地铁客室车门电气控制方案分析

樊大海

杭州市地铁集团有限责任公司 浙江杭州 310000

摘要：目前，地铁行业在我国发展十分迅速，客室车门系统是地铁车辆稳定运行的一个至关重要的子系统，其设计与使用过程中的安全性，直接关系到地铁的运行安全以及乘客的人身安全。文章对不同自动化控制等级及客室车门系统的电气控制原理进行了简要概述，并结合客室车门系统常出现的一些故障类型，介绍了提升电气可靠性的设计要点。

关键词：地铁车辆；客室车门系统；电气控制原理；电气可靠性

引言

轨道车辆门控系统（ＥＤＣＵ）是车辆电气系统的一个重要组成部分，其功能为控制客室门开闭及对门状态进行监视控制。城轨六编组列车一般设有４８个客室门，故门控系统共设置４８个车门控制器，分别监控车门状态。各车门状态信息由司机室的列车管理系统的显示单元显示。显示单元只能显示车门当前状态，却无法记录车门的历史状态及在某时间段内车门的历史数据，针对此问题，开发车门自动试验装置，对车门系统的状态及故障信息进行收集、存储、传输和应用，并以此为基础，对车门系统的工作和故障状态实施远程实时监测；弥补试验过程中无法得到的历史数据，并为日后分析车门系统保留数据。

1车门系统概述

根据驱动系统的不同，列车车门包括气动式车门和电动式车门。气动式车门的动力来源于驱动气缸，电动式车门的动力来源于直流或者交流电机。由于安装位置不同，列车车门可分为内藏门、塞拉门和外挂门。内藏门主要由门叶、车门导轨、传动组件、门机械锁闭机构、紧急解锁机构、气动控制系统以及电气控制系统等组成，门叶在车辆侧墙的外墙板与内饰板之间的夹层内移动。塞拉门由门叶、支承杆、托架组件、车门导轨、传动组件、制动组件、紧急解锁机构、车门旁路系统以及电子门控单元等组成，门叶在车门开启状态时贴靠外墙的外侧，在车门关闭状态时门叶外表面与车体外墙成一平面。外挂门主要由门叶、直流驱动电机、车门悬挂机构、丝杆，螺母机械传动机构和电子门控单元等组成。外挂门采用模块化设计和安装，门叶、车门悬挂机构以及传动机构的部分部件安装于车体侧墙外侧，电子门控单元和驱动电机装于车体侧墙的内侧。

2地铁客室车门电气控制方案

2.1开门/关门

客室车门的开关是由车门控制单元(EDCU)根据列车控制(开门列车线、关门列车线、门使能列车线、零速列车线)电平信号和车门驱动机构上的元件(限位开关、车门位置传感器)电平信号来控制的。(1)开门。通过激活“开门”列车线来执行开门。如果在开门过程中，“开门”列车线断电，车门仍将开启到最大开启位。另外，还可以通过按下EDCU上的维护按钮来执行开门。(2)关门。通过激活“关门”列车线来执行关门。“关门”列车线激活3秒后，车门开始关闭。如果在关门过程中，“关门”列车线断电，车门仍将关闭到最终关闭位。如果在关门过程中，“关门”列车线断电，同时“开门”列车线得电，车门关闭程序停止，1秒后车门重新开启到最大开启位。(3)警示灯/蜂鸣器。在每扇客室车门的上方车体内外部各装设有一个警示灯，开关门时警示灯将会亮并闪烁。当车门被切除时或遇障碍物六次激活后，警示灯将常亮。同时在开关门时光电管式的蜂鸣器将会发出蜂鸣声音，并持续三秒钟，以警告乘客车门将要打开或关闭。

