两种动车组换端模式比较分析

罗昭强　尚大为

（中车长春轨道客车股份有限公司高速动车组制造中心，130062，长春∥第一作者，高级技师）

“换端”模式是动车组的一个特殊工作过程，是指动车组在静止状态时，通过司机来操作的一个工作过程。在换端模式下，当司机钥匙从使能司机台里拔出时，或要把司机钥匙插入另一端的司机台时，动车组能保持激活状态并使受电弓升起，主断路器处于闭合状态，电网可持续为动车组供电。这种操作模式可以保证在不切断高压电的情况下而改变使能司机台。

在CRH5型动车组的司机操作过程中，往往由于操作不当，造成车门在开启时突然关闭夹伤旅客、空调无法正常开启、照明灯不亮等现象，使旅客的舒适性受到严重影响，造成不必要的损失。CRH5型动车组换端的问题目前还没有得到解决，为此，本文对比CRH5型动车组和CRH380CL型动车组的换端条件、过程及其原理，进行优缺点比较分析，提出CRH5型动车组换端改进建议。

1　CRH5型动车换端原理

1.1　换端条件

从主控制装置到从动控制装置换端条件如下。

（1）非停放请求（0位）：接通的非spark按钮（用于停放请求）。

（2）停放制动开始请求（2位）：激活司机操作台上接通的spark按钮；0位和压缩机上反演器控制杆直接控制杆未插入。

（3）停放制动关闭请求（1位）：接通的spark按钮和随之相应激活的司机操作台。

（4）输出停放模式（3位）：spark按钮停止（已接通的同一个spark按钮）。从从动控制装置到主控制装置换端条件如下。（1）停放制动开始进程（1位）：相对于每节动车的局部情况，接受请求（停放制动开始请求）。

（2）停放制动开始（3位）：所有司机台都停止操作。

（3）停放制动关闭请求（2位）：主控制激活的停放制动关闭请求。

（4）停放制动关闭（0位）：不使用的停放模式。

当方向手柄处于0位，强泵没有启动时，按下司机台上的spark按钮，列车控制和管理系统（TCMS）只有在图1所示的条件都满足情况下，才接受换端请求。在换端过程中，一旦缺少其中一种情况，列车将结束换端状态，导致每个受电弓降弓，随之相关列车调度（DJ）断开；20 min后，TCMS将断开蓄电池开关。当以上条件都满足时，变量tzconspark输出高电平。当以上条件中至少有一个不满足时，输出变量tzconspark经过一个延时5 s之后，再变为0。

1.2　换端命令

当全局换端状态为1时（tzstatopark-glob=1），有本地换端命令tzcompark=1，TCMS输出命令tzparkingdo30=1、tzparkingdo31=1。当 tzparkingdo30=1、tzparkingdo31=1时，继电器线圈（kpark）得电，kpark的辅助触点得电闭合。在此状态下，即使司机把钥匙拔出来，kpark的辅助触点也能保持列车的激活状态。

图1　CRH5型动车组换端条件

1.3　换端请求管理

TCMS对换端请求的管理是通过一个状态转换机来实现的。状态转换机有3个输入变量（press_park、enabling_switch_group、status_park_global）和1个输出变量（request_park）。当 3个输入变量变化时，会通过状态转换机的内部逻辑输出不同的值，以实现对换端请求的管理。状态转换机的3个输入变量对应换端请求的3个条件。

（1）变量press_park表示司机台开关组上按钮的状态，当以下条件都满足时，press_park=1。

①按下换端按钮，tzpulsparkdi=1；

②开关组激活，tzbanco=1；

③强泵按钮置于“0”位，padiromprdi=0；

④方向手柄在“0”位，tzlinv0=1。

（2）变量enabling_switch_group表示司机台开关组激活状态。

（3）变量status_park_global表示全局的换端状态，status_park_global=tzstatoparkglob。

随着状态转换机输入变量的变化，其输出变量richpark也发生变化。头车微处理器（MPU）把变量richpark的值发送给另外半列车，并保存在变量tzrichparkglob中。

