淺談地鐵門系統(tǒng)安全互鎖回路故障診斷及優(yōu)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(guān)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(gè)門的安全互鎖回路串聯(lián)構(gòu)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(fā)車，因此，安全互鎖回路是監(jiān)控門系統(tǒng)是否全部關(guān)閉鎖好的重要手段，對(duì)于保護(hù)乘客安全至關(guān)重要。

1.2 安全互鎖回路的組成

門在關(guān)門過程中，先觸發(fā)關(guān)到位開關(guān)（X4），表明門已關(guān)好，再觸發(fā)鎖到位開關(guān)（X1），表明門已鎖好。若乘客操作緊急解鎖裝置會(huì)觸發(fā)緊急解鎖開關(guān)（X3）。門系統(tǒng)發(fā)生故障后，操作隔離裝置機(jī)械鎖定門扇會(huì)觸發(fā)隔離開關(guān)（X2），讓此門退出服務(wù)，同時(shí)旁路此門的安全互鎖回路。目前，門系統(tǒng)安全互鎖回路的主流組成主要有兩種：

一種是將X1開關(guān)與X4開關(guān)串聯(lián)放在一條安全互鎖回路中，如圖1a所示。另一種是將X1開關(guān)與X4開關(guān)分開，形成鎖到位安全互鎖回路和關(guān)到位安全互鎖回路兩條回路，如圖1b所示。列車上每個(gè)門的（關(guān)/鎖到位）安全互鎖回路串聯(lián)后構(gòu)成整車的（關(guān)/鎖到位）安全互鎖回路。4個(gè)開關(guān)各有2對(duì)觸點(diǎn)，一對(duì)觸點(diǎn)接入門安全互鎖回路，另一對(duì)觸點(diǎn)接入控制器輸入口。A、B及C、D為安全互鎖回路2端的監(jiān)控點(diǎn)。

圖1 門內(nèi)部安全互鎖回路組成示意圖

4個(gè)開關(guān)各有2對(duì)觸點(diǎn)，一對(duì)觸點(diǎn)接入門安全互鎖回路，另一對(duì)觸點(diǎn)接入控制器輸入口。A、B及C、D為安全互鎖回路2端的監(jiān)控點(diǎn)，均接入控制器的不同輸入口。

兩條安全互鎖回路相對(duì)于一條安全互鎖回路的好處，在于車輛控制相對(duì)靈活，在保證安全的情況下，減少安全互鎖回路故障對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響：在列車運(yùn)行時(shí)，若出現(xiàn)鎖到位安全互鎖回路斷開，關(guān)到位安全互鎖回路仍然閉合的情況，可以不施加制動(dòng)，維持運(yùn)行[1]。

2 安全互鎖回路失效模式

2.1 開關(guān)失效模式

（1）無(wú)法觸發(fā)/無(wú)法釋放。此失效模式主要由開關(guān)自身卡滯或機(jī)械觸發(fā)部件運(yùn)動(dòng)卡滯導(dǎo)致，此時(shí)開關(guān)對(duì)于安全互鎖回路的通斷狀態(tài)，可以通過開關(guān)接入控制器的另外一對(duì)觸點(diǎn)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(guān)恒有效故障進(jìn)行診斷。

（2）意外釋放/意外觸發(fā)。此失效模式主要由開關(guān)自身接觸不良或機(jī)械觸發(fā)部件抖動(dòng)導(dǎo)致，此時(shí)開關(guān)對(duì)于安全互鎖回路的通斷狀態(tài)，可以通過開關(guān)接入控制器的另外一對(duì)觸點(diǎn)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(jīng)許可離開關(guān)鎖到位位置故障進(jìn)行診斷。

（3）觸點(diǎn)動(dòng)作不一致。此失效模式主要由開關(guān)自身失效（如彈簧力衰減或簧片變形等）導(dǎo)致，此時(shí)開關(guān)對(duì)于安全互鎖回路的通斷狀態(tài)，無(wú)法通過開關(guān)接入控制器的另外一對(duì)觸點(diǎn)判知。此失效模式可以通過安全互鎖回路故障進(jìn)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(dǎo)致，若為開關(guān)接線不可靠，那么開關(guān)接入安全互鎖回路的通斷狀態(tài)，無(wú)法通過開關(guān)接入控制器的另外一對(duì)觸點(diǎn)判知。此類似于開關(guān)觸點(diǎn)動(dòng)作不一致失效模式，可以通過安全互鎖回路故障進(jìn)行診斷；若是門與門之間的安全互鎖回路接線不可靠，其無(wú)法通過單門的安全互鎖回路故障進(jìn)行診斷，需要結(jié)合相鄰門的監(jiān)控信號(hào)才能診斷[2]。

3 安全互鎖回路故障診斷邏輯設(shè)計(jì)

