段玉玲

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510380）

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地鐵車輛車門控制原理及改進(jìn)建議

段玉玲

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510380）

摘 要：介紹廣州地鐵A型車車門控制原理，描述目前車門控制回路存在的問(wèn)題并提出改進(jìn)方案，文章最后分析總結(jié)車門改進(jìn)方案的改造效果及風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；車門；控制電路；改進(jìn)方案

0　引言

地鐵車輛因其載客量大、污染小、運(yùn)輸正點(diǎn)保證率高等特點(diǎn)，為人們的工作和生活提供了舒適的出行方式。對(duì)于地鐵列車的運(yùn)行安全性必須給予足夠的重視，以保障出行乘客的人身安全?？褪臆囬T是地鐵車輛至關(guān)重要的部件，不僅數(shù)量多（每列車有 60 個(gè)客室車門），而且操作頻繁（運(yùn)營(yíng)中平均每 2min 就須開(kāi)關(guān)門 1 次）。車門的結(jié)構(gòu)和控制若在設(shè)計(jì)上不夠安全可靠，將會(huì)給正線運(yùn)行帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)，甚至直接危害乘客的人身安全。下面就廣州地鐵 A 型車車門控制原理及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行介紹。

1　地鐵車輛車門控制原理

廣州地鐵A型車目前有 A1～A5 共 5 種車型，車門包括氣動(dòng)內(nèi)藏門、電控外掛門和微動(dòng)塞拉門 3 種類型。

1.1車門總體控制原理

3 種類型的車門總體控制原理類似，以左側(cè)門為例，車門打開(kāi)控制原理如圖 1 所示，在列車自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)（ ATP）作用下，即 ATP 鑰匙開(kāi)關(guān)處于合位，由信號(hào)系統(tǒng)給出開(kāi)門使能信號(hào)，控制左、右門允許繼電器 K01 得電；在非 ATP 保護(hù)下，即 ATP 鑰匙開(kāi)關(guān)處于分位，列車停車后，零速繼電器得電，列車觸發(fā)左門允許繼電器 K01 得電。

圖1　車門使能信號(hào)控制電路

車輛在列車自動(dòng)運(yùn)行（ ATO） 模式下，信號(hào)系統(tǒng)控制繼電器 K05 得電，然后車門保持繼電器 K03 得電；在非 ATO 模式下，按壓開(kāi)門按鈕 S01，車門保持繼電器K03得電，生成列車開(kāi)門指令，如圖 2 所示。

車門保持繼電器得電后，其常開(kāi)觸點(diǎn)吸合后單節(jié)車車門開(kāi)繼電器 K23 得電，然后再通過(guò)車鉤電氣盒送給其他節(jié)車的車門繼電器，如圖3所示。單節(jié)車車門繼電器得電后，將開(kāi)門指令直接送到車門控制單元（EDCU），控制每個(gè)車門打開(kāi)。

右側(cè)門打開(kāi)控制原理與左側(cè)門相同。車門關(guān)閉控制原理與開(kāi)門基本類似，只是繼電器動(dòng)作相反：當(dāng)按壓關(guān)門按鈕 S03（左門）、S04（右門）后，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，車門保持繼電器失電，單節(jié)車車門繼電器失電，開(kāi)門指令失效，關(guān)門指令生效，車門執(zhí)行關(guān)閉操作。

1.2氣動(dòng)內(nèi)藏門單個(gè)車門打開(kāi)控制原理

如圖 4 所示，車門保持繼電器得電后，車門解鎖繼電器 K21 得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y03 電磁閥得電，車門解鎖短行程風(fēng)缸在彈簧力的作用下，鎖鉤彈開(kāi)、車門解鎖；車門打開(kāi)繼電器 K23 得電后，單個(gè)門控制繼電器K11 得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)， Y01 電磁閥得電，Y02 電磁閥失電，驅(qū)動(dòng)風(fēng)缸關(guān)門端閥門打開(kāi)排氣，開(kāi)門端進(jìn)氣開(kāi)門，從而控制車門打開(kāi)。

1.3電控外掛門、微動(dòng)塞拉門單個(gè)車門打開(kāi)控制原理

每個(gè)車門均采用獨(dú)立的EDCU 控制。在門控器正常供電情況下，門控器通過(guò)判斷開(kāi)門信號(hào)、關(guān)門信號(hào)、零速信號(hào) 3 個(gè)信號(hào)的狀態(tài)來(lái)控制車門的開(kāi)關(guān)，其控制原理如圖 5 所示，執(zhí)行邏輯表如表 1 所示，只有在車門零速信號(hào)有效（高電平）、且開(kāi)門列車線有效（高電平）、關(guān)門列車線無(wú)效（低電平）的情況下，車門才會(huì)執(zhí)行開(kāi)門動(dòng)作。

