高速动车组厕所有无人显示器故障检测与诊断技术研究

作者/岳刚、刘侠、杨盼奎，中车青岛四方机车车辆股份有限公司

高速动车组厕所有无人显示器故障检测与诊断技术研究

作者/岳刚、刘侠、杨盼奎，中车青岛四方机车车辆股份有限公司

目前动车组上厕所有显示器故障频发，严重影响了旅客的行车感受。厕所显示器内部电路的短接和断点是导致厕所显示器发生故障的主要原因。本文针对厕所显示器故障检测与诊断技术进行了研究：对厕所显示器进行了原理分析，并分析了厕所显示器的故障类型及故障成因。在此基础上，对厕所显示器进行了故障检测实验，根据对实验结果的分析，提出了厕所显示器故障检测与诊断技术。

高速动车组；厕所显示器；故障检测与诊断

引言

近年来随着高速铁路的飞速发展，高速动车组对设备可靠性的要求也随之提高，同时乘客对乘车体验也越来越重视。高速动车组的显示系统是旅客获取动车车次、列车运行速度、起点站、终点站、厕所使用状态等信息的唯一途径，旅客可以根据厕所显示器灯的颜色来判断厕所的使用状态。但是由于高速动车组的厕所显示器处于长年累月的工作状态下，其内部电路由于老化等原因出现短路、断路等情况，导致厕所显示器故障频发，给旅客带来了极大的不便，同时也增加了动车维修人员的工作量，因此开展厕所显示器的故障检测与诊断技术研究是十分必要的。

目前，国内外学者对LED显示器故障检测与诊断进行了相关研究，马飞[1]设计了一种高铁LED阵列显示系统，该系统由驱动电路、显示模块、电源模块以及下载模块等组成，可以有效解决高端显示器的实时、应急显示效果不足等问题，并且，该系统包含独立的电源模块和USB下载模块，具有广泛的使用价值；宋成中和康瑞珂[2]介绍了TKCZ型客车厕所有无人显示装置的工作原理、安装使用及维护保养，其中重点介绍了厕所有无人显示装置的电路工作原理，同时对其安装使用和维护保养的注意事项进行了详尽说明；罗中华[3]设计了一种使用增强型单片机+CPLD+大容量存储方案作为主控制模块，由点阵显示控制板计算出显示图形的点阵码，通过控制data和pulse引脚，输入某行的数据，然后选通该行，利用简单的数字电路外围来驱动128×32的点阵LED显示屏，LED显示屏将得到该行的点阵显示；张邦成和王奕龙等[4]针对轨道车辆车厢LED照明系统故障类型多、故障原因复杂等问题，并为了及时、准确的确定轨道车辆LED照明系统的故障部位和故障原因，把轨道车辆车厢LED照明系统划分为四个模块单元，分析了轨道车辆车厢LED照明系统中常见故障单元的故障机理，为轨道车辆车厢LED照明系统的故障诊断与预报提供理论依据。但上述提到的相关技术并不能满足高速动车组厕所显示器故障检测与诊断的需要，因此急需研究一种专门用于厕所显示器故障检测与诊断的方法，以此来保证高速动车组厕所显示器的安全可靠运行。

本文针对动车组厕所显示器进行了故障检测实验，通过分析实验结果，提出一种故障诊断方法，可以快速判断厕所显示器出现故障的位置，从而提高检测、处理故障的效率。

1.工作原理

厕所有无人显示器用于控制显示当前厕所的使用状态，含有电源模块、控制模块和显示模块，该系统无需存储器、微处理器等进行逻辑处理，主要包括电源控制板和显示板。电源控制板如图1，功能模块如图2所示。

图1 厕所有无人显示器电路板

图2 厕所有无人显示器功能模块图

DC100V电源经过EFD–15变压器进行调压，为整个电路的各个模块供电，控制线控制显示屏显示的内容，显示器每个点使用一个红灯和一个绿灯，当厕所无人时，控制线未连接电源，电源开关直接控制光电耦合器，使显示屏显示的LED灯全部显示绿灯；当厕所有人时，控制线连接电源，驱动电源开关，VD2二极管反向短路，绿灯无法驱动，只有红灯支路导通，显示屏LED灯全部显示红灯。实际中通过关门反锁达到控制线通断的目的。显示板上共有13列灯，每列灯由11个红灯或绿灯串联。

