論動(dòng)車(chē)組塞拉門(mén)電氣控制系統(tǒng)

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主要功能及原理設(shè)計(jì)

新型動(dòng)車(chē)組每節(jié)車(chē)廂共有4扇門(mén)（除特殊車(chē)型外），每扇門(mén)由獨(dú)立的門(mén)控器（DCU）控制，4個(gè)DCU中設(shè)置一個(gè)主門(mén)控器（MDCU），負(fù)責(zé)與列車(chē)控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TCMS）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。新型動(dòng)車(chē)組塞拉門(mén)電氣控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）由硬線控制、網(wǎng)絡(luò)控制以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)3部分組成。其中對(duì)安全性和可靠性要求較高的功能由硬線控制完成，特殊功能由網(wǎng)絡(luò)控制完成，整列車(chē)塞拉門(mén)系統(tǒng)的狀態(tài)反饋與故障顯示由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)完成。塞拉門(mén)系統(tǒng)各功能與列車(chē)接口示意圖見(jiàn)圖3，每個(gè)DCU均根據(jù)硬線控制命令執(zhí)行相關(guān)功能，同時(shí)也接收做為診斷備份使用的網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)（數(shù)據(jù)流：TCMS-MDCU-DCU）。另外，MDCU將接收從TCMS發(fā)送的指令來(lái)完成特殊的功能模式。TCMS將從MDCU接收信息用于塞拉門(mén)的狀態(tài)顯示、故障維護(hù)等功能。每個(gè)DCU處理硬線控制命令和網(wǎng)絡(luò)控制命令的原則如下：①當(dāng)硬線信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)一致時(shí)，DCU執(zhí)行相關(guān)功能。②當(dāng)硬線信號(hào)存在，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無(wú)時(shí)，DCU執(zhí)行硬線指令相關(guān)功能，DCU產(chǎn)生并在內(nèi)部?jī)?chǔ)存一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與硬線信號(hào)不一致”的故障記錄。③當(dāng)硬線信號(hào)無(wú)，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)存在時(shí)，DCU不執(zhí)行任何功能，DCU產(chǎn)生并在內(nèi)部?jī)?chǔ)存一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與硬線信號(hào)不一致”的故障記錄。④當(dāng)硬線信號(hào)存在，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)存在但二者不一致時(shí)，DCU執(zhí)行硬線指令相關(guān)功能，DCU產(chǎn)生并在內(nèi)部?jī)?chǔ)存一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與硬線信號(hào)不一致”的故障記錄。

1整列車(chē)塞拉門(mén)控制

1.1集控模式1）門(mén)側(cè)選擇為了防止司機(jī)的誤操作和增加塞拉門(mén)系統(tǒng)的可靠性和安全性，新型車(chē)增加了門(mén)側(cè)選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)列車(chē)即將進(jìn)站時(shí)，由司機(jī)根據(jù)車(chē)站調(diào)度命令選擇開(kāi)門(mén)側(cè)。2）門(mén)緩解、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)塞拉門(mén)系統(tǒng)共有4條貫穿全列的控制硬線：左側(cè)門(mén)緩解控制線，左側(cè)門(mén)開(kāi)門(mén)控制線，右側(cè)門(mén)緩解控制線，右門(mén)開(kāi)門(mén)控制線。所有的門(mén)控器均并聯(lián)在相應(yīng)的控制線上。①集控門(mén)緩解功能在列車(chē)停車(chē)時(shí)，司機(jī)啟動(dòng)門(mén)側(cè)選擇開(kāi)關(guān)后，按下相應(yīng)側(cè)的門(mén)緩解按鈕，相應(yīng)側(cè)門(mén)緩解指令激活，緩解控制線得電，全列相應(yīng)側(cè)DCU得到門(mén)緩解指令。②集控開(kāi)門(mén)功能在列車(chē)停車(chē)時(shí)，司機(jī)啟動(dòng)門(mén)側(cè)選擇開(kāi)關(guān)，相應(yīng)側(cè)門(mén)緩解按鈕激活后，按下開(kāi)門(mén)按鈕，相應(yīng)側(cè)門(mén)打開(kāi)指令激活，打開(kāi)控制線得電，全列相應(yīng)側(cè)DCU得到門(mén)打開(kāi)指令。③集控關(guān)門(mén)功能在列車(chē)速度V<5km/h，司機(jī)啟動(dòng)門(mén)側(cè)選擇開(kāi)關(guān)同時(shí)門(mén)處于緩解或者打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，激活關(guān)門(mén)按鈕，全列兩側(cè)門(mén)緩解控制信號(hào)消失，則塞拉門(mén)由緩解狀態(tài)或打開(kāi)狀態(tài)變成鎖閉狀態(tài)。

