朱 琳,牛秀蓉

(洛陽市軌道交通集團有限責任公司 運營分公司,河南 洛陽 471023)

0 引言

洛陽地鐵1號線自試運行以來,在前期人員設備磨合階段,車輛正線運行過程中,經(jīng)常發(fā)生緊急制動。本文以洛陽地鐵車輛緊急制動故障為例,分析緊急制動產(chǎn)生的原因及應對策略。緊急制動設置的目的是保障列車在緊急狀況下能夠以最大減速度停車,保障行車安全。緊急制動采用純空氣制動,一旦觸發(fā)緊急制動,直至列車停止才能緩解制動[1]。

洛陽地鐵1號線列車采用故障導向安全原則設計,只要出現(xiàn)危及行車安全的操作或者設備故障,制動優(yōu)先原則,都會觸發(fā)安全回路,產(chǎn)生制動[2]。電客車的主電路、高壓分配、牽引、網(wǎng)絡控制、零速、警惕、PIS控制、車門控制等指令均采用高電平有效的設計原則。但是制動指令與之相反,包括常用制動、快速制動、緊急制動、停放制動指令均采用“低電平有效”。即采用失電制動,得電緩解這種控制方式,發(fā)生緊急制動列車線失電時,列車將會自動施加緊急制動[3]。

1 車輛制動控制原理

1.1 車輛制動控制

司機控制器的面板上有控制手柄、換向手柄2種可操作機構?？刂剖直瑺恳齾^(qū)、0位、制動區(qū)、快速制動位;換向手柄有“向后”、“0”、“向前”3個擋位。

車輛在正線運行中,方向手柄發(fā)出向前指令,車輛執(zhí)行該命令。向前運行過程中,列車有惰行、牽引、制動3種狀態(tài)。牽引制動邏輯判斷如表1所示[4]。

表1 牽引制動邏輯判斷

洛陽地鐵1號線采用架控空氣制動系統(tǒng),制動設備包括動力轉向架的電制動和每個轉向架的電空制動控制及基礎制動裝置;基礎制動采用踏面制動單元,車輛采用成熟的三點懸掛方式。

空氣制動系統(tǒng)按一列車進行系統(tǒng)設計,車與車之間的接口、功能相匹配,編成列車后互不干擾。整個系統(tǒng)設計高度完整,以安全為導向。

列車配備有2套制動系統(tǒng):一套電制動系統(tǒng)(ED制動),電制動由牽引系統(tǒng)提供;一套電空制動系統(tǒng)(EP制動),電空制動系統(tǒng)為模擬式單管直通摩擦制動系統(tǒng)(見表2)。

表2 制動方式區(qū)別

制動模式分為可恢復制動和不可恢復制動,2種模式之間存在區(qū)別。任何時候,操作人員均可緩解可恢復制動;而不可恢復制動一旦施加,直至列車停止才能緩解制動。列車安全回路失電,列車施加緊急制動。緊急制動不可恢復,并予以零速互鎖。只有在車輛停止,并且觸發(fā)緊急制動的條件復位后,安全回路重新得電,才能緩解緊急制動[5]。

1.2 駕駛模式分類

車輛在正線操作模式分為切除ATC信號非限制人工駕駛(NRM)、ATP防護下的手動駕駛(ATP模式)、系統(tǒng)自動駕駛(ATO模式)等模式,駕駛模式分類如表3所示。

表3 駕駛模式

在距離碼ATP系統(tǒng)的基礎上安裝了ATO系統(tǒng),列車就可采用手動方式或自動方式進行駕駛。在選擇自動駕駛方式時,ATO 系統(tǒng)代替司機操縱,諸如列車啟動加速、勻速惰行、制動等基本駕駛功能均能自動進行。不論是由司機手動駕駛還是由ATO系統(tǒng)自動駕駛,ATP系統(tǒng)始終是執(zhí)行其速度監(jiān)督和超速防護功能。當列車處于手動駕駛模式,即非AM/AM-H/AR模式下,在牽引工況下,警惕按鈕須一直觸發(fā),若警惕按鈕被釋放3 s后,警惕延時繼電器(=22- K110)失電,列車將產(chǎn)生緊急制動。

非限制人工駕駛(NRM):切除ATC信號,司機人工駕駛。

手動駕駛(ATP) :在ATP防護下的,司機人工駕駛。

系統(tǒng)自動駕駛(ATO):在ATP防護下,ATO自動駕駛。

1.3 駕駛模式轉換說明

1.3.1進入AM駕駛模式

當ATP處于監(jiān)督模式且ATO設備處于可用狀態(tài)時,可以激活ATO的自動駕駛功能。當以下條件得到滿足時,駕駛室2個ATO啟動按鈕/指示燈處于閃爍狀態(tài)提示司機可以啟動自動駕駛功能:(1)列車處于CM/ AM模式。(2)列車預設最高模式為AM。(3)方向手柄在向前位,并且牽引/制動手柄在零位。(4)ATO設備工作正常。(5)列車未實施緊急制動。

