長春市軌道交通?C?型列車停車/停放制動控制邏輯分析及改進(jìn)措施

劉暢 張燕萍 左安國

摘 要：長春市軌道交通 C 型第三期列車整車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由 2 家制造商提供，并分別裝載于不同生產(chǎn)批次的列車。不同制造商的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)執(zhí)行邏輯略有差異，尤其停車制動、停放制動的控制邏輯差異導(dǎo)致列車運營及日常維護(hù)受到嚴(yán)重影響，文章針對這 2 種控制邏輯的差異進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;制動控制;邏輯分析;改進(jìn)措施

中圖分類號：U270.35

長春市軌道交通C型第三期列車為70%低地板列車，由4動2拖編組組成，主要制動為電制動和機(jī)械制動，機(jī)械制動由液壓制動及磁軌制動組成。從該型號列車開始運營至今，已超過10年，整車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由A、B 2個不同制造商提供，其制動控制邏輯存在差異，尤其體現(xiàn)在停車制動及停放制動信號施加的控制邏輯上。

A制造商停車制動、停放制動緩解采用“與”邏輯，停車制動信號施加條件為無速度限制。B制造商停車制動、停放制動緩解采用“或”邏輯，停車制動施加條件為列車速度小于12 km/h時施加。

1 問題提出

經(jīng)對安裝有A、B 2個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的列車停車/停放制動調(diào)查發(fā)現(xiàn)，安裝A網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的列車，在線運營過程中多次出現(xiàn)非制動故障情況下的制動無法緩解現(xiàn)象及列車異常施加停車制動的情況，多次造成列車無法正常運行，嚴(yán)重影響線路運營計劃。安裝B網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的列車，則未發(fā)生此現(xiàn)象。

之后，車輛段對A制造商列車實際運行情況、列車監(jiān)控記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時進(jìn)行現(xiàn)場故障模擬，發(fā)現(xiàn)該異常類故障可100%復(fù)現(xiàn)，A制造商設(shè)計師對此予以了確認(rèn)。隨后車輛段分別與A、B 2個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)制造商進(jìn)一步核實，最終確定是由于停車制動及停放制動分別采用了不同的控制邏輯所致。

2 停車/停放制動簡介

2.1 停車制動

停車制動是指列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根據(jù)牽引逆變器發(fā)出的電動轉(zhuǎn)換信號，將列車運行速度控制在5～1km/h范圍的機(jī)械制動。當(dāng)任何一個有效的電動轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘枙r施加停車制動，否則列車處于停車制動緩解狀態(tài)。

停車制動施加和緩解為邏輯控制，由網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對電動轉(zhuǎn)換信號電平高低進(jìn)行識別和邏輯判斷后，向動力模塊制動控制單元發(fā)出停車制動施加或緩解指令。動力模塊制動控制單元接收的指令為高電平時制動緩解，低電平時制動施加。

2.2 停放制動

停放制動是指列車運行速度在1～0 km/h范圍的機(jī)械制動。當(dāng)滿足制動等級SB、EB1、EB3、EB2中的任何一個且速度≤1 km/h時，則施加停放制動。停放制動施加后，只有在啟車時才能緩解。

停放制動施加未采用邏輯控制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)判斷列車處于制動狀態(tài)且列車速度處于1～0 km/h范圍時， 向動力模塊制動控制單元發(fā)出停放制動施加指令;停放制動緩解為邏輯控制，由網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行電動轉(zhuǎn)換信號電平高低的識別和邏輯判斷后，向動力模塊制動控制單元發(fā)出相關(guān)指令。動力模塊制動控制單元接收的指令為高電平時制動緩解，低電平時制動施加。

2.3 停車/停放制動電動轉(zhuǎn)換信號

當(dāng)牽引逆變器檢測到列車處于牽引狀態(tài)時，電動轉(zhuǎn)換信號由低電平信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖叫盘?當(dāng)牽引逆變器檢測到列車處于非牽引狀態(tài)且列車速度≤5 km/h時，電動轉(zhuǎn)換信號由高電平信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘枴?/p>

3 停車/停放制動控制邏輯

3.1 停車制動控制邏輯

3.1.1 停車制動施加控制邏輯

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到任意1臺牽引逆變器發(fā)出的電動轉(zhuǎn)換信號由高電平信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘枙r，即滿足“或”邏輯后（圖1），網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動力模塊制動控制單元發(fā)出停車制動施加指令。

