天津地铁2号线牵引制动指令信号问题研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇天津地铁2号线牵引制动指令信号问题研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文依据天津地铁网络化运营实践经验，对运营过程中地铁车辆牵引制动指令信号方面出现的问题进行总结分析，着重对存在较严重运营影响的隐患进行研究，并提出改进方案，进行相关的研究探讨。

关键词：地铁车辆；牵引制动指令信号；司控器；TMS

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A

一、前言

地铁电客车牵引和制动指令关系到列车控制的精度和行车安全，影响重大。故在设计时需尽可能的保证指令生成、传输及采集整个过程的可靠性，并需充分考虑故障下的冗余及应急处理。结合2号线试运营以来的实践总结，本文就人工模式下地铁电客车牵引和制动指令的生成、传输及采集过程和故障应对进行了探讨。

二、2号线牵引制动指令传输

人工模式下，天津地铁2号线电客车牵引制动的传输过程如图1所示

图1牵引制动传输过程示意图

其中，司控器主要操作机构为钥匙开关、方向手柄和牵引/制动控制手柄，通过操作这三种装置，可完成电客车运行的相关操作，且三个机构为互锁结构，从而加强行车的安全性。

牵引/制动控制杆呈 T 型，下压时启动警惕按钮功能（辅助开关 Schaltbau S800b）。向前操作为牵引控制，向后操作为制动控制和快速制动控制。牵引/制动控制杆有 6个档位：2 个牵引档位（“Pmin”,“Pmax”）；1个惰行档位“N”；3 个制动档位（“Bmin”，“Bmax”，“RB”）。根据开关程序 Ed340106牵引/制动控制杆经由齿轮传动有 8 个凸轮的凸轮轴驱动8个Schaltbau S800a开关；轴通过将电位计连接到 2 个平行电阻线来驱动牵引/制动控制杆的信号传输。

P/B指令线为列车的牵引制动回路的数字信号，采用硬线传输给列车管理系统TMS，牵引制动模拟信号接受源为0-10V的电压信号 ，如图2所示

图2 输出电压和牵引/制动手柄位置

三、当前牵引制动指令的冗余与故障应对方法

如前所述，2号线电客车列车管理系统TMS采集的牵引制动指令有数字信号与模拟信号两种，数字信号为牵引、制动的状态信号，硬线传输；模拟信号为牵引制动手柄的位置变化，通过内部电位计将牵引制动级位转化为两路模拟电压信号；数字信号与模拟信号均为两路设计，保证了一定的冗余性。

根据该设计，2号线电客车进一步提供了了司控器牵引制动指令的可能故障和应对方法。如下表所示：

表1 司控器牵引制动指令故障列表

三、改进方案研究及探讨

1、增加TMS采集牵引制动模拟量失效时的冗余

例：2012年9月13日，正线行车时210车司机操作牵引制动手柄无反应。回库检查发现司控器正常输出电压，但TMS界面上的 CPU1模拟值始终显示4.9V（即惰行位），CPU2数据正常，但TMS未检测故障，始终保持采集CPU1数据。

如前文所述，司控器级位以模拟形式输入到TMS，具体流程如下：

图3TMS采集牵引制动级位信号示意图

①TMS的CPU对模拟量输入输出卡AIO卡发出测量开始指令

②在40ms后从AIO卡接收测量完毕信号

③从AIO卡读取测量值

①TMS的CPU对模拟量输入输出卡AIO卡发出测量开始指令

…

一个周期为用时为50ms

若流程第②项出现问题时，因TMS的CPU未接收到测量完毕信号， TMS将始终保持前一个周期的指令，导致牵引制动模拟信号锁死的问题。而初始设计并未能提供这一情况的冗余。

针对上述故障，三菱进行了如下处理

（1）300ms未监测到测量完毕信号时，CPU对AIO板卡进行初始化处理。此时报故障F065；

（2）上述复位完毕后，300ms后又没有测量完毕信号时，则再次对AIO板卡进行初始化处理。此时报故障F066；

（3）若初始化再次失效，TMS将切换至另一CPU进行控制，并报F067（2级）故障。

故表1中故障触发条件一项均需增加：（5）检测故障F067 (检测本故障不需要时间延迟条件)。

当然，若要根本解决该问题，则需对AIO板卡的测量方法进行修改，具体措施需进一步研究，本文不作探讨。

2、更改信号传输方案

目前，牵引制动模拟信号采用0`10V电压进行信号传输。此方案具有设计简单，成本低等优点，但抗干扰能力较差。

故可考虑采用抗干扰能力更优的电流信号方案，目前常用的为4`20mA电流环进行信号传输。4`20mA电流信号接收电路的输入阻抗较低,故电磁骚扰源在传输线上产生的骚扰电压很小，电流对噪声不敏感，抗干扰性能与长线传输性能更好。

此方案在既有车上整改难度较大，故可在新线上尝试。

3、操作牵引制动手柄制动时列车无反应问题的应对

由“来自M/C的PB指令和请求不对称”这一故障描述可以看出，列车存在操作牵引制动手柄时，列车无制动的情况，即CPU1、CPU2的制动模拟信号均正常，但制动状态信号未输出，导致车辆无制动的极端情况。

针对此类故障，目前现存的处理方案为列车TMS显示屏弹出警告，并伴随有蜂鸣器报警音。司机根据情况拍下紧急制动蘑菇按钮来施加紧急制动。但在人工模式下，该方案过于依赖司机的判断与反应，设备的冗余度不够。

目前列车的牵引制动数字信号为硬线信号，若增加冗余，可将司控器发出的信号指令改为PWM信号，改为使用凸轮触点的硬线指令（3线方式、4线方式）方式。

若实施此方案，需要增加总装布线、司控器凸轮轴数和TMS硬线输入接口。在既有车上整改难度较大，故可考虑在新线上尝试。

四、结论

本文针对天津地铁2号线试运营过程中牵引制动信号方面出现的问题，提出了三方面的的改进方案，第一种已在既有车进行了改进，效果良好，后两种可在新线的设计过程中进一步探讨尝试。

参考文献

[1]GB50157-2003，地铁设计规范[S].2003.

[2]德州仪器公司，4~20mA电流变送器的工业控制应用[J].世界电子元器件，2006（1）：93-96

[3]郭振通，李保霞.地铁列车牵引和制动力指令信号电磁兼容设计.机车电传动，2012