張亦農(nóng)

（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學院，天津300240）

淺析地鐵門控系統(tǒng)的故障樹診斷方法研究

張亦農(nóng)

（天津鐵道職業(yè)技術(shù)學院，天津300240）

論文把列車門系統(tǒng)作為研究對象，以門控系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、運行情況、故障模式為重點進行理論研究，并對列車車門系統(tǒng)進行定性和定量分析，將問題具體化，建立故障樹。再針對故障樹中底事件的重要度，對門控系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性進行評估。為地鐵列車車門系統(tǒng)故障診斷提供理論積累，具有一定的工程應用價值。

門控系統(tǒng)；故障樹；故障診斷

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.135

1 引言

北京地鐵截至2015年12月共有18條運營路線，2015年平均日客運量達到1008.76萬人次，根據(jù)北京地鐵運營公司統(tǒng)計的近年來北京地鐵列車故障停車下線情況，由車輛原因?qū)е碌牧熊囅戮€事故有174次，其中,因車門故障造成列車下線的達59次，占所有故障總下線數(shù)的33.9%?？褪臆囬T作為列車使用最頻繁的部分，也是車輛所有系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的部分。其中，門控單元、門切除開關(guān)、行程開關(guān)、限位開關(guān)、車門絲桿扭簧和門控電機等是車門系統(tǒng)最容易出現(xiàn)故障的零件，另外，門檻異物是導致車門故障最多的原因。目前，減少車門故障的方法是定期對車門系統(tǒng)各部件進行維護和檢修，但是目前在這一方面極其缺少相關(guān)的理論分析和研究，無法從根本上解決門控單元故障的管理和分析。

2 列車門控單元介紹

門控單元作為地鐵客室門系統(tǒng)控制的核心，主要負責控制開關(guān)門電機的轉(zhuǎn)作、車門系統(tǒng)狀態(tài)檢測、安全保護措施、各種燈光控制和提示音等控制功能。一般來說，每個車廂配置有8～10個客室門，每個客室門系統(tǒng)都有一套主控設備安裝在其門體上部的空間內(nèi)，其部件包括門控單元、電機以及相關(guān)傳動和輔助部件。

控制盒有多個輸入、輸出接口，其中的RS232通訊端口與外部電氣設備相連，用來完成設備控制和功能檢測；RS485通訊端口與通訊總線相連，完成信息通訊，并且與其他車門控制設備連通，完成所有車門同時開啟或關(guān)閉。

門控單元接受列車控制信號的同時發(fā)出和執(zhí)行機構(gòu)信號2種指令。列車控制信號包括開/關(guān)門車輛控制信號、車輛零速信號；執(zhí)行機構(gòu)信號包括門隔離限位開/關(guān)、關(guān)門限位開/關(guān)、緊急裝置限位開/關(guān)和門位置傳感器A與B的信號[1]。門控單元的輸出端口負責輸出的信號包括：車門狀態(tài)指示燈、車門模式

指示燈、蜂鳴器以及門驅(qū)動電機的控制和執(zhí)行信號。

門控單元的控制系統(tǒng)是由微處理器、電源單元、執(zhí)行單元、存儲單元、內(nèi)部總線、接口單元以及通訊單元協(xié)同完成的，屬于嵌入式檢測控制設備。

3 故障樹分析法概述

故障樹法簡稱FTA(Fault Tree Analysis)，1961年被提出，是一種以圖形表達邏輯關(guān)系的演繹法，此方法從上至下，從果至因，從總體至局部地分析系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因，易于找出發(fā)生故障的部分，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的故障診斷，適用于對系統(tǒng)進行風險評估和可靠性分析。

故障樹分析具有以下特點：（1）較強的靈活性；（2）故障樹分析法是依靠圖形來表述邏輯關(guān)系，可以將系統(tǒng)中事件的抽象的邏輯關(guān)系進行形象的表達，易于系統(tǒng)故障分析；（3）建立故障樹模型及對故障樹進行分析的過程，相當于對系統(tǒng)相關(guān)信息資料重新研究，可以加深對相關(guān)資料的認知和理解；（4）方便系統(tǒng)的使用者及維護人員進行維護和管理[2]。

