楊帥帥

(合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司， 230601， 合肥∥工程師)

牽引控制系統(tǒng)和制動(dòng)控制系統(tǒng)作為列車正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，是城市軌道交通列車最重要的2個(gè)系統(tǒng)。其中：列車牽引控制系統(tǒng)根據(jù)不同模式下的牽引控制指令及牽引需求輸出牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使列車以目標(biāo)速度運(yùn)行；列車制動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)不同模式下觸發(fā)的制動(dòng)指令與需求，通過(guò)電制動(dòng)與氣制動(dòng)的方式，使列車按照計(jì)劃進(jìn)行減速及停車，實(shí)現(xiàn)列車的安全運(yùn)行。本文對(duì)合肥軌道交通1、2號(hào)線列車在ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)模式下的牽引和制動(dòng)控制電路優(yōu)化進(jìn)行研究。

1 ATO模式下的牽引和制動(dòng)控制電路介紹

合肥軌道交通1、2號(hào)線列車均采用6節(jié)編組B2型列車，且在ATO模式下列車的牽引和制動(dòng)控制接口電路完全一致。本文以2號(hào)線在ATO模式下的牽引和制動(dòng)控制電路為例，對(duì)電路控制的基本原理進(jìn)行介紹。

2號(hào)線在ATO模式下信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)OBCU(車載控制單元)給AMTDR(牽引指令繼電器)、AMBDR(制動(dòng)指令繼電器)供電，實(shí)現(xiàn)牽引、制動(dòng)控制指令的觸發(fā)。每端的OBCU均可同時(shí)給列車兩端的AMTDR、AMBDR供電，其供電原理如圖1所示。

注：AMR——ATO模式繼電器； CREC——司機(jī)室右側(cè)電器柜；箭頭表示線路得電后的邏輯走向。

列車收到ATO制動(dòng)指令后，AMBDR得電，通過(guò)AMBDR在列車制動(dòng)控制電路中的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使制動(dòng)指令列車線失電(低電平有效)，列車觸發(fā)制動(dòng)模式，根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)給出的制動(dòng)力需求值完成制動(dòng)力的施加，使列車達(dá)到計(jì)劃的減速運(yùn)行效果。

列車收到ATO牽引指令后，AMTDR得電，通過(guò)AMTDR在列車牽引控制電路中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使?fàn)恳噶盍熊嚲€得電(高電平有效)，列車觸發(fā)牽引模式，根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)給出的牽引力需求值完成牽引力的施加，使列車達(dá)到計(jì)劃的加速運(yùn)行效果。

2 ATO模式下的牽引和制動(dòng)控制電路原理

通過(guò)對(duì)合肥軌道交通1、2號(hào)線ATO模式下的牽引和制動(dòng)控制電路深入分析，發(fā)現(xiàn)信號(hào)與車輛各自系統(tǒng)控制電路均符合要求，但在信號(hào)與車輛的接口設(shè)計(jì)中存在一定的問(wèn)題。

2.1 信號(hào)專業(yè)的牽引和制動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

如圖1所示，在信號(hào)側(cè)ATO模式牽引和制動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)中，列車兩端任何1個(gè)OBCU均可同時(shí)給兩端的AMBDR、AMTDR供電。該設(shè)計(jì)既可滿足2個(gè)OBCU正常輸出指令，也可實(shí)現(xiàn)控制指令輸出的冗余。

2.2 車輛專業(yè)的牽引和制動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

如圖2所示，在車輛側(cè)ATO模式制動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)中，通過(guò)MCCB(司機(jī)控制器斷路器)、AMR常開(kāi)觸點(diǎn)及AMBDR常閉觸點(diǎn)形成制動(dòng)指令列車線的供電控制。通過(guò)對(duì)列車兩端ATO模式下制動(dòng)指令列車線供電進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在ATO模式下，列車兩端AMR均得電，并且在OBCU輸出制動(dòng)指令時(shí)列車兩端的2個(gè)AMBDR也均得電，即ATO模式下列車兩端的AMBDR均可對(duì)制動(dòng)指令列車線供電進(jìn)行控制。

