南京地鐵十號線受電弓圖標打叉現象模擬和邏輯分析

徐梅

摘 要：南京地鐵十號線開通運營初期，發生多起升降弓時受電弓圖標打叉現象，故障隨后消失，受電弓圖標恢復正常。通過多次查找模擬，確認非設備故障導致，由此進一步開展對受電弓升降操作中相關指令狀態的監測，并判斷出受電弓圖標打叉的原因。

關鍵詞：控制;硬線;邏輯;受電弓指令

中圖分類號：U264.34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）04-028-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.014

南京地鐵十號線開通運營初期，發生多起DDU（司機顯示單元）上受電弓圖標打叉現象，同時報“受電弓指令故障”。查看故障記錄，故障指向“no position（無位置信號或位置信號不明）”。接報故障來源多來自庫內檢修作業和司機檢車。該故障一般在操作電動升降弓時產生，受電弓到位后受電弓圖標可恢復正常且受電弓功能正常。排查受電弓控制線路，包含升降弓控制開關、二極管、端子排及連接器均無異常，對調升降弓繼電器、受電弓電控盒以及電動降弓機構后也未出現現象轉移。該故障現象出現列車位置隨機，具有偶發性和共性特性，通過初步排查可排除硬線和設備故障。

1 模擬故障現象

受電弓圖標打叉現象一般出現在操作升降弓控制開關時報出，尤其是在多次操作受電弓控制開關的情況下。考慮到保護輔助設備，不造成輔助設備頻繁預充電故障，測試間隔30s操作一次受電弓，控制開關測試升降弓，在測試過程中未出現受電弓圖標打叉現象[1]。

為避免輔助頻繁預充電，切斷接觸網高壓供電?？s減間隔時間測試，間隔大約10s左右操作一次受電弓控制開關，偶發性出現受電弓圖標打叉現象。后在極快速度下，大約控制在間隔6s左右操作受電弓控制開關時，受電弓圖標未出現打叉現象。通過測試多列列車，發現十號線列車均有在一定時間內連續操作受電弓控制開關會出現受電弓圖標打叉現象。

2 監測受電弓指令狀態

通過加載MPU（TCMS主處理單元）圖形，設定故障條件觸發記錄受電弓各相關指令及狀態。庫內操作受電弓控制開關測試，當檢測到受電弓狀態為“no position（無位置信號或位置信號不明）”時，觸發圖形記錄，如圖1所示。

受電弓位置不明故障或受電弓無位置信號故障（no position）的邏輯判斷條件為：

受電弓不在高位（LI_PANiHighSwitch = 0）;

受電弓不在低位（LI_PANiLowSwitch = 0）;

受電弓位置信號有效;

受電弓不在升弓動作狀態（VB_<PANi>Raising = 0）;

受電弓不在降弓動作狀態 （VB_<PANi>Raising = 0）。

圖1為模擬受電弓2故障時，受電弓2“no position（受電弓無位置信號）”條件觸發后所記錄的一定時間內相關變量狀態圖形。當前為司機室1激活，從圖中分析按照時序排列各變量狀態如下：

①如圖2所示，受電弓控制開關位于“升雙弓”位，順時針旋轉受電弓控制開關，在切換到“降雙弓”位的過程中經過“升后弓”位，所以受電弓2產生短暫的升弓指令LLPTL高電平（上升沿）脈沖;

②受電弓2的升弓指令RLPTL（上升沿）觸發VB_PANiraising（升弓動作變量），產生一個恒定的15s的高電平脈沖信號;

③受電弓控制開關切換至“降雙弓”位時，受電弓2產生降弓指令LLPTL高電平信號，受電弓開始升起動作;

④受電弓2的升弓指令LLPTL（上升沿）觸發VB_PANilowering（降弓動作變量），產生一個恒定的15s的高電平脈沖信號;

⑤受電弓2降弓到位，產生受電弓低位信號;

⑥旋轉受電弓控制開關，切換至“升雙弓”位，經過“升前弓”位時受電弓2產生降弓指令LLPTL高電平（上升沿）脈沖，此時④的降弓動作變量仍在恒定的15s高電平脈沖內未結束，所以不會產生新的VB_PANilowering高電平脈沖;