3.1 單門安全互鎖回路故障診斷

（1）單門安全互鎖回路當(dāng)斷開未斷開故障。根據(jù)開關(guān)接入控制器的一對(duì)觸點(diǎn)信號(hào)判斷，開關(guān)的另一對(duì)觸點(diǎn)使得安全互鎖回路處于斷開狀態(tài)，在不考慮列車雙向供電的情況下，A、B（或C、D）各監(jiān)控點(diǎn)的電壓可以同時(shí)為低電平，但不能同時(shí)為高電平，據(jù)此，當(dāng)檢測(cè)到A、B（或C、D）各監(jiān)控點(diǎn)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(jī)占有端信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)充判斷。單門此類故障不會(huì)影響列車的功能，但可以提前發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)處理，避免其進(jìn)一步引發(fā)其它故障。

（2）單門安全互鎖回路當(dāng)閉合未閉合故障。根據(jù)開關(guān)接入控制器的一對(duì)觸點(diǎn)信號(hào)判斷，開關(guān)的另一對(duì)觸點(diǎn)使得安全互鎖回路處于閉合狀態(tài)，則A、B（或C、D）各監(jiān)控點(diǎn)的電壓相同，因此，當(dāng)檢測(cè)到A、B（或C、D）各監(jiān)控點(diǎn)的電壓不同，則判斷為安全互鎖回路故障。由于個(gè)別門安全互鎖回路因故障無(wú)法閉合而影響發(fā)車，應(yīng)立即診斷出并顯示在HMI上，以便司乘人員第一時(shí)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(guān)狀態(tài)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(duì)于車廂門系統(tǒng)為主從組網(wǎng)方式通訊時(shí)，例如一主多從或兩主多從，主門控制器通過內(nèi)網(wǎng)總線收集同車廂所有門的A、B（或C、D）各監(jiān)控點(diǎn)的狀態(tài)，根據(jù)門與門之間安全互鎖回路連線方式，判定相連的2個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的電平狀態(tài)，若不同，則判斷為故障，并將該狀態(tài)通過車輛總線上報(bào)車輛網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于車廂門系統(tǒng)采取單一網(wǎng)絡(luò)，不區(qū)分主從時(shí)，則上述主門控制器的診斷工作可由車輛網(wǎng)絡(luò)來完成。

3.3 時(shí)間參數(shù)設(shè)計(jì)

4個(gè)開關(guān)以及A、B（或C、D）各監(jiān)控點(diǎn)分別接入控制器不同的輸入口，控制器對(duì)這些信號(hào)應(yīng)采用相同的濾波時(shí)間以及濾波時(shí)基，并將濾波函數(shù)放在連續(xù)的程序段執(zhí)行，以避免程序執(zhí)行上的時(shí)序差。正常開關(guān)信號(hào)抖動(dòng)時(shí)間不超過20ms，考慮一定的安全裕度，可設(shè)置各輸入口濾波時(shí)間為30ms。單門安全互鎖回路故障的診斷時(shí)間應(yīng)大于濾波時(shí)間，同樣考慮留有一定的安全裕度，可設(shè)置為70ms。門與門之間的安全互鎖回路故障診斷時(shí)間應(yīng)較通訊故障診斷時(shí)間長(zhǎng)1～2個(gè)輪詢周期。時(shí)間設(shè)置太短，冗余性低，易誤報(bào)故障，時(shí)間設(shè)置太長(zhǎng)，無(wú)法診斷出瞬間故障，比如列車運(yùn)營(yíng)過程中開關(guān)抖動(dòng)等瞬間出現(xiàn)又消失的故障，若診斷時(shí)間太長(zhǎng)，可能列車已經(jīng)緊制，卻不知故障點(diǎn)位置。這些參數(shù)可根據(jù)線路的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行調(diào)整。

3.4 故障上報(bào)及存儲(chǔ)

故障診斷出來后，應(yīng)立即上報(bào)并存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)設(shè)置故障子碼，區(qū)分不同的故障類型，同時(shí)對(duì)故障時(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ)，用于列車回庫(kù)后進(jìn)一步分析故障點(diǎn)。由于安全互鎖回路故障可以自消除，對(duì)于其瞬間故障（產(chǎn)生及消除可能發(fā)生在同一秒），考慮到故障上報(bào)到HMI顯示出故障存在延時(shí)，對(duì)于瞬間故障一定要進(jìn)行自保持，自保持時(shí)長(zhǎng)不低于系統(tǒng)傳輸延時(shí)，否則，也會(huì)發(fā)生列車已經(jīng)緊制，卻不知故障點(diǎn)位置的情況[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，對(duì)于安全互鎖回路故障診斷主要是診斷邏輯不全面，診斷時(shí)間不合理，以至于實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的某些故障診斷不出來。當(dāng)項(xiàng)目要求故障點(diǎn)必須具體到某一個(gè)開關(guān)時(shí)，那么還需要在開關(guān)之間增加新的監(jiān)控點(diǎn)。本文主要從門系統(tǒng)角度進(jìn)行了探討，若從車輛角度考慮，還可以對(duì)相鄰車廂間的安全互鎖回路進(jìn)行診斷，以及可以對(duì)開關(guān)觸發(fā)時(shí)序與回路時(shí)序進(jìn)行數(shù)據(jù)自學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)積累后可進(jìn)一步設(shè)計(jì)故障預(yù)診斷方案。