沈阳地铁电客车门控器便携检测装置

李明亮，李爱华，祝捷，王冬雷，李国良，梁伟

（沈阳地铁集团有限公司运营分公司，辽宁 沈阳 110000）

1 背景

1.1 国内地铁电客车门控器检测现状

目前，很多城市为缓解交通拥堵问题，建设了地下交通网络，地铁成为人们出行的主要交通工具。地铁列车运行的根本任务就是安全、正点。地铁车辆的客室车门是地铁运营中使用最多的车辆设备，从而也造成了其故障率比较高、更换频繁，对车辆维修单位造成很大的维修成本。以下从地铁车辆的车门控制器故障出发，描述了国产化车门控制器的研究初步成果。

地铁电客车需要定期检查、维护，包括电客车牵引系统、制动系统、车门系统、列广系统、空调系统、转向架系统等。与乘客关系最为直观密切的为地铁电客车车门系统，其车门控制器一旦出现故障使门控失灵或反应迟缓，将影响地铁正常运行，甚至出现重大事故。

而目前，针对电客车门控制系统检测，平时只对车辆车门状态检测和维修，门控器发生故障时，车辆检修部门只能把门控器安装到电客车上进行反复测试，或者采购国外进口试验台，不仅价格高而且适用性差。现有门控器检测方法需要两名检修员配合，工作比较繁重，同时需要扣停一列电客车，影响列车上线率，还会造成车门传动部件在非工作状态下的磨耗。

1.2 目前地铁电客车门控器便携性设计的难题

（1）便携式设计方面：把该装置设计为手持式装置，输入电源为交流220V，提高故障查找工作效率、提高列车上线率，没有成熟经验可以借鉴。

（2）信号输入方面：单个门控器的零速信号无法实时检测，车门行程开关传给门控器的输入和输出的电平信号状态不能同时实时检测，门控器输入和输出的脉冲信号不能实时检测。以上检测上的不足，会给门控器检测工作带来漏洞。

（3）编程方面：由于门控器核心板件为德国博得公司生产，控制逻辑进行了加密设计，我方无法获得门控器内部控制逻辑资料。

（4）应用推广：需要充分考虑沈阳地铁线网运营后的需求，编程语言要有可扩展性。

（5）合规性：独立的PCB板件、电路可靠性设计需要达到IEC60529标准、EN50121标准、IEC6077标准。

2 工作原理及技术创新

2.1 基本检测原理

2.1.1 便携式结构人机界面、设备布局、整体结构（图1,2）

图1 检测装置人机界面布局

图2 检测装置设备布局

2.1.2 门控器检测装置工作原理

该检测装置采用手动模式检测和自动模式检测两种技术方式检测门控器工作状态。手动检测方式，实现门控器“零速信号”功能检测、“隔离信号”功能检测、“紧急解锁”功能检测、“集控开门”功能检测、“集控关门”功能检测。自动检测方式，通过给门控器发信号，实现门控器自动开关门动作，数码管显示门控器开关门动作次数。工作逻辑如下图3所示。

图3 工作逻辑图

（1）手动模式下，检测门控器开门动作。

按下“集控开”按钮时，检测装置上主芯片接到低电平信号时，内部定时器程序延时0．25s后，门控器检测装置和门控器同时开始工作，门控器收到主芯片发来的信号，门控器执行开门动作。

0．5S后检测装置主芯片发信号给“门锁闭继电器”，继电器输出DC110V电压给门控器，继续开门动作，门控器收到DC110V信号继续开门。

2S后检测装置主芯片发来信号给“门板开关1继电器”和“门板开关2继电器”，继电器输出DC110V电压给门控器，继续开门动作，门控器收到DC110V信号继续开门。

0．5S后检测装置主芯片发来信号给“门开到位继电器”，继电器输出DC110V电压，终止开门动作，门控器收到停止信号。

（2）手动模式下，检测门控器关门动作。

按下“集控关”按钮时，检测装置上主芯片接到低电平信号时，内部定时器程序延时0．25s后，“集控关继电器”收到主芯片发来的信号，继电器输出DC110V电压给门控器关门信号，门控器执行关门动作。

0．5S后检测装置主芯片发信号给“门开到位继电器”，继电器输出DC110V电压给门控器，关门过程动作，门控器收到DC110V信号继续关门。

2S后检测装置主芯片发来信号给“门板开关1继电器”和“门板开关2继电器”，继电器输出DC110V电压给门控器，模拟关门过程动作，门控器收到DC110V信号继续关门。

0．5S后检测装置主芯片发信号给“门锁闭位继电器”，继电器输出DC110V电压给门控器，关门终止，门控器收到DC110V信号停止关门。

（3）自动模式下，检测门控器开门和关门动作。

当按下自动按钮时，主检测装置芯片执行自动程序，自动重复开门与关门动作。3段数码管接收主芯片发来的输入测试次数数据，并以数字形式显示出来，开关门动作算1次，共可以显示999次。

