姜 敏

（蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215104）

空氣壓縮機(jī)在地鐵列車上作為唯一的氣源為地鐵列車的空氣制動(dòng)系統(tǒng)和車輛空氣懸掛系統(tǒng)提供必要的壓縮空氣。由于控制系統(tǒng)的發(fā)展，看似簡(jiǎn)單的空壓機(jī)啟停控制越來越多地從車輛的全局考慮各種需求，并提供相應(yīng)的故障診斷。

1 控制原理

上海地鐵新型西門子列車的空壓機(jī)控制主要是通過制動(dòng)系統(tǒng)的壓力開關(guān)、壓力傳感器收集車輛的壓縮空氣信息，綜合信息通過簡(jiǎn)單的硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)的啟?？刂?。所有的邏輯判斷通過VCU軟件來完成。

1.1 硬件控制

以上海地鐵四號(hào)線列車（AC05）為例：硬件電路上，空壓機(jī)的主要?jiǎng)恿C(jī)構(gòu)是一臺(tái)交流380V三相電機(jī)。對(duì)供風(fēng)系統(tǒng)的硬件控制主要就是控制電機(jī)的電源。繼電器34－k02（低容量繼電器，受控于SIBAS SIBAS KLIP分站及另一硬件電路）、34－k01（大容量繼電器，受控于34－k02直接進(jìn)行380V電源通斷）執(zhí)行電源控制功能。

空氣壓縮機(jī)內(nèi)部包含了一組2個(gè)獨(dú)立的壓力開關(guān)，監(jiān)控空氣壓縮機(jī)的供氣壓力。

－A01.8壓力開關(guān)作為正常供氣范圍控制的信息監(jiān)控開關(guān)，其正常的整定值為9bar—7.5bar。當(dāng)空壓機(jī)出風(fēng)管的壓力值被檢測(cè)到大于9bar時(shí)，開關(guān)斷開，向SIBAS SIBAS KLIP數(shù)字量輸入端輸出“0”；當(dāng)風(fēng)管空氣壓力下降至小于7.5bar時(shí)開關(guān)閉合，向SIBAS SIBAS KLIP輸出“1”。

－A01.9壓力開關(guān)作為非正常供氣硬件啟動(dòng)的信息監(jiān)控開關(guān)，其正常整定值為7.5bar—7bar。當(dāng)風(fēng)管壓力由于各種原因小于7bar時(shí)，將強(qiáng)行通過吸合繼電器34－k02，使兩臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，保證壓縮空氣供應(yīng)。當(dāng)氣壓回升超過7.5bar時(shí)，壓力開關(guān)斷開，氣壓交由另一壓力開關(guān)監(jiān)控。同樣這個(gè)壓力開關(guān)的動(dòng)作將輸出到SIBAS KLIP。

1.2 VCU軟件控制

軟件對(duì)空壓機(jī)的起停是通過兩個(gè)方面來完成的：從電子制動(dòng)控制單元（BECU）獲得信息，判斷控制空壓機(jī)的起停。6節(jié)編組的列車都存在一個(gè)獨(dú)立的BECU，每個(gè)BECU都將本車的近似主風(fēng)缸壓力傳送到MVB總線，主VCU將判斷出6節(jié)車中主風(fēng)缸壓力的最小值：＄PRMIN。該風(fēng)缸最小壓力與兩個(gè)預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，軟件中該預(yù)設(shè)值為6.8bar和9.0bar［1］。－A01.8壓力開關(guān)通過SIBAS KLIP分站傳送到MVB總線，在主VCU中這兩個(gè)信號(hào)為＄AFDS7B1和＄AFDS7B2，分別代表兩個(gè)空壓機(jī)的該壓力開關(guān)。當(dāng)兩個(gè)壓力開關(guān)都指示1，即小于7.5bar時(shí)，軟件將指令啟動(dòng)空壓機(jī)。

2 供氣系統(tǒng)故障診斷及列車保護(hù)

2.1 壓力開關(guān)的故障診斷

VCU軟件通過－A01.9和－A01.8開關(guān)狀態(tài)相互邏輯關(guān)系，互相檢查壓力開關(guān)功能完好性。

當(dāng)－A01.9輸出“1”，而－A01.8仍然沒有通過SIBAS KLIP告知VCU氣壓低于7.5Bar時(shí)，軟件即可判斷為－A01.8壓力開關(guān)閉合故障。當(dāng)空壓機(jī)啟動(dòng)至正常停止點(diǎn)（9.2bar）后5秒內(nèi)，－A01.8仍然沒有通過SIBAS SIBAS KLIP告知VCU氣壓高于9.0Bar時(shí)，軟件即可判斷為－A01.8壓力開關(guān)分?jǐn)喙收稀?/p>

2.2 壓機(jī)的故障診斷

直接判斷：軟件通過判斷要求空壓機(jī)啟動(dòng)的指令與實(shí)際的供電電路執(zhí)行是否相符。比較34－k01的狀態(tài)是否與軟件預(yù)期一致。軟件要求空壓機(jī)啟動(dòng)2秒后34－k01的反饋信號(hào)不一致判斷為空壓機(jī)控制電路故障。此判斷相對(duì)簡(jiǎn)單，但不能確認(rèn)空壓機(jī)是否正常供氣。［2］

間接判斷：軟件通過判斷要求空壓機(jī)啟動(dòng)的指令與實(shí)際的氣壓變化情況是否相符。當(dāng)軟件要求空壓機(jī)啟動(dòng)后，列車控制系統(tǒng)將連續(xù)檢測(cè)車輛氣壓的變化，當(dāng)氣壓在規(guī)定檢測(cè)時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到設(shè)定的氣壓上升率，則判斷為空壓機(jī)故障。這樣的判斷邏輯相對(duì)準(zhǔn)確反應(yīng)空壓機(jī)是否正常供氣，但車輛在運(yùn)行過程中的氣壓變化頻繁，誤報(bào)的可能性較高。

