淺談地鐵門系統安全互鎖回路故障診斷及優化

姚茂軍

南京康尼電子科技有限公司 江蘇南京 210038

1 安全互鎖回路作用及組成

1.1 安全互鎖回路的作用

正常情況下，門關閉鎖好或被操作隔離裝置后，其安全互鎖回路閉合；門打開或被操作緊急解鎖裝置后，其安全互鎖回路斷開。每個門的安全互鎖回路串聯構成整車安全互鎖回路。整車安全互鎖回路閉合，列車才能牽引發車，因此，安全互鎖回路是監控門系統是否全部關閉鎖好的重要手段，對于保護乘客安全至關重要。

1.2 安全互鎖回路的組成

門在關門過程中，先觸發關到位開關（X4），表明門已關好，再觸發鎖到位開關（X1），表明門已鎖好。若乘客操作緊急解鎖裝置會觸發緊急解鎖開關（X3）。門系統發生故障后，操作隔離裝置機械鎖定門扇會觸發隔離開關（X2），讓此門退出服務，同時旁路此門的安全互鎖回路。目前，門系統安全互鎖回路的主流組成主要有兩種：

一種是將X1開關與X4開關串聯放在一條安全互鎖回路中，如圖1a所示。另一種是將X1開關與X4開關分開，形成鎖到位安全互鎖回路和關到位安全互鎖回路兩條回路，如圖1b所示。列車上每個門的（關/鎖到位）安全互鎖回路串聯后構成整車的（關/鎖到位）安全互鎖回路。4個開關各有2對觸點，一對觸點接入門安全互鎖回路，另一對觸點接入控制器輸入口。A、B及C、D為安全互鎖回路2端的監控點。

圖1 門內部安全互鎖回路組成示意圖

4個開關各有2對觸點，一對觸點接入門安全互鎖回路，另一對觸點接入控制器輸入口。A、B及C、D為安全互鎖回路2端的監控點，均接入控制器的不同輸入口。

兩條安全互鎖回路相對于一條安全互鎖回路的好處，在于車輛控制相對靈活，在保證安全的情況下，減少安全互鎖回路故障對運營的影響：在列車運行時，若出現鎖到位安全互鎖回路斷開，關到位安全互鎖回路仍然閉合的情況，可以不施加制動，維持運行[1]。

2 安全互鎖回路失效模式

2.1 開關失效模式

（1）無法觸發/無法釋放。此失效模式主要由開關自身卡滯或機械觸發部件運動卡滯導致，此時開關對于安全互鎖回路的通斷狀態，可以通過開關接入控制器的另外一對觸點判知。此失效模式不能通過安全互鎖回路故障診斷，但可以通過防擠壓故障或開關恒有效故障進行診斷。

（2）意外釋放/意外觸發。此失效模式主要由開關自身接觸不良或機械觸發部件抖動導致，此時開關對于安全互鎖回路的通斷狀態，可以通過開關接入控制器的另外一對觸點判知。此失效模式不能通過安全互鎖回路故障診斷，但可以通過未經許可離開關鎖到位位置故障進行診斷。

（3）觸點動作不一致。此失效模式主要由開關自身失效（如彈簧力衰減或簧片變形等）導致，此時開關對于安全互鎖回路的通斷狀態，無法通過開關接入控制器的另外一對觸點判知。此失效模式可以通過安全互鎖回路故障進行診斷。

2.2 接線脫落或虛接

此失效模式主要由接線不可靠導致，若為開關接線不可靠，那么開關接入安全互鎖回路的通斷狀態，無法通過開關接入控制器的另外一對觸點判知。此類似于開關觸點動作不一致失效模式，可以通過安全互鎖回路故障進行診斷；若是門與門之間的安全互鎖回路接線不可靠，其無法通過單門的安全互鎖回路故障進行診斷，需要結合相鄰門的監控信號才能診斷[2]。

