一号线列车KLIP板故障对制动系统的影响分析及改造建议

段玉玲

（广州市地下铁道总公司，广东 广州510380）

0 引言

广州地铁一号线电客车为西门子公司生产，其信息及诊断系统中运用DINBUS总线控制系统，通信协议为SIBAS32（由SIEMENS自行定义、开发），包含中央故障存储单元（CFSU）和智能化外围接口（SIBAS KLIP子站）、故障显示器3大部分，主要用于整列车各微机子系统及车载信号设备的通讯连接、数据传输。

SIBAS KLIP是集I／O于一体的西门子地铁电客车自动系统的缩写，其为智能输入／输出设备，与所在车辆的外围设备进行故障信息、车辆状态信息的传递。每节车均有一个SIBAS KLIP子站，而A车的KLIP子站包括：AS318接口卡、3个总线模块、3个DE16×DC110V输入卡、1个DA8×DC110V输出卡、1个DA16×DC24V输出卡。

广州地铁一号线电客车经过十多年的运营，KILP子站各电子板的元器件均已逐步出现不同程度的老化，对列车的安全运营造成了一定的影响。为了降低该风险，本文分析了KILP板故障对列车制动系统的影响，并举一反三提出了合理的技术改造建议，以期降低隐患故障的影响。

1 背景

12月7日一号线西门子电客车1718车在正线ATO进站对标时出现冲标现象，且司机反映列车常用制动模式下制动力不足，需依靠操作快速制动SM驾驶进行对标。针对该故障，通过深入调查分析，导致列车常用制动功能失效的原因为A车KLIP板反向串电。

2 故障原因分析

2.1 常制功能失效原因调查

故障列车回库后，对列车进行了模拟试验：操作司机控制器方向手柄缓解列车紧急制动，并操作牵引／制动手柄在0～100%位置进行常制试验，发现列车常用制动功能失效，立即对列车常制控制回路进行检查，使用万用表测量列车常用制动信号线2063Z有30V左右的电压，然后测量二极管2V07正极电压为0，负极电压为30V。由此可以断定该30V电压为后续设备ECU（制动控制单元）、DCU（牵引控制单元）和KILP（诊断设备）反向供出的电压，导致整列车常制信号线有30V的电压信号，从而引起常制失效，如图1所示。

从图1（b）中可以看出，该反向电压可能为6节车的ECU、4节车的DCU和2节A车的KLIP任一部分产生，需对可能的故障点进行一一排查。在常用制动模式下，逐个将A车的ECU、CFSU以及动车的ECU、DCU微动开关打下，该电压仍然存在，然后分别拆下1A18、1A17车常用制动信号送入KLIP113板（16×110V板）的插头，发现当拆下1A17车KLIP113板的插头后该30V电压消失，列车故障现象消失，常用制动功能恢复正常。因此可以断定，导致该故障的原因为1A17车KLIP113板故障，一直有约30V的反向电压送至常用制动回路，造成列车常用制动功能失效。

图1 牵引制动回路

2.2 KLIP板反向串电及DCU、ECU板载光耦元件性能分析

此次出现故障的为SIBAS KLIP113板（DE16×DC110V输入卡），即16通道110V直流输入模块，用于故障信息和二进制控制信号的输入，正常状态下只负责对外围110V信号的接收。经调查，该板为返修测试正常的返修件，对该故障板进行检测，确认故障原因为该KLIP113板的板载二极管性能老化，反向限流能力降低，当该板工作电源110V接通后，常制信号输入回路的限流二极管未能起到限流作用，导致输入端错误，出现约DC30V的反向输出。

但根据列车实际的故障现象：正线该车ATO运行进站精度对标时冲标，说明列车只在低速状态下常用制动失效，而在高速运行时牵引系统的电制动功能却未受到影响。针对这一情况作进一步调查：查看电路图1（b）分析，当A车的KLIP板反向送出30V电压时，该30V的电压会同时送至整列车的DCU、ECU板，但根据列车实际的故障现象，该30V的电压仅对6节车的ECU板造成影响，导致列车常用制动不能给出，而未对DCU造成影响，电制动仍能作用。

