基于智能运维系统的地铁塞拉门可靠性探讨

姜培昌 李广宁 苗昌坤

摘 要：地铁车门系统是乘客上下车辆的通道，是车辆使用最频繁的部件之一。随着智能运维系统应用于车门系统，使传统的纠正性维修和预防性维护，向以人为本的分散维修、基于状态修的预防性维护模式升级，有效降低故障率，减少维护成本。并在智能运维系统应用的基础上，通过冗余设计进一步提高车门系统的可靠性。

关键词：可靠性;故障等级;智能运维;亚健康诊断;冗余设计

1.地铁塞拉门可靠性概述

地铁客室塞拉门作为乘客上下车的通道，是车辆使用最频繁的部件之一， 客室门系统是关系到乘客安全和运营秩序的关键设备，是影响行车安全的数量最多的单一部件。

在地铁车辆正线运营中，车门系统数量多，列车发车间隔及停站时间短，频繁的开关门动作，必须具有高安全性和高可靠性。

2.塞拉门故障等级及统计

2.1 故障等级

地铁塞拉门的故障对列车运行产生不同的影响，根据各故障模式造成的严重程度，故障等级分为以下几类：

Ⅰ.列车运行过程中，因车门故障造成乘客人身伤害：如列车行驶过程中，某个车门锁闭失效，突然意外打开。

Ⅱ.车门故障无法排除、导致车辆不能继续运营，需要清客停运：如车门无法正常关闭到位，不能实现隔离;线束故障导致列车无法牵引。

Ⅲ.短时间无法处理车门故障，个别车门隔离后，列车可以继续运营：如车门电机位置传感器失效;锁闭到位开关触点不良。

Ⅳ.无法正常关门，需要司机或驻站工作人员排除故障：存在异物阻碍或卡滞，导致无法正常关门;乘客意外操作紧急解锁装置。

Ⅴ.对列车运营无影响，列车可继续运行，回库检修：如：蜂鸣器无响声;因润滑不良造成的异响。

2.2 故障分类统计

门系统的主要故障类型为：承载导向故障、电气控制故障、驱动锁闭故障、内外操作故障、基础部件故障、人为原因、其它等。根据某地铁线路数据，统计各类故障类型占比如图所示。

3.智能运维系统提高可靠性

3.1智能运维的需求

传统的检修主要是纠正性维修和预防性维护，预防性维护主要以月检、年检、架修、大修为主。随着信息技术、电子传感技术、控制技术和大数据处理技术在城市轨道交通领域的应用，智能运维系统实现以人为本的分散维修模式，基于状态修的预防性维护，有效减小维护工作量，降低劳动强度，节省人工成本。

3.2智能运维的功能

门控器通过实时状态检测实现对车门系统关键部件、运行状态的实时检测、诊断，并在地面平台界面上将检测结果在线呈现。车门智能运维系统可以实现的功能需求，包含并不限于以下：实时状态监测;智能运维数据检测;实时故障诊断;亚健康预诊断;数据分析;故障报警、异常预警;远程更新车门软件;移动端APP监控等功能。

3.3 亚健康诊断示例

车门预诊断的根本依据，是大量的车门运行试验数据的积累。通过大数据分析的结果，来判断车门当前运行曲线，是哪种异常造成的，从而推断出亚健康的状态和隐患部件。车门亚健康的预测种类及判断依据，示例如下：

4.可靠性提升方案研究

基于运营、维护、检修经验的积累，以及智能运维系统的应用，对于存在磨损、安装尺寸、阻力等在一定周期内存在连续性特征的故障现象，可以进行有效进行预警。但是对于无法正常预测的，例如锁闭开关属于触点接触的开关量，无连续型特征，所以无法进行预测，此类故障点成为了制约门系统可靠性的重要项点，对此类进行如下研究。

4.1承载部件检修

通过上述智能运维系统的亚健康诊断可知，承载零部件的磨损、变形和安装尺寸的变化等可以有效的进行预诊断和维护。但是材料的断裂故障，对于在线运营车辆还无直接诊断的有效方法。仍然需要在定期检修维护中进行检测，涡流检测可有效提高检测可靠性和准确性，涡流检测是一种比较先进检测内部裂纹的方法。但是在检测过程中，零件的硬度变化、尺寸差异、表面粗糙度的不同都会使涡流发生变化。以门系统驱动机构的承载轴为例，具体实施方法为，首先，反复对合格式样进行检测，性质相同合格零件的测试数值在阻抗平面上形成一个密集点云区域，设为基准值;然后，对零件进行检测，测试数值如果落在点云区域范围内，则判断为合格，测试数值如果落在点云区域范围外，则判定为不合格。

4.2 锁闭到位开关冗余设计

目前地铁塞拉门锁闭开关的设计形式，普遍采用单个开关的触点串入到门控器的回路中。由于检测开关只存在导通和断路两种状态，所以锁闭到位开关故障具有不可预测性。通过并联冗余组合，提高可靠性，单个锁闭开关的故障率为9.6E-07，平均无故障时间为1.04E+06h，并联冗余后，故障率为4.92 E-07，平均无故障时间为2.03E+06h。通过计算可知，通过冗余设计后，可将平均无故障时间提高至约单个开关的2倍。

平均无故障时间：

故障率：

4.3 门控器冗余设计

地铁门控器的典型配置方式为，以每节车8套门系统为例，配置为2台主门控器和4台副门控器。

每节车内部形成局域网络，数据进行网内传输，每节车与整车的通讯通过主门控器进行数据传输，实现与整车通讯。 2台主门控器采用1主1备的方式配置，并且互为备用，实现主门控器冗余的控制设计。

目前地铁车辆车门系统的控制设计，还是以单个门控器单独控制一套车门系统的方案为主。实际运营中，地铁车辆一般单侧门系统进行开、关门动作的特点，基于单侧开门的前提条件下，研究并提出一种单节车内部门控器的冗余控制方案，例如，1号、3号、5号、7号侧开关门的情况下，如果3号门系统门控器不能正常工作，则启动4号门系统的门控器来控制3号门系统。此方案，可以实现两个对侧车门的门控器互为冗余的控制设计。

总结

地铁车辆门系统是乘客上下车的通道，作为地铁车辆最重要的部件之一，车门是关系到乘客安全和运营秩序的关键设备，车门故障轻则造成乘客滞留、车辆晚点，重则可能影响乘客人身安全。运用智能运维系统有效降低了故障率，减少维护成本。在此基础上，研究承载部件的检修和电气件的冗余设计，提出了材料涡流探伤技术应用，以及锁闭开关和门控器冗余设计的解决方案，可以进一步提升地铁客室塞拉门运营的可靠性。

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