南京地铁十号线受电弓图标打叉现象模拟和逻辑分析

徐梅

摘 要：南京地铁十号线开通运营初期，发生多起升降弓时受电弓图标打叉现象，故障随后消失，受电弓图标恢复正常。通过多次查找模拟，确认非设备故障导致，由此进一步开展对受电弓升降操作中相关指令状态的监测，并判断出受电弓图标打叉的原因。

关键词：控制;硬线;逻辑;受电弓指令

中图分类号：U264.34 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）04-028-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.014

南京地铁十号线开通运营初期，发生多起DDU（司机显示单元）上受电弓图标打叉现象，同时报“受电弓指令故障”。查看故障记录，故障指向“no position（无位置信号或位置信号不明）”。接报故障来源多来自库内检修作业和司机检车。该故障一般在操作电动升降弓时产生，受电弓到位后受电弓图标可恢复正常且受电弓功能正常。排查受电弓控制线路，包含升降弓控制开关、二极管、端子排及连接器均无异常，对调升降弓继电器、受电弓电控盒以及电动降弓机构后也未出现现象转移。该故障现象出现列车位置随机，具有偶发性和共性特性，通过初步排查可排除硬线和设备故障。

1 模拟故障现象

受电弓图标打叉现象一般出现在操作升降弓控制开关时报出，尤其是在多次操作受电弓控制开关的情况下。考虑到保护辅助设备，不造成辅助设备频繁预充电故障，测试间隔30s操作一次受电弓，控制开关测试升降弓，在测试过程中未出现受电弓图标打叉现象[1]。

为避免辅助频繁预充电，切断接触网高压供电。缩减间隔时间测试，间隔大约10s左右操作一次受电弓控制开关，偶发性出现受电弓图标打叉现象。后在极快速度下，大约控制在间隔6s左右操作受电弓控制开关时，受电弓图标未出现打叉现象。通过测试多列列车，发现十号线列车均有在一定时间内连续操作受电弓控制开关会出现受电弓图标打叉现象。

2 监测受电弓指令状态

通过加载MPU（TCMS主处理单元）图形，设定故障条件触发记录受电弓各相关指令及状态。库内操作受电弓控制开关测试，当检测到受电弓状态为“no position（无位置信号或位置信号不明）”时，触发图形记录，如图1所示。

受电弓位置不明故障或受电弓无位置信号故障（no position）的逻辑判断条件为：

受电弓不在高位（LI_PANiHighSwitch = 0）;

受电弓不在低位（LI_PANiLowSwitch = 0）;

受电弓位置信号有效;

受电弓不在升弓动作状态（VB_<PANi>Raising = 0）;

受电弓不在降弓动作状态 （VB_<PANi>Raising = 0）。

图1为模拟受电弓2故障时，受电弓2“no position（受电弓无位置信号）”条件触发后所记录的一定时间内相关变量状态图形。当前为司机室1激活，从图中分析按照时序排列各变量状态如下：

①如图2所示，受电弓控制开关位于“升双弓”位，顺时针旋转受电弓控制开关，在切换到“降双弓”位的过程中经过“升后弓”位，所以受电弓2产生短暂的升弓指令LLPTL高电平（上升沿）脉冲;

②受电弓2的升弓指令RLPTL（上升沿）触发VB_PANiraising（升弓动作变量），产生一个恒定的15s的高电平脉冲信号;

③受电弓控制开关切换至“降双弓”位时，受电弓2产生降弓指令LLPTL高电平信号，受电弓开始升起动作;

④受电弓2的升弓指令LLPTL（上升沿）触发VB_PANilowering（降弓动作变量），产生一个恒定的15s的高电平脉冲信号;

⑤受电弓2降弓到位，产生受电弓低位信号;

⑥旋转受电弓控制开关，切换至“升双弓”位，经过“升前弓”位时受电弓2产生降弓指令LLPTL高电平（上升沿）脉冲，此时④的降弓动作变量仍在恒定的15s高电平脉冲内未结束，所以不会产生新的VB_PANilowering高电平脉冲;

⑦受电弓控制开关切换至“升双弓”位，收到升弓指令后，受电弓2实施升弓动作，此时②的升弓动作变量仍在恒定的15s高电平脉冲内未结束，所以不会产生新的VB_PANiraising高电平脉冲，同时受电弓2离开低位，失去低位信号;

