交通擁堵問題，建設了地下交通網絡，地鐵成為人們出行的主要交通工具。地鐵列車運行的根本任務就是安全、正點。地鐵車輛的客室車門是地鐵運營中使用最多的車輛設備，從而也造成了其故障率比較高、更換頻繁，對車輛維修單位造成很大的維修成本。以下從地鐵車輛的車門控制器故障出發，描述了國產化車門控制器的研究初步成果。

地鐵電客車需要定期檢查、維護，包括電客車牽引系統、制動系統、車門系統、列廣系統、空調系統、轉向架系統等。與乘客關系最為直觀密切的為地鐵電客車車門系統，其車門控制器一旦出現故障使門控失靈或反應遲緩，將影響地鐵正常運行，甚至出現重大事故。

而目前，針對電客車門控制系統檢測，平時只對車輛車門狀態檢測和維修，門控器發生故障時，車輛檢修部門只能把門控器安裝到電客車上進行反復測試，或者采購國外進口試驗臺，不僅價格高而且適用性差。現有門控器檢測方法需要兩名檢修員配合，工作比較繁重，同時需要扣停一列電客車，影響列車上線率，還會造成車門傳動部件在非工作狀態下的磨耗。

1.2 目前地鐵電客車門控器便攜性設計的難題

（1）便攜式設計方面：把該裝置設計為手持式裝置，輸入電源為交流220V，提高故障查找工作效率、提高列車上線率，沒有成熟經驗可以借鑒。

（2）信號輸入方面：單個門控器的零速信號無法實時檢測，車門行程開關傳給門控器的輸入和輸出的電平信號狀態不能同時實時檢測，門控器輸入和輸出的脈沖信號不能實時檢測。以上檢測上的不足，會給門控器檢測工作帶來漏洞。

（3）編程方面：由于門控器核心板件為德國博得公司生產，控制邏輯進行了加密設計，我方無法獲得門控器內部控制邏輯資料。

（4）應用推廣：需要充分考慮沈陽地鐵線網運營后的需求，編程語言要有可擴展性。

（5）合規性：獨立的PCB板件、電路可靠性設計需要達到IEC60529標準、EN50121標準、IEC6077標準。

2 工作原理及技術創新

2.1 基本檢測原理

2.1.1 便攜式結構人機界面、設備布局、整體結構（圖1,2）

圖1 檢測裝置人機界面布局

圖2 檢測裝置設備布局

2.1.2 門控器檢測裝置工作原理

該檢測裝置采用手動模式檢測和自動模式檢測兩種技術方式檢測門控器工作狀態。手動檢測方式，實現門控器“零速信號”功能檢測、“隔離信號”功能檢測、“緊急解鎖”功能檢測、“集控開門”功能檢測、“集控關門”功能檢測。自動檢測方式，通過給門控器發信號，實現門控器自動開關門動作，數碼管顯示門控器開關門動作次數。工作邏輯如下圖3所示。

圖3 工作邏輯圖

（1）手動模式下，檢測門控器開門動作。

按下“集控開”按鈕時，檢測裝置上主芯片接到低電平信號時，內部定時器程序延時0．25s后，門控器檢測裝置和門控器同時開始工作，門控器收到主芯片發來的信號，門控器執行開門動作。

0．5S后檢測裝置主芯片發信號給“門鎖閉繼電器”，繼電器輸出DC110V電壓給門控器，繼續開門動作，門控器收到DC110V信號繼續開門。

2S后檢測裝置主芯片發來信號給“門板開關1繼電器”和“門板開關2繼電器”，繼電器輸出DC110V電壓給門控器，繼續開門動作，門控器收到DC110V信號繼續開門。

0．5S后檢測裝置主芯片發來信號給“門開到位繼電器”，繼電器輸出DC110V電壓，終止開門動作，門控器收到停止信號。

（2）手動模式下，檢測門控器關門動作。

按下“集控關”按鈕時，檢測裝置上主芯片接到低電平信號時，內部定時器程序延時0．25s后，“集控關繼電器”收到主芯片發來的信號，繼電器輸出DC110V電壓給門控器關門信號，門控器執行關門動作。

0．5S后檢測裝置主芯片發信號給“門開到位繼電器”，繼電器輸出DC110V電壓給門控器，關門過程動作，門控器收到DC110V信號繼續關門。

2S后檢測裝置主芯片發來信號給“門板開關1繼電器”和“門板開關2繼電器”，繼電器輸出DC110V電壓給門控器，模擬關門過程動作，門控器收到DC110V信號繼續關門。

0．5S后檢測裝置主芯片發信號給“門鎖閉位繼電器”，繼電器輸出DC110V電壓給門控器，關門終止，門控器收到DC110V信號停止關門。

（3）自動模式下，檢測門控器開門和關門動作。

當按下自動按鈕時，主檢測裝置芯片執行自動程序，自動重復開門與關門動作。3段數碼管接收主芯片發來的輸入測試次數數據，并以數字形式顯示出來，開關門動作算1次，共可以顯示999次。

