地鐵車輛強(qiáng)迫泵風(fēng)模式優(yōu)化分析

楊振昆，王自鑫

（1.洛陽市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471000；2.鄭州地鐵集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000）

地鐵制動(dòng)系統(tǒng)是車輛的重要組成部分，在M 車設(shè)置2 套風(fēng)源裝置，為全列車制動(dòng)系統(tǒng)、空氣彈簧、輪噴等裝置提供干燥的壓縮空氣。正常情況下，如果一套空氣供給裝置不能工作，另一套空氣供給裝置也能提供足夠的壓縮空氣保證列車正常運(yùn)營。

車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)讀取制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送的2個(gè)TC車總風(fēng)壓力值，取大值用于空壓機(jī)的打風(fēng)管理[1]。空壓機(jī)管理按照單雙日方式控制，單日時(shí)M1 車空壓機(jī)啟動(dòng)，雙日時(shí)M2 車空壓機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)總風(fēng)壓力低于750 kPa 時(shí)，TCMS（Train Control Management System）給主空壓機(jī)（根據(jù)單雙日區(qū)分）發(fā)送空壓機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，直至總風(fēng)壓力達(dá)到900 kPa 后停止發(fā)送空壓機(jī)啟動(dòng)信號(hào)[2]。當(dāng)主空壓機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，TCMS 將另外一臺(tái)空壓機(jī)設(shè)置為主空壓機(jī)，保證在總風(fēng)壓力低于750 kPa 時(shí)能夠繼續(xù)啟動(dòng)空壓機(jī)打風(fēng)。當(dāng)總風(fēng)壓力低于700 kPa 時(shí)，TCMS給2 臺(tái)空壓機(jī)發(fā)送空壓機(jī)啟動(dòng)信號(hào)，直至總風(fēng)壓力達(dá)到900 kPa 停止發(fā)送空壓機(jī)啟動(dòng)。

1 空壓機(jī)強(qiáng)制工作需求

當(dāng)遇到以下情況時(shí)需要強(qiáng)制空壓機(jī)工作驗(yàn)證各項(xiàng)功能。

電客車雙日檢作業(yè)，檢修規(guī)程內(nèi)容需要檢查空壓機(jī)潤(rùn)滑油狀態(tài)，檢查標(biāo)準(zhǔn)為要求潤(rùn)滑油無變黑、起泡、乳化等變質(zhì)現(xiàn)象，此時(shí)若發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)油有輕微乳化的現(xiàn)象可延長(zhǎng)空壓機(jī)工作時(shí)間，有效減少空壓機(jī)乳化現(xiàn)象。

空壓機(jī)使用率為其實(shí)際工作時(shí)間與上電時(shí)間的比值。地鐵車輛在初期使用過程中易發(fā)生輕度乳化，主要原因?yàn)榭諌簷C(jī)油中的水汽未能及時(shí)排出。初期車輛運(yùn)行時(shí)間較短，空壓機(jī)油溫度未能上升到溫控閥的熱旁通溫度，導(dǎo)致空壓機(jī)油中的水汽不能及時(shí)冷凝排出，進(jìn)而出現(xiàn)乳化現(xiàn)象[3]。

根據(jù)電客車檢修規(guī)程，半年檢及以上修程需要對(duì)空壓機(jī)安全閥進(jìn)行功能測(cè)試、空壓機(jī)工作狀態(tài)檢查、空壓機(jī)工作邏輯驗(yàn)證，此時(shí)需要驗(yàn)證空壓機(jī)各項(xiàng)功能運(yùn)行正常，避免未檢查到位導(dǎo)致正線故障。

傳統(tǒng)模式下班組員工需手動(dòng)操作用風(fēng)設(shè)備強(qiáng)制降低電客車總風(fēng)壓力：操作總風(fēng)缸旋鈕降低總風(fēng)壓力，并時(shí)刻監(jiān)控總風(fēng)缸壓力值變化，避免總風(fēng)壓力降低過快影響電客車正常功能；多次操作停放制動(dòng)/緩解按鈕使停放功能多次施加和緩解，通過此方法降低總風(fēng)缸壓力；多次操作方向手柄和牽引制動(dòng)手柄使總風(fēng)壓力值使用并降低。通過這些模式可以適當(dāng)降低總風(fēng)壓力值，但是操作煩瑣，且存在一定的安全隱患，給電客車檢修生產(chǎn)增加了難度。為安全高效地驗(yàn)證空壓機(jī)的各項(xiàng)功能及空壓機(jī)油乳化后續(xù)處理，洛陽市軌道交通1號(hào)線車輛設(shè)置了強(qiáng)迫泵風(fēng)模式。