當ATO啟動燈閃爍時,司機確認前方線路條件后,通過同時按壓2個ATO啟動按鈕來啟動ATO的自動駕駛。ATO自動駕駛時,ATO燈將保持一直亮燈狀態(tài),表示ATO系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài),同時MMI上將顯示當前列車的駕駛模式,列車將由ATO自動駕駛到下一站或下一個紅燈信號機處。

車載ATO設備能自動識別ATC監(jiān)控區(qū),當列車自非ATC監(jiān)控區(qū)進入ATC監(jiān)控區(qū)時,車載設備能立即進入工作狀態(tài)。

1.3.2退出AM駕駛模式進入CM模式

當不滿足自動駕駛條件時,ATO會自動退出,這些條件包括:(1)列車最高預設模式不是ATO模式。(2)方向手柄不向前或者牽引/制動手柄不在零位。(3)列車實施了緊急制動。(4)ATO設備故障。(5)當列車回段,確認轉為RM模式時。

司機隨時都可以停用自動駕駛功能并且重新獲得對列車運行的控制。只要移動一下方向手柄或牽引/制動手柄就可以切除ATO對列車的控制。

列車退出自動駕駛后,新的駕駛模式將顯示在MMI上。

1.3.3退出CM駕駛模式進入非限制人工模式

司機操作司機室控制柜中ATC切除旋鈕(=43-S105)。司機通過操作司機控制器的方向和牽引制動級位手柄執(zhí)行非限制人工模式。在牽引工況下,司機手掌一直要放在牽引制動級位手柄,一直要觸發(fā)警惕按鈕(司控器=22-A101,警惕按鈕行程開關S00)。

1.4 緊急制動觸發(fā)條件

下列條件之一時,TCMS將觸發(fā)緊急制動指令:

(1)ATC車載設備(=43-A01)觸發(fā)緊急制動。

(2)當列車處于非AM/AM-H/AR模式下,且在牽引工況下,警惕按鈕被釋放3 s后;警惕延時繼電器(=22- K110)失電。

(3)數(shù)字量輸入輸出模塊(=24-A104.04)緊急制動信號輸出,EGWM緊急制動繼電器(=22-K188,5-9觸點)得電吸合。

(4)任一端“L_本端緊急停車按鈕按下”有效;任意一端緊急停車按鈕按下,緊急停車繼電器(=22- K109,3-11觸點)得電吸合。

(5)主風管壓力低于0.55 MPa且無旁路信號,無占有端“總風壓可用旁路”有效;總風壓力可用繼電器(=22-K104,3-11觸點)得電吸合。

(6)列車運行過程中(列車非零速),車門未關好且無旁路信號;即在司機室操作端“DXM11(DXM61)通信正常”時,司機室占有端的“列車門關好左”和“列車門關好右”信號無效且“客室車門關好旁路”信號無效;或者主控端“司機室門關好”信號無效且“司機室門關好旁路”信號無效。

(7)列車綜合速度超過88 km/h觸發(fā)緊急制動,低于 86 km/h解除緊急制動;車輛在緊急牽引模式下,緊急牽引速度超速(=22-K145,5-9觸點)得電吸合。

(8)拖動模式下速度超過 50 km/h。

(9)運行過程中方向丟失或轉換。

(10)緊急制動繼電器(=22-K125)、(=22-K127)、(=22-K128)故障。

(11)司機室占有繼電器(=22-K152)的3-11觸點故障。

(12)22-A01-S11的1-2觸點故障。

當緊急制動有效,且滿足下列條件之一時,網(wǎng)絡系統(tǒng)進行緊急制動提示:

(1)任一DCU“硬線緊急制動反饋”有效。

(2)ATC的MVB數(shù)據(jù)流中“ATP觸發(fā)緊急制動”有效。

(3)緊急制動環(huán)線有效:1車或6車IO模塊通信正常且“緊急停車列車線”有效。

1.5 緊急制動不能緩解原因

根據(jù)緊急制動列車線(見圖1)[6],可知引起整列電客車制動不能緩解的原因有9點:

圖1 緊急制動控制列車線

(1)司機室占有繼電器(=22-K152)的3-11觸點故障。

(2)22-A01-S11的1-2觸點故障。

(3)ATC車載設備(=43-A01)故障。

(4)緊急停車繼電器(=22- K109)的3-11觸點故障。

(5)EGWM緊急制動繼電器(=22-K188)的5-9觸點故障。

(6)緊急牽引超速繼電器(=22-K145)的5-9觸點故障。

(7)總風壓力可用繼電器(=27-K104)的3-11觸點故障。

(8)零速繼電器(=22-K119)的4-14觸點故障。

(9)緊急制動繼電器(=22-K125)、(=22-K127)、(=22-K128)故障。

2 解決策略

根據(jù)洛陽地鐵線網(wǎng)故障統(tǒng)計、車輛控制邏輯、緊急制動控制列車線電氣原理分析,緊急制動故障主要分三類:一是人為操作觸發(fā),二是信號設備觸發(fā),三是車輛設備觸發(fā)[7]。洛陽地鐵1號線現(xiàn)場緊急制動故障部分數(shù)據(jù)如表4所示。針對3種不同的故障提出相應解決策略。