停車制動施加若采用“與”邏輯控制，則在電制動和機(jī)械制動切換過程中，可能會出現(xiàn)由于電動轉(zhuǎn)換信號異常造成列車出現(xiàn)無法施加機(jī)械制動的情況，為避免此情況發(fā)生，A、B制造商均采用“或”邏輯控制。

3.1.2 停車制動緩解控制邏輯

（1）A制造商“與”邏輯控制。當(dāng)同一列車中的4臺牽引逆變器工作均正常，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到4臺牽引逆變器發(fā)出的電動轉(zhuǎn)換信號同時為高電平信號時，即滿足“與”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動力模塊制動控制單元發(fā)出停車制動緩解指令（圖2）;當(dāng)某臺牽引逆變器工作不正常（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到牽引工作正常信號及電制動工作正常信號中的任意1個或全部為低電平）時，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將不檢測該牽引逆變器的電動轉(zhuǎn)換信號，而是通過剩余有效的電動轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行“與”邏輯判斷，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并據(jù)此向動力模塊制動控制單元發(fā)出停車制動緩解指令。

（2）B制造商“或”邏輯控制。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到任意1臺牽引逆變器發(fā)出的電動轉(zhuǎn)換信號為高電平信號時，即滿足“或”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動力模塊制動控制單元發(fā)出停車制動緩解指令（圖3）;當(dāng)列車靜止且處于停車制動施加狀態(tài)時，在啟動列車后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將自動向動力模塊制動控制單元發(fā)出停放制動施加指令，隨后通過停放制動緩解控制邏輯進(jìn)行緩解。

3.2 停放制動控制邏輯

3.2.1 停放制動施加控制邏輯長春市軌道交通C型第三期列車停放制動施加未采用邏輯控制。

3.2.2 停放制動緩解控制邏輯

（1）A制造商“與”邏輯控制。當(dāng)同一列車中的4臺牽引逆變器工作均正常，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到4臺牽引逆變器發(fā)出的電動轉(zhuǎn)換信號同時為高電平信號時，即滿足“與”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動力模塊制動控制單元發(fā)出停放制動緩解指令（圖4）;當(dāng)某臺牽引逆變器工作不正常（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到牽引工作正常信號及電制動工作正常信號中的任意1個或全部為低電平）時，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)將不檢測該牽引逆變器的電動轉(zhuǎn)換信號，而是通過剩余有效的電動轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行“與”邏輯判斷，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)并據(jù)此向動力模塊制動控制單元發(fā)出停放制動緩解指令。

（2）B制造商“或”邏輯控制。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)檢測到任意1臺牽引逆變器發(fā)出的電動轉(zhuǎn)換信號為高電平信號時，即滿足“或”邏輯后，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動力模塊制動控制單元發(fā)出停放制動緩解指令（圖5）。

4 停車/停放制動控制邏輯問題分析

4.1 停車制動施加控制邏輯與列車運行速度關(guān)系

4.1.1 停車制動施加無速度限制

A制造商針對停車制動施加未設(shè)置有速度限制條件，根據(jù)停車制動施加控制邏輯，當(dāng)某個電動轉(zhuǎn)換信號在任意速度下非預(yù)期撤銷，即滿足“或”邏輯狀態(tài)，列車將在此速度下直接施加停車制動直至停車，此過程隨著列車速度的提高，客傷、制動夾鉗磨損、車輪磨損等情況發(fā)生的概率隨之上升。

4.1.2停車制動施加有速度限制

B制造商針對停車制動施加設(shè)置有速度限制條件，一般設(shè)置為，列車行駛速度低于12km/h時，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)向動力模塊制動控制單元發(fā)出停車制動施加指令。當(dāng)某個電動轉(zhuǎn)換信號在速度限制條件下非預(yù)期撤銷，即滿足“或”邏輯狀態(tài)，列車將在此限制速度下施加停車制動直至停車，此過程不易導(dǎo)致客傷、制動夾鉗磨損、車輪磨損等情況的發(fā)生。

4.2 電動轉(zhuǎn)換信號控制板與停車/停放制動控制邏輯關(guān)系分析

電動轉(zhuǎn)換信號由牽引逆變器控制板DI / DO的DO發(fā)出，DO點位常態(tài)為低電平，當(dāng)滿足預(yù)置條件后變?yōu)楦唠娖?當(dāng)控制板DI / DO故障或宕機(jī)時，該點位會保持低電平輸出。

根據(jù)長春市軌道交通3號線線路情況，按照每列車每年運營11個月，每列車每日全線運營往返5次，線路共有車站33座計算，在理想狀態(tài)（每站電動轉(zhuǎn)換控制板DI / DO點位動作2次）下，控制板DI / DO點位每年在正線運營過程中的動作次數(shù)為11×30×10×33×2 = 217800次，考慮車輛段內(nèi)試車、夜間調(diào)試等情況，該點位每年動作次數(shù)將不少于22萬次。