注：COR為司機(jī)室激活繼電器。

在車輛側(cè)ATO模式下的牽引控制電路通過(guò)MCCB、AMR常開(kāi)觸點(diǎn)及AMTDR常開(kāi)觸點(diǎn)后，與本端的COR1常開(kāi)觸點(diǎn)串接，形成牽引指令列車線的供電控制。通過(guò)對(duì)列車兩端ATO模式下?tīng)恳噶盍熊嚲€供電進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)雖然在ATO模式下列車兩端的AMR均得電，OBCU輸出牽引指令后兩端的AMTDR也全部得電，但由于供電回路需經(jīng)過(guò)COR1常開(kāi)觸點(diǎn)，ATO模式下的牽引指令列車線僅在主控端可以實(shí)現(xiàn)牽引指令列車線的供電。

2.3 信號(hào)與車輛的接口控制電路問(wèn)題

由上分析可見(jiàn)，ATO模式下制動(dòng)指令列車線的供電來(lái)自列車兩端，可同時(shí)進(jìn)行控制。但由于此列車制動(dòng)指令列車線采用低電平有效的控制方式，因此如果列車兩端任意1個(gè)AMBDR發(fā)生故障，其在制動(dòng)控制電路中的常閉觸點(diǎn)就無(wú)法斷開(kāi)，從而導(dǎo)致ATO模式下制動(dòng)指令列車線一直保持高電平的狀態(tài)，列車無(wú)法觸發(fā)制動(dòng)指令，制動(dòng)無(wú)法正常施加，可能引發(fā)列車越站或沖標(biāo)，故列車運(yùn)行存在較大的安全隱患。

對(duì)比僅由主控端AMBDR進(jìn)行制動(dòng)指令列車線控制的方式，現(xiàn)有接口設(shè)計(jì)的控制方式使得制動(dòng)指令列車線出現(xiàn)故障的概率增加1倍。同時(shí)，由于任何一端司機(jī)室被激活均對(duì)AMBDR進(jìn)行得失電控制，使AMBDR的使用頻率增加1倍，將導(dǎo)致AMBDR提前老化，縮短了繼電器電氣的使用壽命。在ATO模式下?tīng)恳噶盍熊嚲€的控制方式上，同樣存在使AMTDR的使用頻率增加1倍、繼電器電氣使用壽命縮短的問(wèn)題。

3 AMTDR、AMBDR的動(dòng)作頻次計(jì)算

AMBDR、AMTDR的動(dòng)作頻次可通過(guò)每日列車運(yùn)營(yíng)信息及列車事件記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。由于AMBDR、AMTDR的計(jì)算方式相同，本文僅以2號(hào)線的AMBDR為例進(jìn)行動(dòng)作頻次計(jì)算分析。其計(jì)算公式如下：

N=365t1N0/t2

(1)

式中：

N——平均每個(gè)AMBDR的動(dòng)作頻次，次/年；

t1——正線列車平均每日開(kāi)行列次數(shù)，列次；

N0——每開(kāi)行1列次AMBDR的動(dòng)作頻次，次；

t2——2號(hào)線配屬列車數(shù)量，列。

2號(hào)線現(xiàn)有28列電客車，根據(jù)該線目前的運(yùn)行圖，每日載客開(kāi)行列次約為310列次。根據(jù)列車事件記錄儀的信息，列車在正線上正常開(kāi)行1列次，AMBDR動(dòng)作次數(shù)約為48次。將以上數(shù)據(jù)代入式(1)，可得到列車1年內(nèi)每個(gè)AMBDR在正線運(yùn)行時(shí)的動(dòng)作次數(shù)為193 971次。另外，考慮列車在維保測(cè)試過(guò)程中AMBDR的動(dòng)作情況，估計(jì)列車1年內(nèi)每個(gè)AMBDR的動(dòng)作頻次在20～22萬(wàn)次。目前2號(hào)線列車AMBDR采用的繼電器，其電氣使用壽命約為50萬(wàn)次，結(jié)合實(shí)際情況，則大約2年半即達(dá)到繼電器的電氣使用壽命。

