天津地铁截止2019年已开通了1、2、3、5、6、9号线, 形成了地铁网络。但随之而来的是每条线路车型不同, 生产厂商不同导致的车辆设备差异加大。其中门控器表现的尤为突出, 每条线路门控器的稳定性也大不相同。因此, 结合各条线路门控器故障点的分布特性和每条线路门控器的故障率, 总结出门控器的设计优点以及元件性能稳定的原因, 对提高门控器稳定性有非常重要的作用。
天津地铁现有的门控器主要分为两种类型, 1、3、6号线的门控器和2号线门控器。门控器导致的主要车门故障现象包括:车门3S未打开、车门未关闭、TMS显示未知、防挤压力有效值超过150N、关门力过小, 车门安全回路断开、车门无法正常开关、门控器内部短路等。这些故障会造成列车下线、晚点、清客等影响。
1、3、6号线的门控器如图1所示, 1号线门控器型号最老, 6号线门控器型号最新。1号线老门控器故障每年大约30起, 1号线新型门控器故障每年大约10起, 3号线门控器故障每年大约5起, 6号线门控器每年大约3起。因此, 随着门控器型号的更新, 门控器故障率明显降低。2号线门控器如图2所示, 每年门控器故障大约30起。两种门控器都包括电源供电、信号输入、控制电路、通信电路、输出指示灯电路、电机驱动电路六个部分, 但每个部分都各有特色。下面我将根据不同型号门控器的故障特点, 分析门控器设计的优缺点, 从而找出门控器设计的最优方案。
电源模块:天津地铁最先建造的1号线车辆门控器电源模块型号多样, 未统一品牌, 导致运行7年以后部分门控器电压不稳故障频繁, 之后通过更换电源模块降低了故障率, 但电压不稳对下口元器件产生的伤害无法弥补, 导致更换电源模块后部分门控器故障仍频繁。因此, 后续车辆的门控器要求进行型式试验的电路板需保留, 型式试验合格后此电路板将作为今后其它电路板验收时模板, 硬件方面要保持完全一致。并且元器件必须是被实践证明质量过硬的厂家产品。
滤波电路:天津地铁最先建造的1号线车辆门控器采用电容滤除高频干扰和低频干扰, 减少电路中的电压波动。之后生产的门控器, 采用了电容滤波的基础之上, 增加了2个高频扼流圈, 分别滤除共模干扰信号和差模干扰信号, 使门控器的抗干扰能力更强。
保护电路:天津地铁最先建造的1号线车辆门控器和2号线门控器外, 其他门控器在保护电路方面进行了改进, 采用压敏电路进行过压保护, 压敏电阻作用为泄放尖峰电压避免电源模块受到高压冲击。还采用稳压继电器, 通过继电器供电比直接供电延迟, 避免了上电电压不稳对后续电路造成冲击。
老型号门控器采用mos管搭建的逆变电路, 通过芯片驱动电路工作。新型号门控器采用新型的集成电机驱动器, 将驱动桥和驱动芯片集成到一个芯片内, 比老门控器有更强的驱动能力和耐压能力, 并增加了温度检测等功能。采用了DIP封装加散热片的安装方式, 将芯片垂直于电路板安装, 避免了将桥路产生的热量传导到主电路板上的缺点, 减少了对其他元件的温度干扰。
对于门控器通信电路主要采用RS485形式, 但近几年厂家推荐的新型门控器都是采用CAN总线, 对于门控器而言CAN总线具有数据传输率高, 具备错误检测机制通信失效率低, 网络调试简单, 后期维护成本低, 可以实现多主网络等优点。
通过上述分析, 总结出一下几点门控器优化建议:
1、后续车辆的门控器要求进行型式试验的电路板需保留, 型式试验合格后此电路板将作为今后其它电路板验收时模板, 硬件方面要保持完全一致。并且元器件必须是被实践证明质量过硬的厂家产品。
2、滤波电路要采用滤波性能强的设计方案, 如在电容滤波的基础之上, 增加高频扼流圈, 滤除共模干扰信号和差模干扰信号, 使门控器的抗干扰能力更强。
3、增加电压稳定性, 可以采用在电源模块下口设置稳压模块, 降低上口电压不稳对后续电路造成冲击。
4、对于电机驱动电路和通信电路, 要采用稳定性强、性能高的新型电路。
摘要：针对车辆门控器故障率较高问题, 对故障率较高的门控器进行重点研究, 从电路板内部结构和元件入手, 分析其故障特点, 并将其以图片讲解的形式, 直观清晰的展现出来。并在此基础上, 总结出门控器优化建议, 为地铁车辆门控器选型提供依据。
关键词：地铁车辆,门控器,设计优化
[1] 张增照.以可靠性为中心的质量设计、分析和控制[M].北京:电子工业出版社, 2010年7月.
