王云帆，徐踐，李瀚

摘 ? 要：司控器作為地鐵車(chē)輛的主令設(shè)備，承擔(dān)將司機(jī)的駕駛操作轉(zhuǎn)換為車(chē)輛牽引制動(dòng)指令的作用，其工作要求穩(wěn)定、可靠。司控器在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)超差故障將直接影響車(chē)輛的正常運(yùn)營(yíng)。文章針對(duì)沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器模擬量信號(hào)超差進(jìn)行故障調(diào)查及分析，通過(guò)改進(jìn)司控器電磁兼容能力，提高信號(hào)余量及信號(hào)同步精度，以解決沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器模擬量信號(hào)超差故障。

關(guān)鍵詞：司控器;編碼器;模擬量信號(hào)

司控器的信號(hào)一般分為開(kāi)關(guān)信號(hào)和模擬量信號(hào)，各信號(hào)通過(guò)司機(jī)操作司控器手柄發(fā)送給車(chē)輛的控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)判斷比對(duì)各信號(hào)完成牽引、制動(dòng)指令的實(shí)施。沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器為德國(guó)進(jìn)口設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)模擬量超差故障，而其維修、采購(gòu)周期長(zhǎng)，影響了車(chē)輛的正常運(yùn)營(yíng)，本文針對(duì)沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線進(jìn)行了司控器信號(hào)超差的調(diào)查及分析，并制定整改對(duì)策[1]。

1 ? ?沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器介紹

1.1 ?介紹及結(jié)構(gòu)部分構(gòu)成

沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器主要構(gòu)成部分為：鑰匙開(kāi)關(guān)、方向手柄、速度調(diào)節(jié)手柄。鑰匙開(kāi)關(guān)位置中，OFF表示在此位置鑰匙能夠拔出。ON位置表示總線激活，列車(chē)能夠操作。方向控制手柄有以下3個(gè)位置：

（1）向前（向前位置），列車(chē)駕駛模式變?yōu)槠胀ㄈ斯は蚯澳Ｊ健?/p>

（2）0位（中間位置），斷開(kāi)位。

（3）向后（向后位置），列車(chē)駕駛模式變?yōu)槠胀ㄈ斯は蚝竽Ｊ健?/p>

速度調(diào)節(jié)手柄有13個(gè)位置，其中，牽引4個(gè)、惰行1個(gè)、制動(dòng)7個(gè)和緊急制動(dòng)1個(gè)，每個(gè)位置的功能如下：

（1）牽引（向前位置P1，P2，P3，P4），其下線路接觸器閉合并提供牽引力指令。

（2）0位（中間位置），限制線路接觸器的動(dòng)作，并提供零牽引/制動(dòng)指令。

（3）常用制動(dòng)（向后位置B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7），線路接觸器閉合并提供制動(dòng)力指令[2]。

（4）緊急制動(dòng)（向后位置），手柄位于該位時(shí)施加緊急制動(dòng)。

1.2 ?電氣部分構(gòu)成

數(shù)字信號(hào)部分由一系列開(kāi)關(guān)組成，通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合來(lái)輸出信號(hào)，模擬量通過(guò)與司控器主控手柄機(jī)械相連的編碼器輸出。沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器開(kāi)關(guān)閉合如圖1所示。

2 ? ?沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器故障調(diào)查及分析

2.1 ?試驗(yàn)條件、對(duì)象及設(shè)備構(gòu)成

在實(shí)車(chē)配置設(shè)備及布線后，執(zhí)行下列試驗(yàn)來(lái)重現(xiàn)故障。檔位操作內(nèi)容如下：

（1）穩(wěn)態(tài)牽引操作（P1→P2→P3→P4）。

（2）穩(wěn)態(tài)制動(dòng)操作（B1→B2→B3→B4→B5→B6→B7）。

（3）快速制動(dòng)（RB）操作。

（4）牽引，立即OFF制動(dòng)操作。

（5）牽引、制動(dòng)的隨機(jī)反復(fù)操作。

試驗(yàn)對(duì)象包括了車(chē)輛上的司控器及后端車(chē)輛控制網(wǎng)絡(luò)，試驗(yàn)對(duì)象構(gòu)成如圖2所示。