1.2通過(guò)速度信號(hào)關(guān)門(mén)如果DCU通過(guò)硬線信號(hào)得知列車(chē)速度大于5km/h，所有的門(mén)立即關(guān)閉。由于列車(chē)是開(kāi)門(mén)行駛，必須要逆著行駛方向進(jìn)行關(guān)門(mén)動(dòng)作，因此DCU會(huì)增加關(guān)門(mén)的力度。通過(guò)速度信號(hào)關(guān)門(mén)具有最高優(yōu)先級(jí)，即如果速度信號(hào)不符合設(shè)計(jì)要求規(guī)定的值，車(chē)門(mén)將立即關(guān)閉。

1.3門(mén)鎖閉①當(dāng)DCU執(zhí)行門(mén)關(guān)閉后，會(huì)將門(mén)關(guān)閉的狀態(tài)反饋給MDCU，MDCU將4個(gè)門(mén)的鎖閉狀態(tài)通過(guò)RS485總線反饋給TCMS。②每節(jié)車(chē)均有一個(gè)硬線環(huán)路監(jiān)測(cè)門(mén)的鎖閉狀態(tài)。當(dāng)4個(gè)門(mén)均鎖閉后，該硬線環(huán)路建立，TCMS收到DI輸入信號(hào)。門(mén)的鎖閉狀態(tài)由硬線環(huán)路反饋信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)反饋信號(hào)共同決定：a.當(dāng)硬線環(huán)路反饋信號(hào)與網(wǎng)絡(luò)反饋信號(hào)一致時(shí)，門(mén)鎖閉狀態(tài)正常；b.當(dāng)硬線環(huán)路反饋信號(hào)與網(wǎng)絡(luò)反饋信號(hào)不一致時(shí)，TCMS發(fā)出診斷報(bào)警信息。

1.4狀態(tài)反饋MDCU將4個(gè)門(mén)的狀態(tài)信息、故障診斷信息匯總后通過(guò)RS485總線發(fā)送給TCMS，TCMS將信息實(shí)時(shí)顯示在司機(jī)室顯示器上（見(jiàn)圖4），并在維護(hù)界面顯示相關(guān)故障信息，同時(shí)生成故障記錄。在司機(jī)室顯示器上，車(chē)體兩側(cè)的外面各有一條長(zhǎng)的黃色直線，表示門(mén)處于未緩解狀態(tài)，圖4中的車(chē)體上方?jīng)]有這條直線，表示現(xiàn)在該側(cè)的塞拉門(mén)為緩解狀態(tài)，可以打開(kāi)塞拉門(mén)。

2防擠壓功能

所有的電動(dòng)或電控氣動(dòng)塞拉門(mén)均需有防擠壓功能，以防止門(mén)在動(dòng)作過(guò)程中將乘客擠傷。在塞拉門(mén)關(guān)閉過(guò)程中，在車(chē)門(mén)達(dá)到關(guān)閉鎖緊位置之前，以下情況都可以激活防擠壓功能：①通過(guò)防夾手感應(yīng)膠條的防夾保護(hù)塞拉門(mén)門(mén)扇的前緣安裝有2個(gè)互相獨(dú)立的防夾手感應(yīng)膠條。感應(yīng)膠條內(nèi)有一個(gè)密閉的空氣腔。關(guān)門(mén)時(shí),在限位開(kāi)關(guān)(門(mén)關(guān)閉98%)未被激活前,如果遇到障礙,就會(huì)在空氣腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)壓力波動(dòng)信號(hào),這個(gè)信號(hào)通過(guò)門(mén)板內(nèi)的空氣壓力感應(yīng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入DCU，激活相應(yīng)的防夾保護(hù)功能。一旦塞拉門(mén)到達(dá)關(guān)閉和鎖閉位置后，即限位開(kāi)關(guān)(門(mén)關(guān)閉98%)未被激活，防夾手感應(yīng)膠條可以自動(dòng)失效。②電機(jī)電流監(jiān)控DCU中存有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流限界曲線。這個(gè)限界曲線不是恒定不變的，而是依據(jù)門(mén)的位置以及電機(jī)在以前關(guān)閉過(guò)程中的工作電流（變化的限界曲線）生成的。這個(gè)工作電流由DCU測(cè)量,當(dāng)車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)時(shí)所測(cè)量的電機(jī)電流超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的限界值，門(mén)控單元就視為探測(cè)到一個(gè)障礙物，防擠壓功能激活。③位移/時(shí)間監(jiān)控塞拉門(mén)的位移傳感器將門(mén)位移劃分成許多小段，當(dāng)在一段確定的時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有走完確定的路程，則啟動(dòng)相應(yīng)的障礙物探測(cè)功能。DCU會(huì)測(cè)量每段關(guān)閉位移的關(guān)閉運(yùn)行時(shí)間同時(shí)計(jì)算下一個(gè)關(guān)閉位移的關(guān)閉運(yùn)行時(shí)間。

