周洲 任潔 彭先勝 戴其俊

摘 要：本文介紹了現(xiàn)有的軌道交通車門控制器故障產(chǎn)生后的處理方式及其存在問題和缺點(diǎn)，提出了一種新的軌道交通車門控制器自診斷系統(tǒng)及方法，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的組成及自診斷的實(shí)現(xiàn)方法，表明了自診斷系統(tǒng)具有良好的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：故障檢測;自診斷;門控器

1 概述

1.1 現(xiàn)有軌道交通門控器技術(shù)概況

軌道交通車門控制器（以下簡稱門控器）主要用于高鐵及城軌當(dāng)中，通過接收車輛開關(guān)門等硬線信號(hào)及通訊信號(hào)，驅(qū)動(dòng)車門傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)開關(guān)門等功能。目前現(xiàn)有的門控器無法在車門運(yùn)行過程中提前判定門控器狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)車門無法打開、關(guān)閉或關(guān)閉不到位等情況時(shí)，無法準(zhǔn)確的捕捉故障發(fā)生的根本原因，只能將故障信息上報(bào)至車輛控制中心，等待車輛回庫后復(fù)現(xiàn)故障再進(jìn)行診斷和分析。

現(xiàn)有門控器的維護(hù)方式需要耗費(fèi)維保或技術(shù)人員大量的時(shí)間進(jìn)行模擬和分析故障，無法在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的定位故障并解決問題，甚至在某些情況下故障無法復(fù)現(xiàn)，導(dǎo)致無法徹底解決故障問題。這些都會(huì)導(dǎo)致了車門故障分析時(shí)間長、維保成本較高[1]。因此設(shè)計(jì)一款具有自診斷功能，能夠自動(dòng)定位故障信息的門控器尤為重要。

1.2 門控器故障診斷方式改進(jìn)

本文根據(jù)現(xiàn)有門控器故障診斷方式，提出了一種新的門控器自診斷系統(tǒng)及方法。通過在現(xiàn)有門控器的基礎(chǔ)上增加自診斷電路，采用電壓采樣、電流采樣等方式，實(shí)現(xiàn)了門控器關(guān)鍵故障的自診斷技術(shù)，解決了目前技術(shù)中自動(dòng)化程度不高、自診斷分析能力不佳的問題。

改進(jìn)后的門控器通過門控器自診斷電路，在車門運(yùn)行狀態(tài)下，實(shí)時(shí)檢測門控器各個(gè)電路運(yùn)行狀態(tài)，并通過對比相關(guān)信號(hào)的閾值，實(shí)現(xiàn)了車門運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，門控器通過內(nèi)部儲(chǔ)存電路，實(shí)時(shí)記錄各個(gè)電路的運(yùn)行狀態(tài)及故障信息，并且門控器CPU會(huì)將故障信息通過3G、4G或以太網(wǎng)等通訊方式發(fā)送至車門監(jiān)測平臺(tái)。在故障發(fā)生后，設(shè)計(jì)人員不必通過大量實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)故障模擬，僅通過故障下載軟件下載門控器故障數(shù)據(jù)便可清楚地判定故障發(fā)生原因，實(shí)現(xiàn)了故障的快速識(shí)別，極大地提高了故障解決的效率，節(jié)省了大量的維護(hù)時(shí)間和人力成本[2]。

2 門控器自診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 自診斷功能定義

自診斷功能是智能控制系統(tǒng)的一種功能，它具有擬人的“自診斷功能”，能夠自行診斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并判定故障的發(fā)生，維護(hù)系統(tǒng)的正常工作。

2.2 門控器自診斷總體設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的自診斷門控器系統(tǒng)包括CPU及連接于CPU的電源模塊、軟啟動(dòng)模塊、看門狗電路、儲(chǔ)存器電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、輸出口、關(guān)鍵輸入口等。通過各個(gè)電路相互配合，實(shí)現(xiàn)門控器的電源自診斷、CPU自診斷、電機(jī)驅(qū)動(dòng)自診斷、關(guān)鍵信號(hào)輸入口自診斷及輸出口自診斷。

CPU作為門控器的核心，在本系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)處理各個(gè)自診斷電路的返回?cái)?shù)據(jù)，并對返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析后與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，從而判定門控器的運(yùn)行狀態(tài);軟啟動(dòng)模塊作為門控器的EMI電路，連接門控器與外部電源;看門狗電路通過周期性的檢測信號(hào)來檢測CPU運(yùn)行狀態(tài);儲(chǔ)存器電路作為外部儲(chǔ)存器，用于儲(chǔ)存故障發(fā)生時(shí)各個(gè)電路模塊的運(yùn)行狀態(tài)，從而方便設(shè)計(jì)人員后期進(jìn)行故障分析;電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路用于連接電機(jī)與CPU，通過自診斷電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測;輸出口主要用于診斷輸出信號(hào)是否與預(yù)期信號(hào)一致;輸入口關(guān)鍵信號(hào)主要用于診斷開門和關(guān)門等關(guān)鍵信號(hào)是否有效，從而確認(rèn)是否要執(zhí)行開關(guān)門操作。