2.厕所显示器主要故障类型

厕所显示器作为列车上常用设备，由于其工作时间长，故障频率较高，故而对其进行故障分析是有必要的。常见的故障主要有坏点，无法变色，亮度不足，黑屏等。本节将对厕所显示器常出现的故障进行简单的介绍及分析。

现象一：少数LED灯坏点。当显示板上有部分LED灯坏点，通常是该LED灯本身短路或者断路，可以通过万用表二极管档和电压档测试。

现象二：显示屏亮度不足。LED灯两端电压通常为2V～3V，若显示板LED灯亮度不足，通常为电源控制板中电源模块变压故障，导致LED两端电压偏小。

现象三：显示屏无法变色。厕所有无人显示器通过控制线控制显示屏颜色，当控制线断开时，即厕所门打开时，屏幕显示为绿色。当控制线连接DC100V，即厕所门关闭反锁时，屏幕显示为红色。若出现显示屏无法变色，通常为控制线电路相关电路断路。

现象四：某列LED灯不亮。每列LED灯为串联，若其中任一LED灯断路，则会造成整列LED灯不亮。

3.厕所有无人显示器故障诊断

根据实验原理，将DC100V电压接入正负两端，若厕所有无人显示器无任何故障，接通电源后，点亮显示器上的所有绿灯，表示厕所无人，将控制线接入DC100V电源，所有绿灯熄灭并点亮所有红灯，表示厕所有人。

将厕所有无人显示器故障种类编号为A1，A2，接入DC100V供电电源，A1显示如图3和图4所示。

图3 厕所有无人显示器A1通电测试一

图4 厕所有无人显示器通电测试二

在未接入DC100V控制线时，厕所有无人显示器本应全点亮绿灯。如图3可见，厕所有无人显示器A1左边第二列显示故障，前六个灯同时显示红绿两种颜色，断电后使用万用表二极管档对该列灯进行测试，检测后得知由于该列第七个灯红灯和绿灯阳极短路，焊点相连，导致前六个灯的红灯和绿灯一直导通，如图4，短接6，7两灯绿灯可实现前5个灯的正常显示，证实了前述故障诊断。

对A2进行通电测试，如图5和图6所示。

图5 厕所有无人显示器A2通电测试一

图6 厕所有无人显示器A2通电测试二

当厕所无人时，显示器第六列前两个灯无法点亮，通过万用表电压档测试，第六列前两个绿灯短路。

对A2输入控制电压DC100V，显示如图5所示。可见第六列红灯皆不亮。

使用万用表对第六列红灯进行测试，前10个灯无任何故障，第11个灯断路，由于该列发光二极管为串联，所以无法把排在前面的无故障灯点亮。实验中通过短接第11个红灯可以实现前10个红灯的点亮，证实了前述故障诊断。

4.厕所有无人显示器维修方案

若厕所有无人显示器出现故障，按以下步骤确认最小维修单元并替换维修：

（1）断开厕所有无人电源，拆下厕所有无人显示器并将其打开；

（2）将万用表调到二极管档，红黑表笔接在坏点对应的两端，若发光二极管不亮，则该发光二极管本身损坏，若显示板上坏点数量较多且影响到厕所有无人的正常显示，则更换显示板；

（3）若颜色显示错误，则在错误发光二极管附近用万用表二极管档测试，一般为红黄两灯焊点短接，若显示板上坏点数量较多且影响到厕所有无人的正常显示，则更换显示板；

（4）在确保显示板正常情况下依然出现故障，则更换电源控制板。

5.结论

高速动车组厕所有无人显示器系统故障主要是由于其内部电路的焊点短路，断路造成的。本文通过对现有故障厕所有无人显示器通电实验并进行故障分析，对厕所有无人显示器频发故障进行总结归类，并提出最小单元维修方案。通过该维修方案，可以自行对列车厕所有无人显示器进行检修和更换，降低了成本，提升维修效率。

＊ [1]马飞.一种高铁LED阵列显示系统设计[J].信息通道.2017，(02)：71-72.

＊ [2]宋成中，康瑞珂.TKCZ型客车厕所有无人显示装置[J].1996,34(01)：32-34.

＊ [3]罗中华.LED信息显示屏系统的设计[D].南昌：南昌大学，2008.

＊ [4]张邦成，王奕龙，高智.轨道车辆车厢LED照明系统故障机理分析[J].2014，25(06)：53-57.