表4 緊急制動部分故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.1 人為操作觸發(fā)緊急制動

加強司機業(yè)務培訓,避免因業(yè)務不熟練造成方向手柄回零位、列車超速、警惕手柄松開、緊急停車按鈕觸發(fā)的緊急制動。當然司機人為操作觸發(fā)的緊急制動,在車輛零速后,司機操作司控器能夠緩解緊急制動。通過緊急制動是否緩解可以判定是設備故障還是人才操作故障,優(yōu)先保證列車動車,避免故障列車占用線路,導致救援和大規(guī)模晚點。

2.2 信號設備觸發(fā)緊急制動

第一種情況是ATC設備故障引發(fā)的緊急制動且制動無法緩解。列車在ATO模式下,無須按壓警惕按鈕,但是當ATO模式丟失時,車輛屏幕報“ATP觸發(fā)緊急制動”、“DCU硬線緊急制動反饋有效”,此時需要人工按壓警惕按鈕,但是司機默認在ATO模式,此時警惕超4 s未被按下,車輛根據(jù)邏輯判斷觸發(fā)緊急制動,在HMI報“警惕按鈕DMS斷開超時”、“運行中警惕按鈕釋放時間過長”。列車停穩(wěn)后,緊急制動不能緩解,若列車切除ATC,列車可以以人工駕駛動車,則排除是車輛設備故障,基本鎖定ATC設備故障。

緊急制動命令經(jīng)由ATP觸發(fā),當司機在操作RM按鈕使列車進入RM模式時緊急制動緩解故障消除,或者RM模式建立失敗后,嘗試切除ATC設備,人工駕駛動車,可判斷電客車產(chǎn)生緊急制動為ATC車載設備(=43-A01)故障。對信號設備進行升級改造,通過軟硬件整改,避免非正常緊急制動現(xiàn)象的發(fā)生。

第二種情況是ATC設備的正常邏輯防護。ATC車載系統(tǒng)監(jiān)控到列車運營狀態(tài)不對或者司機操作不當時,信號系統(tǒng)會自動觸發(fā)緊急制動。但是列車停穩(wěn)后,緊急制動緩解,車輛可正常在信號控車模式下運行,則判斷為ATC設備的正常邏輯防護觸發(fā)的緊急制動。

2.3 車輛設備觸發(fā)緊急制動

為提升緊急制動控制回路可靠性,可通過提升設備質量或者環(huán)路優(yōu)化技術改造,解決緊急制動環(huán)線故障引發(fā)的緊急制動無法緩解問題。

在提升設備質量方面,在設計聯(lián)絡階段加強設備選型把關。正式運營過程中加強關鍵回路電氣設備檢查,確保電氣元件功能質量,同時跟蹤電氣元件壽命,定期更換關鍵電氣元件,更換后的電氣元件進行測試,質量良好的可以裝用在非關鍵回路中。同時,在車輛設計時加入LCU設備代替部分非關鍵繼電器,降低繼電器故障的概率,提高設備可靠性[8]。

在安全回路優(yōu)化設計方面,開展大旁路技術改造及功能驗證,解決緊急制動無法正常緩解或者牽引無法建立的情況,減少正線清客、救援事故[9],大旁路設計如圖2所示。主要體現(xiàn)在2個方面:(1)解決當緊急制動接觸器 (=22-K127) 和 (=22-K128)的觸點 1-2、3-4、5-6 中任意一對觸點出現(xiàn)卡分時,將會導致緊急制動指令有效,無法緩解影響車輛動車的故障。增加2個繼電器(=22-K129)、(=22-K130),緊急制動備用,通過2個繼電器的觸點 1-2、3-4、5-6旁路原有緊急制動接觸器 (=22-K127) 和 (=22-K128)的觸點 1-2、3-4、5-6。(2)解決當司機室占有繼電器(=22-K152)中3- 11 觸點的無法閉合或者緊急制動回路中其他部分斷開時,將導致緊急制動狀態(tài)一直存在,影響車輛動車的故障[10]。

圖2 緊急制動不緩解旁路

3 總結

本文以洛陽地鐵1號線車輛緊急制動控制回路為研究點,重點探討了車輛產(chǎn)生緊急制動的原因,對原因類型進行劃分,分為人為操作觸發(fā)、信號設備觸發(fā)、車輛設備觸發(fā)三大類,并提出不同故障下的處理措施。通過洛陽地鐵1號線緊急制動回路優(yōu)化和人員技能培訓,緊急制動故障從開通初期的一周7次降低到現(xiàn)在的一個月不超過2次。并且通過大旁路優(yōu)化設計緊急制動控制回路,實現(xiàn)電客車在正線運行時的緊急動車,降低正線救援風險。