沈阳地铁1号线司控器信号故障分析及对策

王云帆，徐践，李瀚

摘   要：司控器作为地铁车辆的主令设备，承担将司机的驾驶操作转换为车辆牵引制动指令的作用，其工作要求稳定、可靠。司控器在运营过程中出现信号超差故障将直接影响车辆的正常运营。文章针对沈阳地铁1号线司控器模拟量信号超差进行故障调查及分析，通过改进司控器电磁兼容能力，提高信号余量及信号同步精度，以解决沈阳地铁1号线司控器模拟量信号超差故障。

关键词：司控器;编码器;模拟量信号

司控器的信号一般分为开关信号和模拟量信号，各信号通过司机操作司控器手柄发送给车辆的控制网络，网络通过判断比对各信号完成牵引、制动指令的实施。沈阳地铁1号线司控器为德国进口设备，在运营过程中经常出现模拟量超差故障，而其维修、采购周期长，影响了车辆的正常运营，本文针对沈阳地铁1号线进行了司控器信号超差的调查及分析，并制定整改对策[1]。

1    沈阳地铁1号线司控器介绍

1.1  介绍及结构部分构成

沈阳地铁1号线司控器主要构成部分为：钥匙开关、方向手柄、速度调节手柄。钥匙开关位置中，OFF表示在此位置钥匙能够拔出。ON位置表示总线激活，列车能够操作。方向控制手柄有以下3个位置：

（1）向前（向前位置），列车驾驶模式变为普通人工向前模式。

（2）0位（中间位置），断开位。

（3）向后（向后位置），列车驾驶模式变为普通人工向后模式。

速度调节手柄有13个位置，其中，牵引4个、惰行1个、制动7个和紧急制动1个，每个位置的功能如下：

（1）牵引（向前位置P1，P2，P3，P4），其下线路接触器闭合并提供牵引力指令。

（2）0位（中间位置），限制线路接触器的动作，并提供零牵引/制动指令。

（3）常用制动（向后位置B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7），线路接触器闭合并提供制动力指令[2]。

（4）紧急制动（向后位置），手柄位于该位时施加紧急制动。

1.2  电气部分构成

数字信号部分由一系列开关组成，通过开关的闭合来输出信号，模拟量通过与司控器主控手柄机械相连的编码器输出。沈阳地铁1号线司控器开关闭合如图1所示。

2    沈阳地铁1号线司控器故障调查及分析

2.1  试验条件、对象及设备构成

在实车配置设备及布线后，执行下列试验来重现故障。档位操作内容如下：

（1）稳态牵引操作（P1→P2→P3→P4）。

（2）稳态制动操作（B1→B2→B3→B4→B5→B6→B7）。

（3）快速制动（RB）操作。

（4）牵引，立即OFF制动操作。

（5）牵引、制动的随机反复操作。

试验对象包括了车辆上的司控器及后端车辆控制网络，试验对象构成如图2所示。

图1  沈阳地铁1号线司控器开关闭合

图2  试验对象构成

2.2  测量内容

測量记录下列信号，确认是否会出现故障现象：（1）司控器（Master Controller）模拟量电压输出及其电源电压，测量牵引、制动指令、编码器1系及2系电压。（2）TMS Central unit输入、输出。测量牵引、制动指令、编码器1系及2系电压。（3）TMS Event Recorder。通过TMS收集的各数码信号。（4）VVVF GCU-PWM信号，测量从TMS发出的PWM信号[3]。

2.3  确认结果

（1）实验过程中，在Date Logger中确认没有发现司控器侧编码器1系和2系间的差异。

（2）通过TMS转换的数码信号（Event Recorder输出）确认与第（1）步相同，没有发现异常。

（3）编码器输出电压波形观测。在组合试验回路中接入示波器，观测司控器编码器的输出电压波形。通过观测编码器电压波形（见图3），可以确认各档位的最大值和最小值以及超过许可值的数值（粗体部分）。

图3显示电源电压中纹波很大，所以可认为TMS读取值存在偏差，是编码器输出值和TMS读取值不一致的主要原因。

测量司控器的两个编码器模拟量输出曲线，可以看出司控器在输出1 V及8.5 V两端没有设置余量，在RB与P4两个极限位置容易出现跳跃故障。

3    整改方案

结合上述调查分析，对司控器进行结构、电气优化：

（1）改进现有司控器编码器可能存在机械上不同步的缺点，将两个编码器使用同轴设计，共用一根旋转轴，消除机械误差，保证两个编码器100%同步。

（2）编码器电磁屏蔽、防尘、防水设计。现有司控器编码器电路板直接裸露，使用过程中可能受其他电气设备的干扰，将编码器电路板用铝合金壳体进行屏蔽，同时外接线束使用全屏蔽线，保证模拟量输出侧信号全方位屏蔽。

（3）改进编码器电路，在电源输入端加入稳压电路。

（4）改进模拟量输出曲线，在1 V及8.5 V两端设置余量，防止在RB与P4两个极限位置出现电压突变。

（5）对改进的编码器进行抗扰度测试。依据轨道交通电磁兼容第2部分：整个轨道系统对外界的发射（GB/T 24338.5—2018），通过电快速瞬变脉冲群、浪涌（冲击）、射频感应传导骚扰抗扰度试验测试编码器通过实验。

4    结语

通过故障调查及一系列改进措施，沈阳1号线使用的改进司控器在正线运营中不再出现模拟量超差的故障，保障了运营质量。

[參考文献]

[1]杨致琛.司控器模拟量值超差问题分析[J].科技创新与应用，2017（28）：166，168.

[2]张伟先，乔红云.以单片机为核心的司控器检测系统[J].电力机车技术，2002（6）：42-43.

[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

Signal fault analysis and countermeasures of driver controller in Shenyang metro line 1

Wang Yunfan1， Xu Jian1， Li Han2

（1.Operation Branch of Shenyang Metro Group Co.， Ltd.， Shenyang 110141， China; 2.Zhuzhou Shiling Transportation Equipment Co.， Ltd.， Zhuzhou 412007， China）

Abstract：Master controller as main equipment of subway vehicle， it will take the drivers driving operation into the trains instruction， this job requires stable and reliable. Master controller appears in the process of operation signal out-of-tolerance failure will directly affect the normal operation of the vehicle. The paper investigates and analyzes the fault of the analog signal of the controller of Shenyang metro line 1， and improves the electromagnetic compatibility of the controller， allowance and improve signal synchronization precision solution of Shenyang metro line 1 master controller analog signals of fault.

Key words：master controller; encoder; analog signal