3換端模式

當(dāng)列車(chē)進(jìn)入換端模式后，在司機(jī)離開(kāi)主控司機(jī)室前，塞拉門(mén)控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)和硬線控制信號(hào)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使兩端司機(jī)室內(nèi)的相關(guān)控制按鈕無(wú)效，塞拉門(mén)保持換端前的狀態(tài)。

4拓展功能

4.1遠(yuǎn)程關(guān)門(mén)模式隨著鐵路速度等級(jí)和服務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，根據(jù)用戶的需求，所有乘客登車(chē)后，乘務(wù)員可以在任何一個(gè)塞拉門(mén)通過(guò)四角鑰匙開(kāi)關(guān)發(fā)出實(shí)現(xiàn)此功能的“遠(yuǎn)程關(guān)門(mén)”指令。該功能可以使乘務(wù)員不通過(guò)司機(jī)而關(guān)閉全列車(chē)的塞拉門(mén)。在執(zhí)行本功能前，乘務(wù)員所在位置的塞拉門(mén)必須是打開(kāi)的。執(zhí)行本功能后塞拉門(mén)將執(zhí)行下列動(dòng)作：①如果塞拉門(mén)此時(shí)處于關(guān)閉且緩解狀態(tài),則緩解狀態(tài)取消；②如果塞拉門(mén)此時(shí)處于打開(kāi)狀態(tài)，則塞拉門(mén)關(guān)閉。以上動(dòng)作不包括乘務(wù)員所在位置的門(mén)。1）模式激活與結(jié)束乘務(wù)員順時(shí)針旋轉(zhuǎn)四角鑰匙開(kāi)關(guān)，此動(dòng)作至少持續(xù)1s,該模式激活，乘務(wù)員所在門(mén)的DCU將遠(yuǎn)程關(guān)閉車(chē)門(mén)指令發(fā)送給本車(chē)MDCU（若所在門(mén)為MDCU則直接發(fā)送），由MDCU通過(guò)RS485總線發(fā)送給TCMS，TCMS接到該指令后，通過(guò)RS485總線將指令“遠(yuǎn)程關(guān)門(mén)”再發(fā)送給各車(chē)MDCU，由MDCU通知每個(gè)DCU執(zhí)行遠(yuǎn)程關(guān)閉車(chē)門(mén)指令。當(dāng)其他車(chē)所有車(chē)門(mén)均關(guān)閉后，TCMS向發(fā)出“遠(yuǎn)程關(guān)門(mén)模式”指令的MDCU發(fā)出“其他所有塞拉門(mén)已關(guān)閉”信號(hào)。該MDCU接到此信號(hào)后同時(shí)評(píng)估本車(chē)4個(gè)車(chē)門(mén)的狀態(tài)。如果本車(chē)除發(fā)出“遠(yuǎn)程關(guān)門(mén)模式”指令的門(mén)外，其余3個(gè)門(mén)均處于鎖閉狀態(tài)，那么MDCU負(fù)責(zé)激活（或負(fù)責(zé)通知相應(yīng)門(mén)的DCU激活）發(fā)出“遠(yuǎn)程關(guān)門(mén)模式”指令的門(mén)的蜂鳴器。當(dāng)乘務(wù)員接收到蜂鳴器的通知后，關(guān)閉自己所在位置的車(chē)門(mén)，遠(yuǎn)程關(guān)門(mén)模式關(guān)閉，所有車(chē)門(mén)被關(guān)閉。2）模式取消在乘務(wù)員所在位置的車(chē)門(mén)沒(méi)有完全關(guān)閉之前,按下本地開(kāi)門(mén)按鈕，即取消該功能，乘務(wù)員所在那一側(cè)的門(mén)重新被緩解。3）通知司機(jī)出發(fā)在所有塞拉門(mén)被安全地關(guān)閉后，乘務(wù)員向司機(jī)發(fā)出發(fā)車(chē)命令。乘務(wù)員逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)四角鑰匙開(kāi)關(guān)，連續(xù)做兩次，此時(shí)DCU通過(guò)RS485總線向TCMS發(fā)出信號(hào)“激活蜂鳴器”，TCMS激活司機(jī)室內(nèi)的蜂鳴器。司機(jī)在聽(tīng)到蜂鳴器鳴響后且司機(jī)室顯示器上顯示所有門(mén)已鎖閉后開(kāi)車(chē)。

