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(yuǎn)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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)故障

若校準(zhǔn)時操作不規(guī)范或校準(zhǔn)時編碼器值采集錯誤,則執(zhí)行校準(zhǔn)指令后,會上報校準(zhǔn)故障,其判斷條件為大閘運轉(zhuǎn)位與緊急位校準(zhǔn)值角度差值超過68(±4(,小閘運轉(zhuǎn)位與全制動位校準(zhǔn)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(zhǔn)。同時,閘位校準(zhǔn)故障檢測可在出廠時有效檢測手柄機械角度是否符合標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)。

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(zhǔn)值,小閘運轉(zhuǎn)位、全制動位編碼器校準(zhǔn)值。在進(jìn)行閘位校準(zhǔn)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(zhǔn)值獲取錯誤,無法確定閘位角度基準(zhǔn)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(zhǔn)值角度差值超過68°土4°,小閘運轉(zhuǎn)位與全制動位校準(zhǔn)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(zhǔn)時,將校準(zhǔn)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。