（4）手動模式下，檢測門控器零速信號、隔離信號、緊急解鎖信號。

當按下以上對應的檢測按鈕時，主芯片控制“零速信號”繼電器、“隔離信號”繼電器、“緊急解鎖信號”，繼電器輸出DC110V電壓信號，當門控器收到這些信號，門控器依次顯示這些狀態信號，實現檢測作用。

2.1.3 門控器檢測裝置電氣原理、主芯片（見圖4）

（1）“主芯片”： 15F2K08S2為核心元件，內部存有程序，具有開關定時、檢測計數、控制電壓輸入輸出功能。

（2）“3段數碼管”：型號LED為顯示元件，將門控器檢測次數顯示出來。

（3）“清零按鈕”：型號S9為輸入元件，低電平控制，將門控器檢測次數清零。

（4）“手動按鈕”：型號S7為輸入元件，低電平控制，切換為手動模式實現手動檢測門控器。

（5）“自動按鈕”：型號S8為輸入元件，低電平控制，切換為自動模式，實現自動檢測門控器開關門動作。

（6）“ 三 極 管”： 型 號 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10為輸入輸出執行元件，高電平控制，接收主芯片控制信號來控制繼電器。

（7）“單門試驗按鈕”、“集控開按鈕”、“集控關按鈕”、“零速按鈕”、“隔離信號按鈕”、“緊急解鎖按鈕”：型號S1、S2、S3、S4、S5、S6均為輸入元件，低電平控制，當主芯片接到這些按鈕工作時，主芯片根據內部程序控制檢測動作。

（8）“單門試驗繼電器”、“集控開繼電器”、“集控關繼電器”、“零速信號繼電器”、“隔離信號繼電器”、“緊急解鎖繼電器”、“門開到位繼電器”、“門鎖閉繼電器”、“門板開關1繼電器”、“門板開關2繼電器”：型號為J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、J10全部為輸出元件，繼電器收到主芯片的控制信號后，輸出DC110V電壓信號，檢測門控器功能狀態。

圖4 檢測裝置整體電氣原理圖

2.1.4 元器件接線可靠性設計

（1）輸入接線方式：由15F2K08S2為核心，輸入元件S9的3管腳接15F2K08S2的P1．2管腳；輸入元件S1的3管腳接15F2K08S2的P1．1管腳；輸入元件S2的3管腳接15F2K08S2的P1．0管腳；輸入元件S3的3管腳接15F2K08S2的P3．7管腳；輸入元件S4的3管腳接15F2K08S2的P3．6管腳；輸入元件S5的3管腳接15F2K08S2的P3．0管腳；輸入元件S7的1管腳接15F2K08S2芯片的P0．0；輸入元件S8的1管腳接15F2K08S2 芯片的 P0．1。

（2）顯示狀態接線方式： LED顯示管的管腳1、2、3、A、B、C、D、E、F、G分 別 接 15F2K08S2芯 片P3．5、P3．4、P3．3、P2．0、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P3．2、P2．6、P2．7。

（3）三極管控制接線方式：三極管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10的集電極接電源正5V，發射級管腳分別接15F2K08S2芯片P1．7、P0．7、P0．2、P0．5、P1．3、P0．6、P0．4、P0．3、P1．6、P1．4。

（4）繼電器控制輸出接線方式：繼電器J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、J10的 4管 腳 接 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10的基級端，1管腳都接電源負5V。

2.2 技術改進及創新

（1）填補了行業內便攜式門控器檢測裝置的空白。目前國內開發的同類型產品需要電機、傳動帶、門板機構等執行機構配合完成檢測，占地面積大、機構復雜。

（2）自主研發高效的門控器檢測程序，匯編語言程序代碼執行速度快、占用內存少，是高效的機器程序設計語言，檢測裝置工作性能穩定、高效。

（3）采用匯編語言，便于該檢測裝置在沈陽地鐵不同線路進行推廣，同時可以推廣到全國同行業應用，有優越的市場推廣價值。

3 經濟、社會效益

地鐵電客車門控器便攜檢測裝置目前已應用于沈陽地鐵1、2號線車門門控器檢測，效果突出。

（1）比較原裝車檢測方法節約了人力、物力，預計每年為沈陽地鐵節約人力成本（以2條線計算）20萬元。

（2）通過自主研發，包含軟件程序設計、硬件原理設計，繼電器、三極管、芯片等元件選型和采購，使得門控器檢測裝置研發成本低到每臺0．72萬元，為企業節約了開發經費10萬元。

（3）因該檢測裝置可以捕捉到瞬時故障，提高了地鐵車門系統的安全性，提高了地鐵服務質量，收到了良好的社會效益。

（4）該檢測裝置可以實現產業化，預計可為企業創造可觀的利潤。

4 結語

沈陽地鐵2號線所使用的門控器檢測裝置可以通過線下檢測方式盡早發現、處理并解決故障，能夠有效處理車門控器早期故障，消除相關的安全隱患。自應用以來，每年檢測門控器超過50臺，排除故障隱患10次以上，車門控制器的可靠性有了顯著的提高。