2 強(qiáng)迫泵風(fēng)模式介紹

車輛空壓機(jī)分為網(wǎng)絡(luò)模式、硬線模式和強(qiáng)迫泵風(fēng)3種控制方式[4]，車輛HMI 界面設(shè)置有強(qiáng)迫泵風(fēng)模式，通過“＋”“－”按鈕設(shè)置好發(fā)送時(shí)長(zhǎng)后，點(diǎn)擊“打開強(qiáng)迫泵送”按鈕開始運(yùn)行，如圖1 所示，2 臺(tái)空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫泵風(fēng)功能。

圖1 強(qiáng)迫泵風(fēng)界面

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)過程中的打風(fēng)需要，HMI（Human Machine Interface）顯示器維護(hù)界面提供強(qiáng)迫泵送時(shí)間設(shè)置功能，強(qiáng)迫泵送功能的設(shè)計(jì)采用倒計(jì)時(shí)自動(dòng)取消的方式，同時(shí)預(yù)留手動(dòng)取消的接口，維修人員可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置相應(yīng)的打風(fēng)時(shí)間。強(qiáng)迫泵風(fēng)時(shí)間范圍在5～60 min 內(nèi)，可按5 min 的步長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)置，HMI 顯示器采用內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間差計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與設(shè)置時(shí)間進(jìn)行比較。當(dāng)計(jì)算時(shí)間差大于設(shè)置時(shí)間，即設(shè)置的強(qiáng)迫泵送時(shí)間倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，HMI 自動(dòng)撤銷強(qiáng)迫泵送指令，結(jié)束本次強(qiáng)迫泵風(fēng)。

班組檢修作業(yè)過程中需要洛陽地鐵車輛設(shè)置強(qiáng)迫泵風(fēng)模式，班組員工可通過在HMI 上操作強(qiáng)迫泵風(fēng)，確?？諌簷C(jī)的正常工作。

3 強(qiáng)迫泵風(fēng)故障及原因分析

3.1 現(xiàn)存故障介紹

洛陽地鐵車輛運(yùn)營過程中出現(xiàn)6 車占有時(shí)，車輛HMI 屏顯示空壓機(jī)持續(xù)打風(fēng)，但風(fēng)壓表壓力值已達(dá)0.9 MPa，不滿足空壓機(jī)打風(fēng)條件，現(xiàn)場(chǎng)查看電客車空壓機(jī)維持在0.9～1.05 MPa，且2 臺(tái)空壓機(jī)一直處于工作狀態(tài)。由電客車故障應(yīng)急處理指南可知，空壓機(jī)打風(fēng)不止，運(yùn)行至終點(diǎn)站退出服務(wù)[5]。

電客車回庫后登車確認(rèn)電客車故障信息，在主控占有端發(fā)現(xiàn)2 臺(tái)空壓機(jī)持續(xù)工作，查看HMI 事件信息顯示3 車、4 車空壓機(jī)打風(fēng)超時(shí)，IO 界面顯示空壓機(jī)處于強(qiáng)迫泵風(fēng)狀態(tài)，進(jìn)入HMI 空壓機(jī)強(qiáng)迫泵風(fēng)界面，當(dāng)主控占有時(shí)，2 臺(tái)空壓機(jī)持續(xù)工作，工作時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)未發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)有停止工作的跡象，手動(dòng)操作強(qiáng)迫泵風(fēng)操作取消后功能恢復(fù)正常，2 臺(tái)空壓機(jī)停止工作。測(cè)試空壓機(jī)功能正常，空壓機(jī)持續(xù)打風(fēng)異常的故障消失。

3.2 故障原因分析

檢查發(fā)現(xiàn)班組在日檢作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)油有輕微乳化現(xiàn)象，按照電客車空壓機(jī)油乳化處理措施，可通過空壓機(jī)持續(xù)打風(fēng)消除此現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)在6 車采用強(qiáng)迫泵風(fēng)模式，強(qiáng)迫泵風(fēng)時(shí)間（默認(rèn)為5 min）未進(jìn)行調(diào)整，操作后2 臺(tái)空壓機(jī)啟動(dòng)工作，超過默認(rèn)5 min后，空壓機(jī)打風(fēng)工作未停止。班組作業(yè)后斷開6 車司控器鑰匙，此時(shí)空壓機(jī)停止啟動(dòng)，但6 車強(qiáng)迫泵風(fēng)指令依然存在。