圖2　開(kāi)門保持控制電路

圖3　開(kāi)門控制電路

2　故障分析

2.1問(wèn)題描述

廣州地鐵 1號(hào)線全長(zhǎng)約 18.5km，共設(shè) 16 個(gè)車站，其中地面車站 2 座，地下車站 14 座，目前換乘站共有7 座，配有 A1～A3 共 3 種車型。

2014年11月，1號(hào)線 A3 型車 5556 車在烈士陵園上行方向出現(xiàn)整列車門不能打開(kāi)（有開(kāi)門使能信號(hào)，無(wú)微動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘、無(wú)故障信息），司機(jī)分別執(zhí)行 S11 打手動(dòng)位、切除ATP 開(kāi)關(guān)、打零速旁路均無(wú)法開(kāi)門；司機(jī)手動(dòng)操作開(kāi)門繼電器 K03 后車門打開(kāi)，給正線運(yùn)營(yíng)造成晚點(diǎn)。

圖4　氣動(dòng)門單個(gè)車門控制原理

圖5　電動(dòng)車門單個(gè)車門控制原理

表1　車門開(kāi)關(guān)控制邏輯表

2.2原因分析

車輛人員檢查后發(fā)現(xiàn)為關(guān)門按鈕 S03 發(fā)生故障，拆下 S03按鈕發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)斷腳，造成開(kāi)關(guān)元件卡滯，使 S03 不能閉合，如圖 6 所示。根據(jù)圖 1 和圖 2，當(dāng)關(guān)門按鈕 S03不導(dǎo)通時(shí)，將導(dǎo)致按壓開(kāi)門按鈕時(shí)，左側(cè)開(kāi)門保持繼電器 K03 不得電，從而導(dǎo)致車門不能打開(kāi)。該按鈕為塑料材質(zhì)，按壓時(shí)兩側(cè)按鈕腳受力聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作，觀察按鈕腳的斷裂面較光滑，分析為按鈕頻繁受力而導(dǎo)致斷裂。

圖6　關(guān)門按鈕斷腳

2.3潛在隱患

目前列車上使用的幾乎全部為該型號(hào)的按鈕開(kāi)關(guān)，日常運(yùn)用過(guò)程中故障率較高，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)元件觸點(diǎn)不導(dǎo)通、接觸不良以及類似斷腳等故障。由于按鈕開(kāi)關(guān)存在固有的不穩(wěn)定性，尤其是已使用一定年限的，且列車上按鈕開(kāi)關(guān)出現(xiàn)不導(dǎo)通情況時(shí)有發(fā)生，定期更換按鈕開(kāi)關(guān)或是對(duì)按鈕開(kāi)關(guān)進(jìn)行換型，不能從根本上杜絕潛在隱患。

此外，對(duì)車門控制電路進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，若其控制回路中的繼電器如 K01、K03 出現(xiàn)卡滯/觸點(diǎn)不導(dǎo)通等故障時(shí)，亦會(huì)導(dǎo)致類似整列車車門不能打開(kāi)故障。且列車上繼電器出現(xiàn)卡滯、繼電器觸點(diǎn)接觸不良等故障時(shí)有發(fā)生。

若在正線載客運(yùn)營(yíng)時(shí)，列車運(yùn)行到站后整列車門不能打開(kāi)，將會(huì)導(dǎo)致乘客不能正常上、下車，若再遇上車廂內(nèi)存在緊急情況如火災(zāi)等，將會(huì)對(duì)乘客安全和列車正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大影響。鑒于此，對(duì)車門控制電路進(jìn)行改造勢(shì)在必行。

2.4應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)按鈕、繼電器故障率較高問(wèn)題，目前正通過(guò)選取性能較為可靠的按鈕、繼電器品牌和型號(hào)進(jìn)行換型試驗(yàn)；同時(shí)每半年組織對(duì)列車關(guān)鍵回路的繼電器、按鈕狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量；此外亦正在開(kāi)展對(duì)列車關(guān)鍵回路的繼電器、按鈕進(jìn)行可靠性評(píng)估，估計(jì)其使用壽命，后期采取定期更換，以保證列車運(yùn)行安全和正線運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

3　改造方案

為降低車門不能打開(kāi)故障對(duì)正線正常運(yùn)營(yíng)以及乘客安全所帶來(lái)的影響，建議對(duì)車門控制回路進(jìn)行如下改造。

在原開(kāi)門保持控制電路中加裝“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)，用來(lái)旁路開(kāi)門保持控制電路中的關(guān)門按鈕 S03、S04 以及開(kāi)門保持繼電器 K03、K04 等節(jié)點(diǎn)，如圖 7 中紅色虛線框所示，直接將開(kāi)門信號(hào)送入到開(kāi)門列車線，控制開(kāi)門繼電器 K23、K24，如圖 8 所示。并在“緊急開(kāi)門”信號(hào)線與列車線之間加入二極管，以防止反竄電影響?！熬o急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí)，可繞過(guò)開(kāi)門保持控制電路直接到達(dá)開(kāi)門繼電器 K23、K24，并通過(guò)開(kāi)門列車線將 110V 電壓傳輸?shù)矫抗?jié)車的開(kāi)門繼電器 K23、K24。在車門使能信號(hào)有效的情況下，當(dāng)發(fā)生關(guān)門按鈕無(wú)法閉合、開(kāi)門保持繼電器無(wú)法吸合等故障時(shí)，可以通過(guò)“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)，強(qiáng)行向每節(jié)車的開(kāi)門繼電器 K23、K24 輸出 110V 電壓，實(shí)現(xiàn)車門的緊急打開(kāi)。