2.2车门安全联锁电路

为保证列车运行安全，列车启动前必须确保所有车门都处于关好并锁好的状态。车辆电路一般将所有车门锁好、关好和紧急解锁行程开关分别串联连接，形成车门锁闭、车门关闭列车线信号，将其串联在牵引安全回路中进行连锁，同时也发送给TCMS、ATC等进行监控。当某个车门关闭/锁闭行程开关断开或故障时，车门关闭/锁闭列车线信号将丢失，牵引安全回路将被断开，列车将不能继续正常运行。根据列车驾驶要求的不同，列车控制系统会作出不同保护措施。例如，部分列车要求车门锁闭列车线信号若在有效区域丢失，运行列车实施紧急制动，同时车门施加关门方向的力，使车门处于关闭趋势；若在无效区域丢失，运行列车将保持正常运行。而车门关闭列车线信号丢失时，无论在任何区域，运行列车将实施紧急制动。

2.3车门自动试验装置硬件及软件设计

城轨车辆门系统控制软件是硬件部分关系密切的嵌入式系统软件，对门系统进行故障诊断，将诊断结果数据储存在非易失性存储器；基于门系统特点，车门远程监测系统由前端装置（门控制装置）、传输信道（通信传输部分）、后台监测中心（嵌入式一体化触摸屏、电源、机箱等组成）组成．前端装置安装于列车上，完成数据采集、保存、打包封装、传输等任务；传输信道采用无线信道，实现数据可靠传输；后台监测中心实现数据接收、统计、显示等功能。车门系统通信方式与通信协议由列车管理系统的提供厂家决定，故本试验装置的通讯方式将根据实际做出调整。装置以北京昌平线地铁为例，故通讯方式采用串行异步通讯方式。

2.4车内紧急解锁功能

为了在紧急情况下手动开门，车厢内部每扇门都设有紧急解锁装置，用于解锁车门锁闭装置。当紧急解锁请求有效时，车门将解锁，可手动移动车门至开、关位置。当列车速度高于1km/h或其它必要条件不满足时，紧急解锁请求则视为无效，EDCU将施加一定的关门力保持车门关闭状态。对于全自动驾驶列车来说，紧急解锁请求装置会与CCTV联动，通过车厢内摄像头将车厢内实时情况传输至OCC和ATC系统，并在车外设置紧急解锁释放指示灯进行状态指示，提供系统安全性。

2.5人工神经网络诊断方法

人工神经网络是由神经元相互连接而构成的高度并行的非线性系统，具有自学习、自组织、并行处理、联想记忆和容错性的特点，并广泛应用于预测控制、模式识别、非线性逼近等领域。神经网络的训练灵活，可以根据实际应用实现在线或者离线学习。采用神经网络进行车门故障诊断，需要获取车门故障的特征样本，通过训练样本对网络进行训练，调整网络的连接权值和阈值，然后根据测试样本进行故障的识别。

2.6外部指示灯故障

故障现象:车门轻级故障。故障结论:车门外部指示灯故障分析处理:此类故障发生频繁，车门轻级故障主要是门外部指示灯损坏。由于车门外部指示灯的设计和安装原因，密封性能不好，在雨水天气，会造成指示灯内部进水，电路板烧坏，发生车门轻级故障。针对该现象，已经开展了对此故障的研究和整改:在门外部指示灯与安装座之间加装橡胶垫和涂密封胶，防止雨水进人指示灯内部，大大减少了外部指示灯的更换频率。

结语

随着轨道交通技术的发展及城市的快速发展，对其车门控制系统的快捷性、安全性、可靠性也提出了更高的要求。目前，在国外已成熟应用的全自动无人驾驶系统，是实现城市轨道交通高自动化、高密度、高速度运行的有力方式，而在国内也有多条无人驾驶线路及在建线路，结合线路的运用情况，正在不断改进，旨在提高各子系统的可靠性、安全性，确保列车稳定运行。

参考文献

[1]彭有根.广州地铁二号线车辆车门系统及其控制原理[J].电力机车与城轨车辆,2005(6):50-52+55.

[2]顾松彬,罗信.深圳地铁车辆客室车门电气控制电路的改进[J].机车电传动,2008(2):48-49+68.

[3]张海涛,梁汝军.地铁列车全自动无人驾驶系统方案[J].城市轨道交通研究,2015,18(5):33-37.

[4]张振淼.城市轨道交通车辆[M].北京:中国铁道出版社,2003.