2.3 列車氣壓狀況的診斷

通過壓力制動(dòng)系統(tǒng)的壓力傳感器和空壓機(jī)使用的壓力開關(guān)綜合判斷車輛主風(fēng)缸的氣壓狀況。列車保護(hù)空壓機(jī)故障：一旦列車診斷主空壓機(jī)故障，備用空壓機(jī)將被軟件指定為主空壓機(jī)工作。列車保護(hù)列車主風(fēng)缸壓力不足：一旦列車診斷列車主風(fēng)缸壓力不足，軟件和硬件會(huì)指令主、備空壓機(jī)立即啟動(dòng)快速恢復(fù)列車氣壓。在一定時(shí)間內(nèi)如果車輛氣壓不能恢復(fù)到設(shè)定值，車輛將立即采取制動(dòng)并同時(shí)被禁止?fàn)恳钡綁毫謴?fù)。［3］

3 軟件空壓機(jī)控制的問題及初步解決方案

3.1 示例

AC05型西門子列車首先在3號(hào)線上進(jìn)行試運(yùn)營。期間反復(fù)發(fā)生氣壓過低，列車在站臺(tái)長時(shí)間等候空壓機(jī)啟動(dòng)的晚點(diǎn)事故。

3.2 原因調(diào)查

3.2.1 氣路分析

圖1中1和2為壓力開關(guān)。空壓機(jī)產(chǎn)生的氣源通過管路送到主風(fēng)管。制動(dòng)控制單元BCU通過一個(gè)單向閥從主風(fēng)管獲得制動(dòng)所需的氣源。制動(dòng)控制單元中模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，將該點(diǎn)的氣壓模擬輛采集成為數(shù)字量傳送到BECU。

3.2.2 測(cè)試分析

壓力開關(guān)的整定值進(jìn)行檢測(cè)。截?cái)郈車輛端的主風(fēng)管截止閥，同時(shí)將數(shù)字氣壓表連接至.07測(cè)試點(diǎn)，通過反復(fù)強(qiáng)制啟動(dòng)空壓機(jī)及放氣，我們獲得了較精確的壓力開關(guān)整定值；［4］754－755通過軟件，檢測(cè)當(dāng) SIBAS KLIP收到壓力開關(guān)動(dòng)作信號(hào)時(shí)，從模／數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得的氣壓值。

通過以上兩種測(cè)試，得出一個(gè)定性結(jié)果，列車的壓力開關(guān)整定值偏離預(yù)設(shè)值且小于預(yù)設(shè)值。

圖1 氣路原理圖

以上兩種測(cè)試方法的定量結(jié)果有0.1－0.2bar的差別，是由單向閥的損耗引起了軟硬件判斷的誤差。未整改的軟件6.8－9.0bar的軟件啟動(dòng)是作為硬件的冗余。6.8的整定值不恰當(dāng)，主風(fēng)管的壓力在6.6左右。啟動(dòng)空壓機(jī)需要幾十秒的時(shí)間，嚴(yán)重影響了運(yùn)營。［5］壓力開關(guān)－A01.9，有任意一個(gè)向SIBAS KLIP輸出信號(hào)”1”時(shí)，列車即被靜止?fàn)恳?/p>

3.3 整改方案

壓力開關(guān)調(diào)整，使用前文所述截?cái)郈車的方法，配合萬用表，對(duì)硬件壓力開關(guān)的整定值驚醒調(diào)整，使其恢復(fù)到預(yù)設(shè)值。

控制軟件調(diào)整，使軟件控制的空壓機(jī)啟動(dòng)成為主要低壓保障，而使硬件壓力開關(guān)－A01.9成為冗余措施。調(diào)整其控制范圍至7.2－9.3bar。如圖2所示。

圖2 軟件控制調(diào)整

當(dāng)兩個(gè)壓力開關(guān)－A01.9全部向SIBAS KLIP輸出信號(hào)”1”時(shí)，列車即被靜止?fàn)恳?。從邏輯“或”改為邏輯“與”。減少了列車被靜止?fàn)恳母怕?。同時(shí)當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，列車仍可以運(yùn)行2分鐘，使空壓機(jī)獲得足夠的時(shí)間恢復(fù)到正常壓力值。

增加了故障診斷更完善的故障診斷功能，以及在司機(jī)顯示器上作出相應(yīng)提示。

4 小結(jié)

使用網(wǎng)絡(luò)及列車中央控制單元進(jìn)行集中控制、監(jiān)控、管理已經(jīng)成為地鐵列車的發(fā)展趨勢(shì)，但集中控制帶來的缺點(diǎn)也是明顯的，制造水平低下及軟硬件配合能力的限制，集中控制可能將一個(gè)小故障放大到系統(tǒng)癱瘓。

在目前網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展階段，設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)控制的軟硬件設(shè)計(jì)、邏輯判斷進(jìn)行反復(fù)的考量；在網(wǎng)絡(luò)控制的同時(shí)預(yù)留必要的硬件冗余，保證列車在特殊情況下的應(yīng)急運(yùn)行。

［1］上海地鐵運(yùn)營公司車輛分公司.6改8文件管理軟件HIDS［G］.上海：上海地鐵運(yùn)營公司車輛分公司，2007.

［2］郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［3］李華德.交流同速控制系統(tǒng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

［4］陳冠玲.工控組態(tài)軟件與其它軟件數(shù)據(jù)交換的三種方式［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002（11）.

［5］肖金林.基于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的車門整形伺服集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.上海：上海交通大學(xué)，2006.