表示全局换端请求的变量tzrichparkglob有4个取值，分别是：

①0——没有换端请求；

②1——换端请求结束；

③2——换端请求正在进行；

④4——换端结束。

1.4　换端操作步骤

（1）确认总风管压力不小于700 kPa，施加停放制动车辆不少于6辆，5个以上充电机工作。

（2）确认主手柄和换向手柄均在“0”位。

（3）操作停放制动按钮，施加停放制动。

（4）按下换端保持按钮，直到换端按钮开始闪烁，扳下升弓开关。主指令开关保持“1”位、旋转司机主控钥匙到“0”位，并取出钥匙（见图2）。待换端按钮灯持续亮时，松开换端按钮（见图3）。

（5）显示屏上确认主断路器闭合状态正常。

（6）在动车组另一端按住换端按钮，插上主控钥匙并旋转到“1”位，将主指令开关拨至“1”位，扳起已升起受电弓对应的开关，待换端按钮开始闪烁后，松开按钮。

（7）确认动车组状态是否正常。

图2　CRH5型动车组主控钥匙面板

图3　CRH5型动车组换端按钮面板

1.5　换端原理

换端控制过程如图4所示。按下换端按钮，此时为换端进入模式，换端状态变量由0变为1；降下受电弓，退出钥匙，松开换端按钮后，由换端进入模式转换为换端保持模式，换端状态变量由1变为3。再次按下换端按钮，投入钥匙，升起受电弓，此时由换端保持模式转换为换端退出模式，换端状态变量由3变为2；松开换端按钮，结束换端退出模式，换端状态变量由2变为0，动车组处于正常司机室占用状态。

图4　CRH5型动车组换端控制逻辑图

1.6　换端失败

当以下条件有1个发生，经过10 s延时检测，TCMS认为列车换端失败（tzdisautopark=1）。

（1）没有关闭 DJ（tzchirdj=0），并且经过 3 s的延时检测；

（2）列车的速度在3 km/h以上（tzvel0=0）；

（3）充电机工作的个数少于5个，并且至少1个DJ闭合（tzchirdj=1并且 ax5cbok=0）；

（4）主风缸压力小于7 bar（frpresscp6bar=0）；

（5）列车接收的电流大于50 A（tzcorroklinea=0）；

（6）停放制动个数不满足要求（frmollappok=0）；

（7）无外接电源插入，并且配置的车辆个数不满足要求，小于等于 1（cdtnumutincomp≤1）。

2　CRH380CL型动车换端原理

2.1　换端条件

在换端模式中，牵引指令被禁止。换端模式的启用仅可从占用司机室的显示屏上触发“进入换端模式”实现。换端状态通过两端司机室显示屏进行显示，由主控中央单元通过TCMS干线及RS485总线发布命令进行管理。换端模式需要使用的中间变量如下：

（1）line_cur_max_a1～8车接触网电流最大值；

（2）line_cur_max_b9～16车接触网电流最大值；

（3）cab_occupied_simu虚拟占用司机室；

（4）cabchange_hmi_on显示屏进入换端命令；

（5）cabchange_on_glob全车进入换端变量；

（6）cabchange_out 显示屏退出换端命令。

换端模式仅在下列所有情况都满足的时候才被激活（cabchange_on_local=1）。

（1）列 车 速 度 小 于1.5km/h，即v_less_5kph_ec_l=0；

（2）列车实施停放制动，即bcu_si21_4=1；

（3）主风管压力在正常工作范围内，即bcu_si92≥7 bar；

（4） 全车接触网电流不高于 40 A，即line_cur_max_a≤40 A、line_cur_max_b≤40 A ；

（5）显示屏上换端命令启用，即cabchange_hmi_on=1；

（6）列车存在虚拟占用司机室，即cab_occupied_simu=1。

2.2　换端的操作步骤

为了启动换端模式，司机在已启动的司机台上按顺序执行下列操作：

（1）手动对列车实施停放制动。

（2）在已占用司机室的显示屏上“换端界面”中选择“on”按键，再选择“设置”按键；如果所有上述列出的条件都满足cabchange_on_local=1，在换端界面上提示“已进入换端模式，请调整方向开关到零位置，拔出运行钥匙”，否则在“换端界面”提示进入换端失败原因，并在TCMS内记录；若进入换端成功，则两端司机室显示器都显示到换端界面。换端失败原因提示如图5所示。

