天津地鐵門控器改進趨勢分析

武星宇

摘? 要：根據(jù)天津地鐵車輛門控器的運營狀況，對天津地鐵各條線路的車輛門控器進行深度解析，從門控器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電子元器件入手，對比各條線路車輛門控器的不同之處，分析內(nèi)部元件特點。并在此基礎(chǔ)上，歸納出天津地鐵各條線路門控器的改進趨勢，為現(xiàn)有門控器優(yōu)化提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;門控器;控制電路

中圖分類號：U231? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

天津地鐵已經(jīng)安全運營14年，現(xiàn)已開通運營了6條線路，形成了貫穿天津的地鐵網(wǎng)絡(luò)。隨著地鐵線路的增加，車輛結(jié)構(gòu)多樣化日益明顯，但車門系統(tǒng)一直是故障率最高的系統(tǒng)，其中門控器故障是數(shù)量最多、最難預(yù)防的故障點。因此，分析各種型號門控器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分布特性和故障率，總結(jié)出門控器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)點以及元件選型原則，對降低門控器故障率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。

1 門控器簡介

天津地鐵現(xiàn)有的1、3、6號線車輛門控器屬于同一廠家同一系列的門控器，主要由6個部分組成，分別是電源供電電路、電機驅(qū)動電路、外部驅(qū)動電路、通信電路、中央控制電路、信號輸入電路，如圖1所示。天津地鐵運營14年來，門控器也在不斷地改進，故障率也不斷下降。從最早的1號線老車門控器，歷經(jīng)1號線更新?lián)Q代后的門控器和3號線車輛門控器，到最新的6號線門控器，這6大模塊內(nèi)部電路不斷更新、改進，但6大模塊的位置區(qū)域分布基本沒有變化。其中對門控器可靠性影響最大的是電源供電電路、中央控制電路和電機驅(qū)動電路，下面將對這3大模塊逐一進行分析。

2 供電電路分析

供電電源最主要的元件就是電源模塊，從表1可以看出廠家在選擇電源模塊時，在國內(nèi)主流電源生產(chǎn)廠家中挑選，并在實際運用中確認電源穩(wěn)定性合格后，就不在更換電源模塊品牌型號，這樣有利于后期新型號門控器故障跟蹤，為門控器設(shè)計優(yōu)化提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)收集平臺。從應(yīng)用狀況來看，廠家還對單輸入雙輸出的電源形式和備用電源形式進行了實驗。經(jīng)過長期的應(yīng)用和維修，單輸入雙輸出的電源形式可靠性低，易發(fā)生偶發(fā)性故障;備用電源形式也并不能提高門控器的可靠性，還使得生產(chǎn)成本和維修成本增加。因此，后期的門控器取消了單輸入雙輸出的電源形式和備用電源形式。

在電源濾波方面，逐漸改善濾波電容設(shè)計，提高抗高頻干擾和低頻干擾的能力，減少電路中的電壓波動。并在增加濾波電容的基礎(chǔ)上，增加高頻扼流圈，濾除共模干擾信號和差模干擾信號，使門控器的抗干擾能力更強。

在穩(wěn)壓方面，通過在控制電路上口增加穩(wěn)壓模塊，避免了上電電壓不穩(wěn)對后續(xù)電路造成沖擊，提高了控制電路的運行可靠性。

3 中央控制電路分析

中央控制電路使用的元器件大部分都是國際大品牌的進口元器件，其更新?lián)Q代與生產(chǎn)廠家產(chǎn)品更新?lián)Q代保持一致，其中也考慮到了現(xiàn)場應(yīng)用的可靠性和成本控制?，F(xiàn)有門控器采用的芯片均為美國德州儀器公司生產(chǎn)的DSP芯片。該芯片分為3大系列，2000、5000、6000，2000系列用在機電控制方面;5000系列用在音頻通信處理方面;6000系列用在圖像處理方面。64K的2000系列DSP各個系列內(nèi)部的區(qū)別不大，24xx系列和28xx系列，都是針對電機控制，28的寄存器更大，適合更精密的控制。每種型號門控器的中央處理器見表2。

4 電機驅(qū)動電路分析

1號線1代門控器采用F740AS搭建的逆變電路，通過IR2136S芯片驅(qū)動逆變電路工作。此后天津地鐵采購的門控器都采用集成電機驅(qū)動器，見表3。該芯片將驅(qū)動橋和驅(qū)動芯片集成到一個芯片內(nèi)，這種新型號的集成驅(qū)動器增強了門控器的驅(qū)動和耐壓能力，并新增了溫度檢測等功能。這種芯片可以垂直于電路板安裝，既節(jié)省了空間也有效避免了電機驅(qū)動時熱量傳導(dǎo)到主電路板上帶來的隱患，減少電機驅(qū)動電路溫度升高對其他區(qū)域元器件的干擾。

5 結(jié)論

通過上述分析，總結(jié)出以下幾點門控器改進方向：

（1）不斷提高門控器關(guān)鍵元器件的穩(wěn)定性，象電源模塊和中央控制芯片，盡量使用經(jīng)過實際運用驗證后的元器件。

（2）逐步增加濾波元器件，改善濾波效果。濾波電路是保證門控器穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，天津地鐵現(xiàn)有門控器逐步采用最新的濾波理念。象采用高頻扼流圈，提高門控器的抗干擾能力，在重要的芯片或電路之前增加穩(wěn)壓模塊，避免輸入電壓不穩(wěn)對重要電路造成不良影響。

（3）采用集成化程度高且性能穩(wěn)定性強的新型元器件。集成化程度高可以減少故障點，新型元器件在提高運行速度的同時，還可以提高可靠性。

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