引言

制動系統(tǒng)是保證軌道交通車輛行車安全的關(guān)鍵裝備,制動控制器作為發(fā)出制動控制指令的司機操縱設(shè)備,其可靠性直接關(guān)系到制動系統(tǒng)及機車的安全性。若制動控制器無法發(fā)出制動指令,則機車無法正常調(diào)速或安全停車:若制動控制器不能正確發(fā)出緩解指令,則機車無法正常開行,就會影響鐵路線路的正常運行秩序。因此,提高制動控制器的可靠性具有重要意義。

1制動控制器結(jié)構(gòu)及電氣原理

1.2制動控制器結(jié)構(gòu)

制動控制器采用組合型結(jié)構(gòu),集成了自動制動控制單元(以下簡稱"大閘")和單獨制動控制單元(以下簡稱"小閘"),主要部件包括編碼器、接近開關(guān)、微動開關(guān)、智能節(jié)點、排風(fēng)閥等,其機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

大閘手柄靠近操作者最近位的是運轉(zhuǎn)位,往前推依次為初制動位、全制動位、抑制位、重聯(lián)位、緊急位,初制動到全制動之間為常用制動區(qū),每個位置相對于水平面的夾角如表1所示。

小閘手柄靠近操作者最近位的是運轉(zhuǎn)位,往前推最遠位為全制動位,運轉(zhuǎn)位與全制動位之間為常用制動區(qū),每個位置相對于水平面的夾角如表2所示,小閘同時設(shè)置帶自復(fù)位的側(cè)壓單緩位。

2.2制動控制器電氣原理

制動控制器電氣原理框圖如圖2所示。

2編碼器閘位識別原理

操作制動控制器手柄時,帶動編碼器轉(zhuǎn)動,手柄在不同的位置時,編碼器輸出對應(yīng)的編碼值,智能節(jié)點通過采集編碼器輸出值,判斷大、小閘手柄所處的位置,輸出相應(yīng)的閘位,大閘編碼器角度值與閘位對應(yīng)關(guān)系如圖3所示,結(jié)合手柄實際操作角度和故障檢測需要,將運轉(zhuǎn)位下限角度與緊急位上限角度范圍設(shè)置為59。

3故障檢測與安全導(dǎo)向

制動控制器故障檢測主要針對其機械結(jié)構(gòu)及電氣部件故障進行檢測,主要包括編碼器故障、開關(guān)信號故障、智能節(jié)點故障,故障導(dǎo)向的原則為優(yōu)先保障其安全性,保證車輛安全調(diào)速和停車。

3.1編碼器故障

編碼器故障具體包括閘位校準故障、編碼器超范圍故障、編碼器與微動開關(guān)不一致故障。

3.1.1閘位校準故障

若校準時操作不規(guī)范或校準時編碼器值采集錯誤,則執(zhí)行校準指令后,會上報校準故障,其判斷條件為大閘運轉(zhuǎn)位與緊急位校準值角度差值超過68(±4(,小閘運轉(zhuǎn)位與全制動位校準值角度差值超過56(±4(,檢測到故障后,大閘報自閥故障,小閘報單閥故障,提示操作人員重新校準。同時,閘位校準故障檢測可在出廠時有效檢測手柄機械角度是否符合標準要求。

3.1.2編碼器超范圍故障

編碼器超范圍故障分為編碼器零點或滿量程輸出,以及編碼器輸出值超過手柄運用角度范圍,具體如下:

(1)編碼器零點或滿量程輸出:編碼器電源線或數(shù)據(jù)線故障時,編碼器輸出值將為最小值0x0000或最大值0x3fff。若智能節(jié)點采集到的編碼器值為0x0000或0x3fff,則判斷為編碼器值輸出錯誤,此時無法根據(jù)編碼器值識別正確的閘位。

(2)編碼器輸出值超范圍:正常情況下,大閘運轉(zhuǎn)位到緊急位的角度范圍為60(~128(,小閘運轉(zhuǎn)位到全制動位的角度范圍為74(~130(,當(dāng)編碼器輸出值不在此范圍內(nèi)時,判斷為編碼器超范圍故障,故障原因可能是大、小閘手柄出現(xiàn)機械松動,或編碼器值偏移,此時閘位識別不準。

發(fā)生上述兩種故障時,大閘發(fā)送自閥故障和自閥傳感器故障,小閘發(fā)送單閥故障和單閥傳感器故障。大閘故障時,制動系統(tǒng)懲罰制動停車,同時閘位導(dǎo)向為重聯(lián)位:小閘故障時,制動區(qū)失效,通過運轉(zhuǎn)位和全制動硬線信號實現(xiàn)小閘緩解或制動。