圖1 ?沈陽(yáng)地鐵1號(hào)線司控器開(kāi)關(guān)閉合

圖2 ?試驗(yàn)對(duì)象構(gòu)成

2.2 ?測(cè)量?jī)?nèi)容

測(cè)量記錄下列信號(hào)，確認(rèn)是否會(huì)出現(xiàn)故障現(xiàn)象：（1）司控器（Master Controller）模擬量電壓輸出及其電源電壓，測(cè)量牽引、制動(dòng)指令、編碼器1系及2系電壓。（2）TMS Central unit輸入、輸出。測(cè)量牽引、制動(dòng)指令、編碼器1系及2系電壓。（3）TMS Event Recorder。通過(guò)TMS收集的各數(shù)碼信號(hào)。（4）VVVF GCU-PWM信號(hào)，測(cè)量從TMS發(fā)出的PWM信號(hào)[3]。

2.3 ?確認(rèn)結(jié)果

（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在Date Logger中確認(rèn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)司控器側(cè)編碼器1系和2系間的差異。

（2）通過(guò)TMS轉(zhuǎn)換的數(shù)碼信號(hào)（Event Recorder輸出）確認(rèn)與第（1）步相同，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。

（3）編碼器輸出電壓波形觀測(cè)。在組合試驗(yàn)回路中接入示波器，觀測(cè)司控器編碼器的輸出電壓波形。通過(guò)觀測(cè)編碼器電壓波形（見(jiàn)圖3），可以確認(rèn)各檔位的最大值和最小值以及超過(guò)許可值的數(shù)值（粗體部分）。

圖3顯示電源電壓中紋波很大，所以可認(rèn)為T(mén)MS讀取值存在偏差，是編碼器輸出值和TMS讀取值不一致的主要原因。

測(cè)量司控器的兩個(gè)編碼器模擬量輸出曲線，可以看出司控器在輸出1 V及8.5 V兩端沒(méi)有設(shè)置余量，在RB與P4兩個(gè)極限位置容易出現(xiàn)跳躍故障。

3 ? ?整改方案

結(jié)合上述調(diào)查分析，對(duì)司控器進(jìn)行結(jié)構(gòu)、電氣優(yōu)化：

（1）改進(jìn)現(xiàn)有司控器編碼器可能存在機(jī)械上不同步的缺點(diǎn)，將兩個(gè)編碼器使用同軸設(shè)計(jì)，共用一根旋轉(zhuǎn)軸，消除機(jī)械誤差，保證兩個(gè)編碼器100%同步。

（2）編碼器電磁屏蔽、防塵、防水設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有司控器編碼器電路板直接裸露，使用過(guò)程中可能受其他電氣設(shè)備的干擾，將編碼器電路板用鋁合金殼體進(jìn)行屏蔽，同時(shí)外接線束使用全屏蔽線，保證模擬量輸出側(cè)信號(hào)全方位屏蔽。

（3）改進(jìn)編碼器電路，在電源輸入端加入穩(wěn)壓電路。

（4）改進(jìn)模擬量輸出曲線，在1 V及8.5 V兩端設(shè)置余量，防止在RB與P4兩個(gè)極限位置出現(xiàn)電壓突變。

（5）對(duì)改進(jìn)的編碼器進(jìn)行抗擾度測(cè)試。依據(jù)軌道交通電磁兼容第2部分：整個(gè)軌道系統(tǒng)對(duì)外界的發(fā)射（GB/T 24338.5—2018），通過(guò)電快速瞬變脈沖群、浪涌（沖擊）、射頻感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)測(cè)試編碼器通過(guò)實(shí)驗(yàn)。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

通過(guò)故障調(diào)查及一系列改進(jìn)措施，沈陽(yáng)1號(hào)線使用的改進(jìn)司控器在正線運(yùn)營(yíng)中不再出現(xiàn)模擬量超差的故障，保障了運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊致琛.司控器模擬量值超差問(wèn)題分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（28）：166，168.

[2]張偉先，喬紅云.以單片機(jī)為核心的司控器檢測(cè)系統(tǒng)[J].電力機(jī)車(chē)技術(shù)，2002（6）：42-43.

[3]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005.

Signal fault analysis and countermeasures of driver controller in Shenyang metro line 1

Wang Yunfan1， Xu Jian1， Li Han2

（1.Operation Branch of Shenyang Metro Group Co.， Ltd.， Shenyang 110141， China;?2.Zhuzhou Shiling Transportation Equipment Co.， Ltd.， Zhuzhou 412007， China）

Abstract：Master controller as main equipment of subway vehicle， it will take the drivers driving operation into the trains instruction， this job requires stable and reliable. Master controller appears in the process of operation signal out-of-tolerance failure will directly affect the normal operation of the vehicle. The paper investigates and analyzes the fault of the analog signal of the controller of Shenyang metro line 1， and improves the electromagnetic compatibility of the controller， allowance and improve signal synchronization precision solution of Shenyang metro line 1 master controller analog signals of fault.

Key words：master controller; encoder; analog signal