2.3 門控器的自診斷詳細(xì)設(shè)計(jì)

門控器自診斷主要包含電源自診斷、CPU自診斷、電機(jī)驅(qū)動(dòng)自診斷、關(guān)鍵輸入口自診斷及輸出口自診斷。CPU與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)將自診斷信息通過以太網(wǎng)、3G或4G網(wǎng)絡(luò)等通訊方式發(fā)送至車門檢測平臺(tái)。具體數(shù)據(jù)傳輸原理框圖見圖1：

2.3.1 門控器電源自診斷設(shè)計(jì)

門控器上電后經(jīng)過軟啟動(dòng)形成供電電壓，供電電壓經(jīng)電源模塊后轉(zhuǎn)換為15 V、VCC電壓。15 V電壓用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路供電，15 V電源再轉(zhuǎn)換為5 V電壓為其它模擬電路供電;VCC電壓通過DC-DC電路轉(zhuǎn)換為3.3 V和1.8 V為CPU及其外圍電路供電，并電源模塊轉(zhuǎn)換為VCC1電壓，用于CAN通訊模塊供電。CPU通過各個(gè)電路上的電壓采樣電路獲取電源實(shí)際電壓值，通過與預(yù)設(shè)電壓閾值進(jìn)行比較，判定各個(gè)電源狀態(tài)。若電源處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則門控器繼續(xù)正常工作，否則將進(jìn)行故障記錄和上報(bào)。

2.3.2 CPU自診斷設(shè)計(jì)

CPU的自診斷設(shè)計(jì)是由CPU持續(xù)發(fā)送喂狗信號(hào)給看門狗電路，看門狗電路定期檢測CPU的喂狗信號(hào)，若存在異常則進(jìn)行復(fù)位重啟，防止門控器軟件運(yùn)行異常。

2.3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)自診斷設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)自診斷設(shè)計(jì)是增加兩路相電流采樣電路，由CPU通過ADC中斷子程序?qū)崟r(shí)讀取電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的兩相電流，并根據(jù)電流處理算法計(jì)算實(shí)際采樣電流，然后根據(jù)計(jì)算得到電流值對電機(jī)進(jìn)行控制，若存在過流保護(hù)信號(hào)且指定時(shí)間內(nèi)過流保護(hù)信號(hào)超過預(yù)設(shè)次數(shù)則停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)并上報(bào)故障。

2.3.4 輸入信號(hào)關(guān)鍵信號(hào)自診斷設(shè)計(jì)

輸入口關(guān)鍵信號(hào)自診斷設(shè)計(jì)是增加開門、關(guān)門等關(guān)鍵輸入口的冗余電路，輸入信號(hào)通過輸入口電路進(jìn)行濾波后進(jìn)入CPU，CPU將關(guān)鍵信號(hào)與冗余信號(hào)進(jìn)行對比，若信號(hào)一致，則執(zhí)行開關(guān)門操作，否則禁止開關(guān)門操作。

2.3.5 輸出口信號(hào)自診斷設(shè)計(jì)

輸出口自診斷設(shè)計(jì)是門控器在上電后ADC中斷會(huì)實(shí)時(shí)讀取輸出口反饋信號(hào)，若反饋信號(hào)與預(yù)期信號(hào)一致，則正常進(jìn)行信號(hào)的輸出，若診斷為輸出口故障，則禁止輸出口信號(hào)輸出。

上述故障發(fā)生后，門控器將執(zhí)行對應(yīng)的操作，并通過顯示模塊顯示故障信息，同時(shí)CPU將故障信息通過儲(chǔ)存電路存入內(nèi)部儲(chǔ)存器，方便設(shè)計(jì)人員后期進(jìn)行故障下載和分析。同時(shí)，CPU還會(huì)將故障信息上載至上位機(jī)中，并通過以太網(wǎng)或3G、4G網(wǎng)絡(luò)等通訊方式將故障信息傳輸至車門監(jiān)控平臺(tái)。

2.4 實(shí)際項(xiàng)目裝車驗(yàn)證

將具有自診斷功能的門控器進(jìn)行裝車驗(yàn)證，在地鐵運(yùn)行過程中，當(dāng)門控器或車門系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自診斷門控器可以根據(jù)自診斷電路反饋實(shí)時(shí)記錄車門故障信息，能夠滿足車門系統(tǒng)的自診斷需求，達(dá)到快速定位故障信息的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

本文介紹了門控器的自診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，包括門控器的電源狀態(tài)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、輸入輸出口狀態(tài)、CPU運(yùn)行狀態(tài)等檢測，并將門控器狀態(tài)進(jìn)行儲(chǔ)存并上傳至車門監(jiān)控平臺(tái)。車輛運(yùn)營過程中，若門控器產(chǎn)生故障，可以通過下載故障發(fā)生時(shí)存儲(chǔ)在門控器內(nèi)部存儲(chǔ)器的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)快速定位故障的根本原因，節(jié)省了技術(shù)人員分析故障的時(shí)間，降低了故障分析難度，減少了維保時(shí)間和費(fèi)用，提高了車輛運(yùn)營效率，使車門的運(yùn)營更加安全。

參考文獻(xiàn)：

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