⑦受電弓控制開關切換至“升雙弓”位，收到升弓指令后，受電弓2實施升弓動作，此時②的升弓動作變量仍在恒定的15s高電平脈沖內未結束，所以不會產生新的VB_PANiraising高電平脈沖，同時受電弓2離開低位，失去低位信號;

⑧VB_PANiraising（升弓動作變量）的15s恒定高電平脈沖結束;

⑨VB_PANilowering（降弓動作變量）的15s恒定高電平脈沖結束;

⑩此時，受電弓處于升弓動作（無高位信號和低位信號），且無VB_PANilowering（降弓動作變量）和VB_PANiraising（升弓動作變量），所以受電弓2無位置信號，該狀態維持1s后觸發故障“no position”，此時受電弓圖標打叉;

?受電弓2升弓到位后，收到受電弓高位信號，“no position”信號自行消失，故障現象復位。

3 分析受電弓圖標打叉原因

十號線受電弓電動升降通過4條硬線控制，如圖2所示，分別給出前后弓的升降指令，TCMS（列車控制管理系統）的降弓動作變量VB_PANilowering和升弓動作變量VB_PANiraising，在分別得到降弓和升弓指令（上升沿）時觸發恒定15s的高電平脈沖。如在15s以內再次操作受電弓控制開關，給出新的升降弓指令的情況下不會產生新的VB_PANilowering和VB_PANiraising高電平脈沖。從圖1分析，設定15s恒定的高電平脈沖是不符合實際情況的，升降弓動作實際不需要15s時間。如設計要求操作升降弓必須間隔15s（待升降弓活動變量的恒定15s高電平脈沖結束后），那么完全可以避免受電弓報“no position”假故障[2]。

對比南京地鐵一號線第二種車型NJ01-2，受電弓“no position”故障的邏輯定義有所不同，NJ01-2受電弓位置不明故障或受電弓無位置信號故障（no position）的邏輯判斷條件為：

無升弓指令（VB_PAN<i>RaiseOrd = 0）;

無降弓指令（VB_HVS_PANiLowerOrd = 0）;

無高位信號（LI_PANiHighSwitch = 0）;

無低位信號（LI_PANiLowSwitch = 0）;

受電弓位置有效;

受電弓控制開關不在救援模式（VB_HVS_Rescue = 0）;

降弓列車線模式未激活（VB_HVS_LowPan = 0）。

與十號線車型的區別主要在于無位置（no position）邏輯判斷條件中，十號線結合了受電弓升弓動作變量和降弓動作變量判斷，而NJ01-2車型結合了升降弓指令判斷。一般來說，升降弓指令一直存在，所以不會出現類似十號線列車受電弓無位置（no position）假故障。

4 結語

由于受電弓網絡信號邏輯和受電弓實際動作時間不匹配，導致升降弓操作后在一定時間間隔再次操作升降弓會導致DDU報受電弓圖標打叉，報受電弓無位置故障。這種邏輯上的不匹配并不會對列車造成損害，也不會影響列車正常運營。

從目前的邏輯判斷條件下，有2種情況下不會報出受電弓無位置（no position）假故障：第一，至少間隔15s后再次操作受電弓控制開關進行升降弓操作，此時上一次產生的受電弓升降弓動作變量的15s恒定高電平脈沖已結束，不影響下一次操作;第二，在極快的情況下操作，結合受電弓升降動作時間，經多次測試大約在間隔小于10s的情況下，再次操作受電弓控制開關進行升降弓操作。此時，第二次升降弓動作在上一次產生的受電弓升降弓活動變量15s恒定高電平脈沖以內完成，受電弓能及時收到高位或低位位置信號，那么受電弓同樣不會報出無位置（no position）假故障。

但從保護車輛輔助供電設備考慮，為避免輔助高壓端設備短時頻繁預充電，建議至少間隔15s操作電動升降弓，并且禁止帶高壓頻繁升降弓，可以完全避免報出受電弓無位置（no position）假故障[3]。

參考文獻

[1] 林寶鋒，夏益韜.一種基于TCMS系統的受電弓升降自動控制策略[J].鐵道機車車輛，2021，41（1）：23-25.

[2] 白金花.受電弓可靠性分析與研究[J].機械研究與應用，2021，34（1）：36-38.

[3] 牟文博.地鐵車輛輔助逆變器工作原理及典型故障分析[J].軌道交通裝備與技術，2020（2）：56-58.