下載數(shù)據(jù)分析與電客車實(shí)際工作情況相符，原因是6 車HMI 強(qiáng)迫泵風(fēng)指令一直存在。為查找強(qiáng)迫泵風(fēng)指令一直存在的原因，上車進(jìn)行空壓機(jī)打風(fēng)試驗(yàn)?zāi)M，現(xiàn)象重現(xiàn)，如圖2 所示。

圖2 模擬試驗(yàn)

根據(jù)模擬情況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在強(qiáng)迫泵風(fēng)期間再次按壓“打開強(qiáng)迫泵送”指令會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫泵風(fēng)模式鎖死，該模式無自復(fù)位功能，再次主控占有時(shí)，仍會(huì)觸發(fā)空壓機(jī)強(qiáng)迫泵風(fēng)指令，空壓機(jī)會(huì)持續(xù)一直打風(fēng)（無時(shí)間限制），只有再次操作強(qiáng)迫泵風(fēng)取消模式后才能恢復(fù)正常。

3.3 操作模式說明

按照上述試驗(yàn)，將強(qiáng)迫泵風(fēng)模式功能操作分為2種，一種為正常操作模式，另一種為異常操作模式。

正常情況下操作，在司機(jī)室占有情況下，操作HMI維護(hù)界面，點(diǎn)擊強(qiáng)迫泵風(fēng)，進(jìn)入強(qiáng)迫泵風(fēng)選擇界面后，設(shè)置強(qiáng)迫泵風(fēng)工作時(shí)間（默認(rèn)時(shí)間為5 min），點(diǎn)擊確定，強(qiáng)迫泵風(fēng)開始工作，2 臺(tái)空壓機(jī)持續(xù)打風(fēng)至設(shè)定時(shí)間后，自動(dòng)停止運(yùn)行。

異常情況下操作：在司機(jī)室占有情況下，檢修工作人員操作HMI 維護(hù)界面，點(diǎn)擊強(qiáng)迫泵風(fēng)，進(jìn)入強(qiáng)迫泵風(fēng)選擇界面。設(shè)置強(qiáng)迫泵風(fēng)時(shí)間，完成后可打開強(qiáng)迫泵風(fēng)模式。若在強(qiáng)迫泵風(fēng)期間，再次按壓“打開強(qiáng)迫泵送”指令，此時(shí)強(qiáng)迫泵風(fēng)模式被鎖死，2 臺(tái)空壓機(jī)會(huì)在無取消指令下一直工作。此時(shí)司機(jī)室主控占有時(shí)，2 臺(tái)空壓機(jī)工作，當(dāng)司機(jī)室處于非占有狀態(tài)時(shí)，2 臺(tái)空壓機(jī)停止工作。若需要取消強(qiáng)迫泵風(fēng)模式，需再次點(diǎn)擊“打開強(qiáng)迫泵送”指令，然后點(diǎn)擊取消，此時(shí)強(qiáng)迫泵風(fēng)模式才能取消，2 臺(tái)空壓機(jī)會(huì)停止工作。

因此，強(qiáng)迫泵風(fēng)結(jié)束后，斷開司機(jī)室主控鑰匙之前，員工需確認(rèn)空壓機(jī)在0.9 MPa 以上處于非工作狀態(tài)，并查看強(qiáng)迫泵風(fēng)顯示圖標(biāo)處于非工作狀態(tài)。

3.4 現(xiàn)有操作劣勢(shì)

現(xiàn)有操作劣勢(shì)如下：HMI 強(qiáng)迫泵送指令界面設(shè)置模糊，無法直觀顯示空壓機(jī)的工作狀態(tài)，員工操作時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，造成空壓機(jī)鎖死的情況；操作強(qiáng)迫泵風(fēng)模式導(dǎo)致空壓機(jī)鎖死的狀態(tài)下，未提供明顯的信息提示，且HMI 故障履歷中無相關(guān)記錄；HMI 強(qiáng)迫泵送指令未與列車占有端主控鑰匙狀態(tài)關(guān)聯(lián)，當(dāng)強(qiáng)迫泵風(fēng)指令一直存在時(shí)無法通過分合司控器鑰匙停止該指令；HMI 強(qiáng)迫泵送指令一直存在且主控鑰匙占有時(shí)，2 臺(tái)空壓機(jī)未按照網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模式工作，此時(shí)2 臺(tái)空壓機(jī)一直工作，需要手動(dòng)取消強(qiáng)迫泵送指令，運(yùn)營過程中司機(jī)無法第一時(shí)間判斷空壓機(jī)的工作狀態(tài)，誤認(rèn)為空壓機(jī)存在故障。按照電客車正線應(yīng)急故障處理指南需要退出服務(wù)，會(huì)降低正線運(yùn)營質(zhì)量。