一般情況下，電路板壽命為30年，但控制板DI / DO內(nèi)部繼電器在動作100萬次后，出現(xiàn)不穩(wěn)定（無動作/接觸不良）的概率會上升，因此，在列車運營約5年后，DO輸出的不穩(wěn)定性升高，導(dǎo)致電動轉(zhuǎn)換信號持續(xù)輸出低電平的概率上升。而停車制動施加、停車制動緩解、停放制動緩解均需通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采集電動轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行邏輯判斷，若采用“與”邏輯控制，則列車出現(xiàn)非制動故障情況下的制動無法緩解的概率會隨之提升。

4.3 停放制動緩解“與”“或”邏輯對比分析

（1）從安全性角度考慮，當(dāng)某個牽引逆變器電動轉(zhuǎn)換信號由于異常原因由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖叫盘枙r，列車將會處于停放制動緩解狀態(tài)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)溜車的情況;在控制板DI / DO內(nèi)繼電器不穩(wěn)定情況下，通常會出現(xiàn)無動作/接觸不良以及無法排除的觸點粘連故障現(xiàn)象，因此，從安全性角度考慮，“與”邏輯略優(yōu)于“或”邏輯。

（2）從故障冗余角度考慮，如果單個控制板DI / DO因內(nèi)部繼電器無動作或接觸不良導(dǎo)致無法發(fā)出電動轉(zhuǎn)換信號的概率為A%，則“與”邏輯出現(xiàn)停車制動、停放制動無法緩解的概率為4×A%，“或”邏輯出現(xiàn)停車制動、停放制動無法緩解的概率為A%4，“或”邏輯出現(xiàn)問題的概率遠(yuǎn)小于“與”邏輯，因此，從故障冗余角度考慮，“或”邏輯優(yōu)于“與”邏輯。

（3）從正線運營角度考慮，由于列車顯示屏IDU中電動轉(zhuǎn)換信號顯示位置較為隱蔽，且網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)無明確提示，導(dǎo)致列車駕駛員難以準(zhǔn)確有效地判斷故障點，因此，當(dāng)列車出現(xiàn)停車制動、停放制動無法緩解，正線處理操作無效致使整車重啟時，一般會導(dǎo)致列車不少于5 min的晚點或造成正線延誤，影響正線運營。長春市軌道交通C型第三期列車運營至今采用“或”邏輯的列車未發(fā)生因控制板DI / DO內(nèi)部繼電器問題導(dǎo)致的溜車情況，表明“或”邏輯出現(xiàn)此問題的概率遠(yuǎn)低于“與”邏輯，因此，從正線運營角度考慮，“或”邏輯優(yōu)于“與”邏輯。

5 改進(jìn)措施

經(jīng)與列車制造商反饋、分析、協(xié)調(diào)，目前列車制造商已要求A網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)供應(yīng)商，對所有涉及停放制動、停車制動信號施加控制邏輯問題的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)程序進(jìn)行了更新，修改為停放制動、停車制動緩解采用“或”邏輯，停車制動施加條件改為列車速度小于12km/h時施加，最終停放制動、停車制動的控制邏輯問題得到了解決。

6 結(jié)論及建議

（1）停放制動、停車制動緩解采用“或”邏輯可有效規(guī)避采用“與”邏輯造成的列車正常運行中停放制動、停車制動無法緩解的情況。

（2）停車制動施加條件增加速度限制，可有效避免列車在高速運行中因某個電動轉(zhuǎn)換信號出現(xiàn)異常，導(dǎo)致在非預(yù)期狀態(tài)下施加停車制動所造成的客傷、制動夾鉗磨損、車輪磨損等情況。

（3）通過長春市軌道交通C型第三期列車?yán)塾?0年的運營經(jīng)驗，“或”邏輯完全可以滿足城市軌道交通的運營要求。若必須采用“與”邏輯控制，則在電動轉(zhuǎn)換信號出現(xiàn)異常時，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)在顯示器IDU明顯位置進(jìn)行提示，便于駕駛員第一時間判斷故障原因，縮短因在線故障處理導(dǎo)致的延誤時間。

（4）列車運營5年后，在列車架修過程中，應(yīng)重點對控制板DI / DO內(nèi)部繼電器進(jìn)行預(yù)防性維修，以提高列車運行的穩(wěn)定性。

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收稿日期 2019-12-26

責(zé)任編輯 朱開明