4.2退出司機(jī)室模式根據(jù)用戶的需求，當(dāng)列車(chē)臨時(shí)停車(chē)時(shí)，為了使司機(jī)能夠在運(yùn)行線路上離開(kāi)列車(chē)，司機(jī)可以激活此模式，打開(kāi)司機(jī)室后部的左門(mén)和右門(mén)，而不需要緩解全列其他塞拉門(mén)。1）退出司機(jī)室司機(jī)將退出司機(jī)室模式按鈕按下，模式被激活并發(fā)送給TCMS。司機(jī)將四角鑰匙開(kāi)關(guān)順時(shí)針從“0”打到“1”位；按下本地開(kāi)門(mén)按鈕打開(kāi)塞拉門(mén)。離開(kāi)列車(chē)后，使用司機(jī)專(zhuān)用鑰匙將塞拉門(mén)鎖閉。2）進(jìn)入司機(jī)室使用司機(jī)專(zhuān)用鑰匙將塞拉門(mén)打開(kāi)，操作本地關(guān)門(mén)按鈕關(guān)閉塞拉門(mén)，司機(jī)將退出司機(jī)室模式按鈕恢復(fù)，模式結(jié)束。

4.3整備模式根據(jù)用戶的需求，列車(chē)進(jìn)入整備模式后，列車(chē)內(nèi)部人員（如清潔人員）可以下車(chē)，但是未經(jīng)允許的人員不能登車(chē)（兩側(cè)塞拉門(mén)都鎖閉）。司機(jī)在顯示器上觸發(fā)該模式，TCMS向各車(chē)MDCU發(fā)出指令。僅當(dāng)兩側(cè)的車(chē)門(mén)都鎖閉時(shí)，塞拉門(mén)系統(tǒng)才接受TCMS發(fā)送的整備模式指令，整備模式才能被激活。在進(jìn)入整備模式后，塞拉門(mén)就再不會(huì)從外面打開(kāi)，但可通過(guò)按下本地開(kāi)門(mén)按鈕從車(chē)內(nèi)打開(kāi)，同時(shí)頭車(chē)的門(mén)可通過(guò)司機(jī)專(zhuān)用鑰匙打開(kāi)。在整備模式下，塞拉門(mén)通過(guò)以下2種方式關(guān)閉：①在車(chē)內(nèi)：按下本地關(guān)門(mén)按鈕；②在車(chē)外：按下本地開(kāi)門(mén)按鈕，在該模式下，車(chē)外的開(kāi)門(mén)按鈕被定義成“關(guān)門(mén)”，與普通模式相反。

結(jié)語(yǔ)

新型動(dòng)車(chē)組采用硬線、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)共同控制塞拉門(mén)電氣系統(tǒng)的模式，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了系統(tǒng)的配線，同時(shí)豐富了塞拉門(mén)系統(tǒng)的狀態(tài)反饋信息，為動(dòng)車(chē)組的日常維護(hù)提供了便利。經(jīng)過(guò)型式試驗(yàn)驗(yàn)證，新型動(dòng)車(chē)組塞拉門(mén)電控系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運(yùn)行良好，能夠較好地適應(yīng)目前高速鐵路的需要。

作者：哈大雷單位：長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司技術(shù)中心