“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)未旁路車門使能信號(hào)，這樣既保證了只有在列車給出開(kāi)門使能信號(hào)時(shí)（ATP 給出使能信號(hào)或切除 ATP 且列車靜止時(shí)）旁路功能才有效，保留了車門打開(kāi)的前提條件，而且也保證了緊急開(kāi)門的安全性。

圖7　緊急開(kāi)門改造電路

圖8　緊急開(kāi)門控制電路

4　改造效果及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4.1改造效果

改造后對(duì)正常行駛情況下的車門開(kāi)關(guān)功能沒(méi)有任何影響，當(dāng)車門出現(xiàn)故障即單側(cè)所有車門無(wú)法打開(kāi)或某個(gè)單元車車門無(wú)法打開(kāi)時(shí)，可以操作“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)，將故障的車門打開(kāi)，如表 2 所示。

表2　緊急開(kāi)門旁路旋鈕操作情況

從表 2 中可以看出，改造后的“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)可以解決多種類型的車門無(wú)法打開(kāi)故障，減少故障處理的環(huán)節(jié)，縮短故障發(fā)生到列車恢復(fù)運(yùn)營(yíng)的時(shí)間差，有效降低故障對(duì)正線運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的影響，也可保證緊急情況下車廂內(nèi)乘客得到快速疏散，保障乘客安全。

4.2改造風(fēng)險(xiǎn)

通過(guò)以上改造方案可避免車門控制回路中繼電器、按鈕開(kāi)關(guān)故障導(dǎo)致的車門不能打開(kāi)現(xiàn)象，但也存在以下風(fēng)險(xiǎn)，需進(jìn)行關(guān)注和避免。

（1）若出現(xiàn)加裝的“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)失效并一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致車門無(wú)法關(guān)閉。但以上現(xiàn)象可通過(guò)按壓強(qiáng)行開(kāi)門按鈕使車門使能信號(hào)失效，強(qiáng)行關(guān)閉車門。“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)作為備份設(shè)備，操作頻率較低，且正常情況下該按鈕處于斷路狀態(tài)，突然出現(xiàn)持續(xù)導(dǎo)通的故障率極小。此外若出現(xiàn)了意外情況不能關(guān)閉車門，也可以采取清客方式運(yùn)行列車回廠，使乘客能夠順利下車，保證其安全。

（2）當(dāng)司機(jī)按壓強(qiáng)行開(kāi)門按鈕或切除 ATP 給出兩側(cè)車門開(kāi)門使能信號(hào)時(shí)，若司機(jī)誤操作了非站臺(tái)側(cè)“緊急開(kāi)門”旁路，將會(huì)導(dǎo)致非站臺(tái)側(cè)車門打開(kāi)，影響較大。因此，“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)應(yīng)選用帶保護(hù)蓋的旋鈕開(kāi)關(guān)，并在旋鈕開(kāi)關(guān)上面或是下方使用較為明顯的顏色字體區(qū)分左側(cè)和右側(cè)“緊急開(kāi)門”旋鈕開(kāi)關(guān)，這樣司機(jī)旋轉(zhuǎn)“緊急開(kāi)門”開(kāi)關(guān)時(shí)，需先打開(kāi)保護(hù)蓋，然后才能旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，以便給司機(jī)時(shí)間判斷左、右側(cè)，同時(shí)加強(qiáng)司機(jī)培訓(xùn)，明確操作指引，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

5　結(jié)論

目前廣州地鐵線網(wǎng)的日均客流已超過(guò) 600 萬(wàn)，正線高峰期的行車密度達(dá)到近 2min。隨著線網(wǎng)的不斷延伸，地鐵客流將會(huì)繼續(xù)增加。因此，對(duì)車門開(kāi)門回路進(jìn)行改造的意義較大，可以避免因某個(gè)繼電器、按鈕故障引起整列車車門不能打開(kāi)的安全隱患，確保行車安全。

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責(zé)任編輯 凌晨

Principle of Metro Vehicle Door Control and Improvement Suggestions

Duan Yuling

Abstract:The paper introduces the control principle of Type A car door in Guangzhou metro, describes the existing problems and puts forward the improvement scheme. In the final part, the paper analyzes and summarizes the improvement effect and risks of the vehicle doorcontrol improvement program.

Keywords:metro vehicle, car door, control circuit, improvement

中圖分類號(hào)：U270.38+6

作者簡(jiǎn)介：段玉玲（1986—），女，助理工程師

收稿日期2015-12-09