4 改進(jìn)措施

針對(duì)此次問題，可進(jìn)一步優(yōu)化HMI 強(qiáng)迫泵風(fēng)操作模式，檢修作業(yè)人員可以直觀了解強(qiáng)迫泵風(fēng)模式啟停，同時(shí)避免此類故障發(fā)生在正線，對(duì)正線運(yùn)營造成影響。具體優(yōu)化方式為：HMI 強(qiáng)迫泵送功能設(shè)置按鈕采用“ON”/“OFF”雙按鈕操作方式，強(qiáng)迫泵送功能啟動(dòng)時(shí)“ON”按鈕為藍(lán)底白字，強(qiáng)迫泵送功能取消時(shí)“ON”按鈕為黑底白字；“OFF”按鈕的顯示狀態(tài)相反，設(shè)置簡(jiǎn)單明了。

當(dāng)需要設(shè)置強(qiáng)迫泵送功能時(shí)，點(diǎn)擊“＋”/“－”按鈕設(shè)置需要的打風(fēng)時(shí)間，點(diǎn)擊“ON”按鈕彈出確認(rèn)窗口，根據(jù)提示信息“確認(rèn)強(qiáng)迫泵送發(fā)送*分鐘？”點(diǎn)擊“確定”/“返回”，完成啟動(dòng)強(qiáng)迫泵送指令的執(zhí)行/撤銷，如圖3 所示。

圖3 強(qiáng)迫泵送啟動(dòng)

當(dāng)需要取消強(qiáng)迫泵送功能時(shí)，點(diǎn)擊“OFF”按鈕彈出確認(rèn)窗口，根據(jù)提示信息“確認(rèn)取消強(qiáng)迫泵送？”點(diǎn)擊“確定”/“返回”，完成取消強(qiáng)迫泵送指令的執(zhí)行/撤銷，如圖4 所示。

圖4 強(qiáng)迫泵送取消

當(dāng)需要鎖定強(qiáng)迫泵送時(shí)間時(shí)，點(diǎn)擊“強(qiáng)迫泵送”按鈕，HMI 顯示“強(qiáng)迫泵送”“ON”按鈕均為藍(lán)底白字，完成強(qiáng)迫泵送時(shí)間鎖定。如需取消強(qiáng)迫泵送時(shí)間鎖定，再次點(diǎn)擊“強(qiáng)迫泵送”至按鈕變?yōu)楹诘装鬃旨纯伞?/p>

將HMI 強(qiáng)迫泵送指令與列車占有端主控鑰匙狀態(tài)關(guān)聯(lián)，只有列車占有端主控鑰匙為“開”狀態(tài)時(shí)才可能設(shè)置強(qiáng)迫泵送功能并執(zhí)行強(qiáng)迫泵送；當(dāng)列車占有端主控鑰匙為“關(guān)”狀態(tài)時(shí)，不允許通過HMI 界面設(shè)置強(qiáng)迫泵送功能且正在執(zhí)行的強(qiáng)迫泵送將終止。

通過以上優(yōu)化可以有效避免強(qiáng)迫泵風(fēng)指令一直存在安全隱患，提升了電客車安全運(yùn)營，將HMI 強(qiáng)迫泵送指令與列車占有端主控鑰匙狀態(tài)關(guān)聯(lián)，當(dāng)班組員工未關(guān)閉強(qiáng)迫泵風(fēng)指令時(shí)，可操作占有端主控鑰匙同樣實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫泵風(fēng)指令的停止，增加了電客車安全防護(hù)，避免因模式設(shè)置原因影響正線電客車的運(yùn)營質(zhì)量。

5 結(jié)語

本研究以洛陽地鐵1 號(hào)線電客車強(qiáng)迫泵風(fēng)持續(xù)工作為切入點(diǎn)，深入分析強(qiáng)迫泵風(fēng)出現(xiàn)的原因以及對(duì)電客車運(yùn)營的影響。通過修改HMI 強(qiáng)迫泵風(fēng)功能設(shè)置模式，避免因人為原因造成電客車持續(xù)強(qiáng)迫泵風(fēng)，長(zhǎng)期過壓對(duì)空壓機(jī)及相關(guān)管路造成質(zhì)量影響，確保了行車安全。