3 安全互鎖回路故障診斷邏輯設計

3.1 單門安全互鎖回路故障診斷

（1）單門安全互鎖回路當斷開未斷開故障。根據開關接入控制器的一對觸點信號判斷，開關的另一對觸點使得安全互鎖回路處于斷開狀態，在不考慮列車雙向供電的情況下，A、B（或C、D）各監控點的電壓可以同時為低電平，但不能同時為高電平，據此，當檢測到A、B（或C、D）各監控點的電壓同為高電平，可判斷為安全互鎖回路故障。若考慮列車雙向供電的情況，必須引入司機占有端信號進行補充判斷。單門此類故障不會影響列車的功能，但可以提前發現故障，及時處理，避免其進一步引發其它故障。

（2）單門安全互鎖回路當閉合未閉合故障。根據開關接入控制器的一對觸點信號判斷，開關的另一對觸點使得安全互鎖回路處于閉合狀態，則A、B（或C、D）各監控點的電壓相同，因此，當檢測到A、B（或C、D）各監控點的電壓不同，則判斷為安全互鎖回路故障。由于個別門安全互鎖回路因故障無法閉合而影響發車，應立即診斷出并顯示在HMI上，以便司乘人員第一時間隔離此門，接通該門安全互鎖回路，從而保證整車安全互鎖回路閉合。以一路安全互鎖回路為例，說明回路故障判定情形如下表1，其中，X表示開關狀態為閉合或斷開。兩路安全互鎖回路故障判定原理與之同。

表1 一路安全互鎖回路故障判定

3.2 門與門之間安全互鎖回路故障診斷

對于車廂門系統為主從組網方式通訊時，例如一主多從或兩主多從，主門控制器通過內網總線收集同車廂所有門的A、B（或C、D）各監控點的狀態，根據門與門之間安全互鎖回路連線方式，判定相連的2個監控點的電平狀態，若不同，則判斷為故障，并將該狀態通過車輛總線上報車輛網絡。對于車廂門系統采取單一網絡，不區分主從時，則上述主門控制器的診斷工作可由車輛網絡來完成。

3.3 時間參數設計

4個開關以及A、B（或C、D）各監控點分別接入控制器不同的輸入口，控制器對這些信號應采用相同的濾波時間以及濾波時基，并將濾波函數放在連續的程序段執行，以避免程序執行上的時序差。正常開關信號抖動時間不超過20ms，考慮一定的安全裕度，可設置各輸入口濾波時間為30ms。單門安全互鎖回路故障的診斷時間應大于濾波時間，同樣考慮留有一定的安全裕度，可設置為70ms。門與門之間的安全互鎖回路故障診斷時間應較通訊故障診斷時間長1～2個輪詢周期。時間設置太短，冗余性低，易誤報故障，時間設置太長，無法診斷出瞬間故障，比如列車運營過程中開關抖動等瞬間出現又消失的故障，若診斷時間太長，可能列車已經緊制，卻不知故障點位置。這些參數可根據線路的實際運營情況進行調整。

3.4 故障上報及存儲

故障診斷出來后，應立即上報并存儲，存儲時設置故障子碼，區分不同的故障類型，同時對故障時的環境數據同步存儲，用于列車回庫后進一步分析故障點。由于安全互鎖回路故障可以自消除，對于其瞬間故障（產生及消除可能發生在同一秒），考慮到故障上報到HMI顯示出故障存在延時，對于瞬間故障一定要進行自保持，自保持時長不低于系統傳輸延時，否則，也會發生列車已經緊制，卻不知故障點位置的情況[3]。

4 結語

目前，對于安全互鎖回路故障診斷主要是診斷邏輯不全面，診斷時間不合理，以至于實際運營中的某些故障診斷不出來。當項目要求故障點必須具體到某一個開關時，那么還需要在開關之間增加新的監控點。本文主要從門系統角度進行了探討，若從車輛角度考慮，還可以對相鄰車廂間的安全互鎖回路進行診斷，以及可以對開關觸發時序與回路時序進行數據自學習，數據積累后可進一步設計故障預診斷方案。