（4）手动模式下，检测门控器零速信号、隔离信号、紧急解锁信号。

当按下以上对应的检测按钮时，主芯片控制“零速信号”继电器、“隔离信号”继电器、“紧急解锁信号”，继电器输出DC110V电压信号，当门控器收到这些信号，门控器依次显示这些状态信号，实现检测作用。

2.1.3 门控器检测装置电气原理、主芯片（见图4）

（1）“主芯片”： 15F2K08S2为核心元件，内部存有程序，具有开关定时、检测计数、控制电压输入输出功能。

（2）“3段数码管”：型号LED为显示元件，将门控器检测次数显示出来。

（3）“清零按钮”：型号S9为输入元件，低电平控制，将门控器检测次数清零。

（4）“手动按钮”：型号S7为输入元件，低电平控制，切换为手动模式实现手动检测门控器。

（5）“自动按钮”：型号S8为输入元件，低电平控制，切换为自动模式，实现自动检测门控器开关门动作。

（6）“ 三 极 管”： 型 号 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10为输入输出执行元件，高电平控制，接收主芯片控制信号来控制继电器。

（7）“单门试验按钮”、“集控开按钮”、“集控关按钮”、“零速按钮”、“隔离信号按钮”、“紧急解锁按钮”：型号S1、S2、S3、S4、S5、S6均为输入元件，低电平控制，当主芯片接到这些按钮工作时，主芯片根据内部程序控制检测动作。

（8）“单门试验继电器”、“集控开继电器”、“集控关继电器”、“零速信号继电器”、“隔离信号继电器”、“紧急解锁继电器”、“门开到位继电器”、“门锁闭继电器”、“门板开关1继电器”、“门板开关2继电器”：型号为J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、J10全部为输出元件，继电器收到主芯片的控制信号后，输出DC110V电压信号，检测门控器功能状态。

图4 检测装置整体电气原理图

2.1.4 元器件接线可靠性设计

（1）输入接线方式：由15F2K08S2为核心，输入元件S9的3管脚接15F2K08S2的P1．2管脚；输入元件S1的3管脚接15F2K08S2的P1．1管脚；输入元件S2的3管脚接15F2K08S2的P1．0管脚；输入元件S3的3管脚接15F2K08S2的P3．7管脚；输入元件S4的3管脚接15F2K08S2的P3．6管脚；输入元件S5的3管脚接15F2K08S2的P3．0管脚；输入元件S7的1管脚接15F2K08S2芯片的P0．0；输入元件S8的1管脚接15F2K08S2 芯片的 P0．1。

（2）显示状态接线方式： LED显示管的管脚1、2、3、A、B、C、D、E、F、G分 别 接 15F2K08S2芯 片P3．5、P3．4、P3．3、P2．0、P2．1、P2．2、P2．3、P2．4、P3．2、P2．6、P2．7。

（3）三极管控制接线方式：三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10的集电极接电源正5V，发射级管脚分别接15F2K08S2芯片P1．7、P0．7、P0．2、P0．5、P1．3、P0．6、P0．4、P0．3、P1．6、P1．4。

（4）继电器控制输出接线方式：继电器J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8、J9、J10的 4管 脚 接 Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10的基级端，1管脚都接电源负5V。

2.2 技术改进及创新

（1）填补了行业内便携式门控器检测装置的空白。目前国内开发的同类型产品需要电机、传动带、门板机构等执行机构配合完成检测，占地面积大、机构复杂。

（2）自主研发高效的门控器检测程序，汇编语言程序代码执行速度快、占用内存少，是高效的机器程序设计语言，检测装置工作性能稳定、高效。

（3）采用汇编语言，便于该检测装置在沈阳地铁不同线路进行推广，同时可以推广到全国同行业应用，有优越的市场推广价值。

3 经济、社会效益

地铁电客车门控器便携检测装置目前已应用于沈阳地铁1、2号线车门门控器检测，效果突出。

（1）比较原装车检测方法节约了人力、物力，预计每年为沈阳地铁节约人力成本（以2条线计算）20万元。

（2）通过自主研发，包含软件程序设计、硬件原理设计，继电器、三极管、芯片等元件选型和采购，使得门控器检测装置研发成本低到每台0．72万元，为企业节约了开发经费10万元。

（3）因该检测装置可以捕捉到瞬时故障，提高了地铁车门系统的安全性，提高了地铁服务质量，收到了良好的社会效益。

（4）该检测装置可以实现产业化，预计可为企业创造可观的利润。

4 结语

沈阳地铁2号线所使用的门控器检测装置可以通过线下检测方式尽早发现、处理并解决故障，能够有效处理车门控器早期故障，消除相关的安全隐患。自应用以来，每年检测门控器超过50台，排除故障隐患10次以上，车门控制器的可靠性有了显著的提高。