達(dá)到繼電器電氣使用壽命后，會(huì)進(jìn)一步增大出現(xiàn)故障的可能。因此，在設(shè)計(jì)上采取改良措施，對(duì)接口電路進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)提升設(shè)備穩(wěn)定性、保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。

4 接口控制電路的優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化方案1

如圖3所示，在AMBDR上方串接司機(jī)室激活繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)，保證ATO模式下列車制動(dòng)控制時(shí)只是主控端AMBDR得電。按照此方案優(yōu)化后，列車制動(dòng)電路僅通過(guò)主控端進(jìn)行供電控制，遠(yuǎn)端AMBDR不得電，常閉觸點(diǎn)一直處于閉合狀態(tài)，可以有效降低由于AMBDR故障導(dǎo)致制動(dòng)控制指令列車線異常得電的概率，同時(shí)還可以使AMBDR的動(dòng)作頻次減少一半，進(jìn)而延長(zhǎng)AMBDR的使用壽命。同理，AMTDR的供電方式采用同樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后，也可以使AMTDR的動(dòng)作頻次減少一半，延長(zhǎng)AMTDR的使用壽命。

圖3 僅有主控端AMBDR/AMTDR得電的優(yōu)化方案

4.2 優(yōu)化方案2

優(yōu)化方案1既有效降低了繼電器的使用次數(shù)，也降低了AMBDR故障導(dǎo)致的制動(dòng)指令列車線異常得電的概率，但是在接口電路設(shè)計(jì)中未起到冗余作用。為了進(jìn)一步降低電路的故障概率，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，可以采取以下優(yōu)化方式：

1) 對(duì)于ATO制動(dòng)控制電路：可將ATO模式下制動(dòng)控制電路(見(jiàn)圖2)中AMBDR常閉觸點(diǎn)更換為常開(kāi)觸點(diǎn)的方式，修訂信號(hào)側(cè)OBCU制動(dòng)信號(hào)的觸發(fā)邏輯。即：將信號(hào)系統(tǒng)OBCU制動(dòng)信號(hào)輸出邏輯修訂為低電平為有效制動(dòng)信號(hào)、高電平為無(wú)效制動(dòng)信號(hào)，且備用OBCU在正常狀態(tài)下制動(dòng)指令輸出低電平信號(hào)，保證不會(huì)對(duì)主用OBCU制動(dòng)邏輯觸發(fā)造成干擾。此優(yōu)化方案的AMBDR動(dòng)作頻次與優(yōu)化前方案的AMBDR動(dòng)作頻次相同，可實(shí)現(xiàn)ATO模式下制動(dòng)控制電路供電的冗余，可以很好地降低AMBDR故障導(dǎo)致制動(dòng)指令列車線發(fā)生故障的概率。

2) 對(duì)于ATO牽引控制電路：只需優(yōu)化牽引指令列車線控制電路的方式，取消圖2中COR1常開(kāi)觸點(diǎn)，使得列車兩端AMTDR對(duì)列車牽引指令列車線供電形成冗余。此優(yōu)化方案的AMTDR動(dòng)作頻次與優(yōu)化前方案一致，但可以實(shí)現(xiàn)ATO模式下?tīng)恳刂齐娐饭╇姷娜哂?，有效降低AMTDR故障導(dǎo)致?tīng)恳噶盍熊嚲€發(fā)生故障的概率。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著合肥軌道交通1、2號(hào)線運(yùn)營(yíng)時(shí)長(zhǎng)的增加，相關(guān)繼電器使用頻次逐漸增加，設(shè)施設(shè)備均會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化，越來(lái)越多的問(wèn)題將逐步體現(xiàn)出來(lái)。需要及時(shí)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入分析、總結(jié)，采取有效的措施降低各類故障的概率，減少由于設(shè)備原因?qū)θ粘＿\(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的影響，保障城市軌道交通線路的安全、高效、平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)。