分别对ECU进行常用制动诊断的SS1板和DCU进行常用制动诊断的A311板的相关常制控制电路部分进行测试，结果如下：

（1）SS1板选用的光耦是CNY17－4，输入端串联电阻为33kΩ。给常用制动回路输入端送入不同的电压值，在光耦另一端测试E极电压，如图2所示。测试结果如下：输入电压为5V，光耦E极对地电压2.6V；输入电压为10V，光耦E极对地电压3.7V；输入电压为16V，光耦E极对地电压4.6V；输入电压为24V，光耦E极对地电压4.84V；输入电压为60V，光耦E极对地电压4.9V。

图2 ECU SS1板光耦回路

（2）A311板选用的光耦是HP2232，输入端串联电阻为89kΩ。给常用制动回路输入端送入不同的电压值，在光耦另一端测试VO2输出电压，如图3所示。测试结果如下：输入电压为5V，光耦输出极对地电压0V；输入电压为10V，光耦输出极对地电压0V；输入电压为16V，光耦输出极对地电压0V；输入电压为24V，光耦输出极对地电压0.25V；输入电压为44V，光耦输出极对地电压3.9V；输入电压为60V，光耦输出极对地电压3.9V；输入电压为110V，光耦输出极对地电压4V。

图3 DCU A311板光耦回路

从以上测试数据可以看出，ECU SS1板使用的是线性光耦，开关状态随电压值输入的不同而不同，当输入电压达到16V时，该光耦已导通。而DCU A311板使用的是非线性光耦，开关状态比较稳定，44V的输入电压是临界值，当输入电压小于44V时光耦不导通，当输入电压大于44V时光耦导通，输出电压较稳定。

因此，当列车牵引手柄推到常用制动位，此时列车常用制动信号线应该失电，送往ECU的常制信号线电压为0，ECU SS1板光耦不导通，输出低电平信号“0”，经过74HCT368芯片后输出高电平信号“1”，ECU执行常用制动功能。但当1A17车KILP板反向错误供出30V电压通过常用制动信号线送给整列车的ECU和DCU板时，6节车ECU SS1板光耦元件在输入端有30V的电压时导通，从而使ECU收到常制信号为“0”的低电平，即列车制动系统一直认为没有常用制动，从而出现整列车常用制动失效的故障。但4节车DCU A311板则相对稳定性较高，KILP板反向供出的30V电压没有使DCU A311板的光耦导通，DCU接收到的一直为常用制动的低电平，因此列车的电制动信号未受到影响，列车仍可进行电制动。

3 建议改造方案

对一号线西门子列车电路图进行分析可知，整车的常用制动、快速制动、紧急制动110V硬线信号在两端A车均要送至KLIP板，而从目前该故障KLIP板的检测结果看，部分板载二极管已出现性能下降的情况，一旦A车的KLIP板出现类似故障，就会对整列车的ECU制动功能产生严重影响，极易造成正线列车清客、救援事故。基于此，建议在两端A车的常用制动、快速制动、紧制制动和牵引回路送往KLIP的线路上串联一个二极管，如图4所示。该改造方法不仅简单而且成本较低，每列车仅需要8个二极管和10mm长度的导线，同时，改造后整车制动控制电路安全性较以往大大提高，能有效防止类似因KLIP板本身故障导致的制动电路控制故障的发生。

图4 改造电路图

4 改造风险评估

由于该改造方案只在列车常制、快制、紧制和牵引信号送至诊断系统KLIP板的回路上增加一个二极管，所以对列车自身送往ECU、DCU的常制、快制、紧制和牵引控制回路没有任何影响，即使新增加的二极管被击穿或是出现不导通故障，受到影响的只是列车常制、快制等状态下KILP板对应制动信号的诊断监控，对整个列车的运行功能及司机判断均无影响。改造带来的列车运营风险极低，且能有效防止类似因KLIP板本身故障导致的制动电路控制故障的发生。

5 结论

目前一号线西门子列车已运营十多年，诊断系统KLIP板电子元器件逐步出现老化，一旦A车的KLIP板出现反向串电故障，将会对列车的ECU制动功能产生严重影响。在两端A车的常制制动、快制制动和紧制制动回路送往KLIP的线路上串联一个二极管，可有效避免因KLIP板本身故障而导致的制动电路故障的发生。

［1］Adtranz.广州地铁一号线车辆描述［Z］，1997

［2］Adtranz.广州地铁一号线车辆电路图［Z］，1997

［3］广州地铁车辆中心.广州地铁一号线故障处理指南［Z］，2008