（3）将方向控制手柄恢复至“0”位置；当TCMS检测到如下条件时，认为列车完全进入换端模式，即变量cabchange_on_globL=1，同时在列车两个端车的人和界面（HMI）提示“退出换端操作：请插入司机钥匙，移动方向开关至运行位，并选择退出换端按键‘off’及‘设置键’；本地换端命令成立，即变量cabchange_on_local=1，同时方向开关归为0位（1_ds_p0=1、16_ds_p0=1）。

2.3　换端命令

当本地换端命令激活（cabchange_on_local=1）并且两端端车的方向开关都置于“0”位时，TCMS生成全局换端变量为1（cabchange_on_glob=1）。当TCMS检测到变量cabchange_on_glob=1后，给门系统发出do命令，即dcu_if_do05-_2（变量名为c_changeend_h）；除退出换端命令外，显示屏上的其他设定指令都被禁止使用；列车进入换端模式后，发出换端命令的中央单元生成在虚拟司机室变量为真的命令，即cab_occupicd_simu=1。

TCMS检测到下列条件任意一个满足时，生成虚拟占用司机室变量为真，即cab_occupicd_simu=1；有占用司机室（1_cab_occupied=1 or 16_cab_occupied=1），或全车换端模式cabchange_on_glob=1，或全车整备模式stable_on_glob=1，或启用紧急模式（1_emer_mode_h=1 or 16_cab_occupied=1）。

本地换端命令激活（cabchange_on_local=1）的逻辑如图6所示。

2.4　换端模式的显示及诊断

网络控制系统对换端过程进行诊断，除换端过程中的操作提示外（如提示“已进入换端模式”和提示“退出换端完成”），也要对换端停止的原因进行诊断并在中央单元记录，在显示屏上进行报警显示（如图7所示）。

3　CRH5型动车换端改进措施

图5　CRH380CL型动车组换端失败原因提示

图6　CRH380CL型动车组本地换端命令激活的逻辑图

图7　CRH380CL型动车组换端显示及诊断逻辑图

通过CRH5型动车组和CRH380CL动车组换端过程的对比可以看出，CRH380CL型动车组的换端便于操作，CRH5型动车组相对比较繁琐，司机在操作过程中往往由于操作错误导致换端失败。例如：升弓开关和主控钥匙操作顺序相反；换端按钮没按到位就降弓；条件不满足时进行换端操作等操作错误。

建议将CRH5型动车组的升弓开关由扳键式开关改成自复位式开关，取消换端按钮，采用退出当前司机室后有5 s的延时时间，建立虚拟占用司机室，实现换端过程。CRH5型动车组的升弓按钮推至升弓位后，开关可保持住，为线路提供持续的电源供给，但改成自复位式开关后，设计图纸也同样需要更改。换端信号发出后（触发脉冲信号），可以保持电源供给；只有开关推至降弓位时可实现降弓过程，正常换端过程时不会降弓。

4　结语

由于CRH5型动车组换端过程存在缺陷，会给列车运行带来困扰。通过换端模式的改进措施，可以保证列车在不切断高压电的情况下而改变使能司机台，使换端失败的机率大为降低。

［1］中国铁路总公司.CRH5型动车组途中应急故障处理手册：TG/CL 237—2014［S］.北京：中国铁路总公司，2014.

［2］中车长春轨道客车股份有限公司.CRH380CL型动车组应急处理手册［Z］.长春：中车长春轨道客车股份有限公司，2011.

［3］阳宪惠．工业数据通信与控制网络［M］.北京：清华大学出版社，2003.

［4］聂畅.西门子列车网络控制系统在广州地铁中的应用［J］.电力机车与城轨车辆，2010，33（1）：25.

［5］高晶晶，陈霞，谈振辉.高速铁路智能交通系统中的CBTC技术［J］.电气化铁道，2006，17（6）：41.

［6］沙淼，王伟，徐建波.CRH5型和CRH3型动车组列车网络控制系统的比较［J］.铁道车辆，2012，50（1）：25.

［7］姜东杰.CRH3型动车组牵引传动系统［J］.铁道机车车辆，2008，28（增刊1）：95.