⑧VB_PANiraising（升弓动作变量）的15s恒定高电平脉冲结束;

⑨VB_PANilowering（降弓动作变量）的15s恒定高电平脉冲结束;

⑩此时，受电弓处于升弓动作（无高位信号和低位信号），且无VB_PANilowering（降弓动作变量）和VB_PANiraising（升弓动作变量），所以受电弓2无位置信号，该状态维持1s后触发故障“no position”，此时受电弓图标打叉;

⑪受电弓2升弓到位后，收到受电弓高位信号，“no position”信号自行消失，故障现象复位。

3 分析受电弓圖标打叉原因

十号线受电弓电动升降通过4条硬线控制，如图2所示，分别给出前后弓的升降指令，TCMS（列车控制管理系统）的降弓动作变量VB_PANilowering和升弓动作变量VB_PANiraising，在分别得到降弓和升弓指令（上升沿）时触发恒定15s的高电平脉冲。如在15s以内再次操作受电弓控制开关，给出新的升降弓指令的情况下不会产生新的VB_PANilowering和VB_PANiraising高电平脉冲。从图1分析，设定15s恒定的高电平脉冲是不符合实际情况的，升降弓动作实际不需要15s时间。如设计要求操作升降弓必须间隔15s（待升降弓活动变量的恒定15s高电平脉冲结束后），那么完全可以避免受电弓报“no position”假故障[2]。

对比南京地铁一号线第二种车型NJ01-2，受电弓“no position”故障的逻辑定义有所不同，NJ01-2受电弓位置不明故障或受电弓无位置信号故障（no position）的逻辑判断条件为：

无升弓指令（VB_PAN<i>RaiseOrd = 0）;

无降弓指令（VB_HVS_PANiLowerOrd = 0）;

无高位信号（LI_PANiHighSwitch = 0）;

无低位信号（LI_PANiLowSwitch = 0）;

受电弓位置有效;

受电弓控制开关不在救援模式（VB_HVS_Rescue = 0）;

降弓列车线模式未激活（VB_HVS_LowPan = 0）。

与十号线车型的区别主要在于无位置（no position）逻辑判断条件中，十号线结合了受电弓升弓动作变量和降弓动作变量判断，而NJ01-2车型结合了升降弓指令判断。一般来说，升降弓指令一直存在，所以不会出现类似十号线列车受电弓无位置（no position）假故障。

4 结语

由于受電弓网络信号逻辑和受电弓实际动作时间不匹配，导致升降弓操作后在一定时间间隔再次操作升降弓会导致DDU报受电弓图标打叉，报受电弓无位置故障。这种逻辑上的不匹配并不会对列车造成损害，也不会影响列车正常运营。

从目前的逻辑判断条件下，有2种情况下不会报出受电弓无位置（no position）假故障：第一，至少间隔15s后再次操作受电弓控制开关进行升降弓操作，此时上一次产生的受电弓升降弓动作变量的15s恒定高电平脉冲已结束，不影响下一次操作;第二，在极快的情况下操作，结合受电弓升降动作时间，经多次测试大约在间隔小于10s的情况下，再次操作受电弓控制开关进行升降弓操作。此时，第二次升降弓动作在上一次产生的受电弓升降弓活动变量15s恒定高电平脉冲以内完成，受电弓能及时收到高位或低位位置信号，那么受电弓同样不会报出无位置（no position）假故障。

但从保护车辆辅助供电设备考虑，为避免辅助高压端设备短时频繁预充电，建议至少间隔15s操作电动升降弓，并且禁止带高压频繁升降弓，可以完全避免报出受电弓无位置（no position）假故障[3]。

参考文献

[1] 林宝锋，夏益韬.一种基于TCMS系统的受电弓升降自动控制策略[J].铁道机车车辆，2021，41（1）：23-25.

[2] 白金花.受电弓可靠性分析与研究[J].机械研究与应用，2021，34（1）：36-38.

[3] 牟文博.地铁车辆辅助逆变器工作原理及典型故障分析[J].轨道交通装备与技术，2020（2）：56-58.