3.1.3編碼器與微動開關(guān)不一致故障

制動控制器主要根據(jù)編碼器識別閘位,當(dāng)編碼器出現(xiàn)偏移時,將無法正確識別閘位,可能造成制動指令失效甚至自然緩解,因此,將編碼器結(jié)合微動開關(guān)硬線信號輸出最終的閘位,以此提高制動控制器可靠性[3]。

大閘閘位輸出的原則:(1)編碼器與硬線信號取大輸出,制動減壓量大的信號優(yōu)先級最高:(2)只有當(dāng)大閘編碼器與微動開關(guān)同時處于運轉(zhuǎn)位時,閘位才輸出運轉(zhuǎn)位,防止大閘異常緩解。

小閘閘位輸出的原則:(1)小閘運轉(zhuǎn)位和全制動位的閘位取硬線信號:(2)模擬量根據(jù)編碼器值計算,全制動位硬線信號有效時,模擬量被強置為300。

大閘和小閘的閘位輸出邏輯真值表分別如表3和表4所示。

3.2開關(guān)信號故障

開關(guān)信號故障包括微動開關(guān)無法正常斷開、多個微動開關(guān)同時有效、單緩接近開關(guān)故障。

3.2.1微動開關(guān)無法正常斷開

操縱手柄在各區(qū)域移動過程中,若編碼器離開該位置時,該微動開關(guān)硬線信號仍然有效,則表示編碼器與微動開關(guān)不一致。出現(xiàn)此現(xiàn)象時,根據(jù)3.1.3節(jié)的原則,閘位按照表3和表4輸出。檢測到此故障時,制動控制器上報微動開關(guān)故障和自閥故障或單閥故障。

3.2.2多個微動開關(guān)同時有效

由圖2可知,大閘在運轉(zhuǎn)位、全制動位、緊急位設(shè)置有微動開關(guān),小閘在運轉(zhuǎn)位和全制動位設(shè)置有微動開關(guān)。當(dāng)大閘的三個微動開關(guān)有兩個或三個同時有效時,則判斷為大閘微動開關(guān)故障:當(dāng)小閘的兩個微動開關(guān)同時得電時,則判斷為小閘微動開關(guān)故障。

大閘微動開關(guān)故障時,制動控制器上報自閥微動開關(guān)故障和自閥故障:小閘微動開關(guān)故障時,制動控制器上報單閥微動開關(guān)故障和單閥故障。

3.2.3單緩接近開關(guān)故障

當(dāng)接近開關(guān)錯誤地輸出高電平時,將導(dǎo)致機車閘缸壓力被緩解,存在安全隱患,因此制動控制器設(shè)計了接近開關(guān)故障檢測功能,當(dāng)檢測到單緩位接近開關(guān)輸出高電平信號時間超過3min時,不再采信該信號,將輸出的單緩位復(fù)位:當(dāng)開關(guān)高電平信號消失后,再次變?yōu)楦唠娖綍r,再次輸出單緩位。

3.3智能節(jié)點故障

智能節(jié)點板卡故障主要包括數(shù)據(jù)存儲器故障和軟件運行異常。

3.3.1數(shù)據(jù)存儲器故障

智能節(jié)點板卡數(shù)據(jù)存儲器用于存儲大閘運轉(zhuǎn)位、緊急位編碼器校準值,小閘運轉(zhuǎn)位、全制動位編碼器校準值。在進行閘位校準時,將此4個數(shù)值存入存儲器,在下一次上電時從存儲器讀取,若存儲器故障,將導(dǎo)致上電后閘位校準值獲取錯誤,無法確定閘位角度基準值,無法正確識別閘位。數(shù)據(jù)存儲器故障檢測原理如圖4所示,當(dāng)讀取的大閘運轉(zhuǎn)位與緊急位校準值角度差值超過68°土4°,小閘運轉(zhuǎn)位與全制動位校準值角度差值超過56°±4°時,判斷為數(shù)據(jù)存儲器故障,上報自閥故障或單閥故障。

為了降低存儲器故障造成閘位識別錯誤的概率,在閘位校準時,將校準值存儲在N(N為大于3的奇數(shù))個獨立最后取N個數(shù)據(jù)的中間值,以降低數(shù)據(jù)存取錯誤的概率,提高制動控制器可靠性。

3.3.2智能節(jié)點軟件運行異常

智能節(jié)點具有看門狗功能,當(dāng)軟件運行異常導(dǎo)致生命信號不再變化時,將觸發(fā)看門狗復(fù)位功能,智能節(jié)點將在1.6s內(nèi)重啟,系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。

4結(jié)語

本文提供了一種制動控制器故障檢測與安全導(dǎo)向 方法 , 能檢測制動控制器編碼器故障、開關(guān)信號故障、 智能節(jié)點故障等 ,并做出相應(yīng)的故障導(dǎo)向 ,提高了制動 系統(tǒng)的安全性 。該型制動控制器已批量使用 ,運行良 好 ,滿足新一代自主化制動控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求。