4 故障樹建立的步驟

建立故障樹步驟通常分為以下4步：（1）收集材料；（2）選擇頂事件；（3）建造故障樹；（4）故障樹簡化。

5 地鐵門控系統(tǒng)故障樹建立

通過分析地鐵日常運營中的實測數(shù)據(jù)及歷史故障，并對列車門控系統(tǒng)故障情況進行分類整理和統(tǒng)計，建立故障樹。地鐵車門記錄故障共190次，可分為12類，具體故障如表1所示。

通過對地鐵歷史故障事件和故障數(shù)據(jù)分析和研究，可以看出門控單元故障和門檻有異物是主要的故障原因。其中，以車門無法正常關(guān)閉故障為例，以列車門系統(tǒng)故障為目標頂事件，以車門未關(guān)到位作為中間事件，而故障模式中開/關(guān)門障礙壓檢測可以作為故障的成因，構(gòu)成底事件，對故障樹進行建模。

此外，通過故障樹的建立和分析也是對系統(tǒng)的再認識。從地鐵歷史故障實驗故障數(shù)據(jù)記錄以及相關(guān)資料的分析中可以發(fā)現(xiàn)，并非所有的故障信息都是故障樹的底事件，并且相當部分故障事件還存在一定的邏輯關(guān)系。

依據(jù)上文所述的步驟，對地鐵門控單元建立故障樹：

1）頂事件的確定：列車門控系統(tǒng)故障；

表1 2013年2014年北京地鐵故障信息統(tǒng)計

2）確定中間事件：根據(jù)故障之間部邏輯關(guān)系，可以將重要的可細分故障列為中間事件，主要包括：輸入故障、輸出故障、門驅(qū)動電機回路故障等；

3）確定底事件：導致各個中間事件以及頂事件發(fā)生的故障因素列為底事件。

基于上述分析過程，可以建立列車車門系統(tǒng)的故障樹模型。通過故障樹可以清晰地看出個故障的邏輯關(guān)系，這對于列車車門故障分析具有重要的指導意義，便于為車門控制系統(tǒng)維護和管理。

6 結(jié)語

論文對地鐵門控系統(tǒng)的故障分析及故障樹的建立進行了介紹。首先介紹了地鐵門控系統(tǒng)，然后研究了故障樹的相關(guān)理論、建立步驟，對地鐵門控系統(tǒng)進行建模，為地鐵列車車門系統(tǒng)故障診斷提供理論積累，具有一定的工程應用價值。也可以對該故障診斷系統(tǒng)以及診斷方法進行擴展，用于列車上各種設備、模塊的診斷和分析，這對于列車的維保工作也是一種支持和發(fā)展。

【1】楊穎,李駿,彭冬良,等.地鐵列車車門系統(tǒng)故障分析及診斷方法[J].電力機車與城軌車輛，2014(6):21-23.

【2】徐霖.城軌列車客室車門系統(tǒng)故障診斷方法研究[D].北京：北京交通大學，2015.

Study on Fault Tree Diagnosis Method of Metro Gating System

ZHANG Yi-nong
(Tianjin Railway Technical and Vocational College,Tianjin 300240,China)

The train door system is taken as the study object in this paper.It focuses on the theoretical research into the internal structure, working principle,operation and fault mode of the gating system.The qualitative and quantitative analysis is made on the train door system.The problems are embodied,and the fault tree is set up.According to the importance degree of the base event in the fault tree,the system reliability of the gating system is evaluated.It provides theoretical accumulation for fault diagnosis of the train door system,and has certain engineering application value.

gating system;fault tree；fault diagnosis

U279.3

A

1007-9467（2016）11-0072-02

2016-09-15

張亦農(nóng)（1987～），女，天津人，講師，從事城軌車輛技術(shù)專業(yè)教學與研究。