浅谈动车组内端门故障检测及诊断方法

浅谈动车组内端门故障检测及诊断方法

刘尧,徐绍翔,孙宇轩

 中车青岛四方机车车辆股份有限公司  山东省  青岛市  266111

摘要：高速动车组内端门的自动控制系统工作是通过控制系统调节直流电动机的正向转动或反向转动，调整电动机的速度增加或减少完成内端门的开关门动作。内端门的安全性、可靠性、密封性以及噪声性能都是影响动车组的运行的关键因素，因此对于内端门的检测及故障诊断就显得尤为重要。CRH380A(L)型动车组内端门高级检修过程中故障率较高，故障涉及内端门不动作、感应开关自感及失效。故障原因涉及电缆断线、错接、内端门门控器故障、电机故障、感应开关和隔离开关故障。本文探讨内端门故障检测及诊断方法。

关键词：动车组运行；内端门检测；故障诊断

1内端门控制要求

动车组的内端门整个运行动作主要可划分为三个阶段，分别是启动阶段、平稳运行阶段、停止阶段。在启动阶段，内端门自动控制系统需要承受内端门自身质量、传动系统摩擦等阻力，需要保持较大的扭矩值；平稳运行阶段则需主要承受外界干扰对内端门速度的影响。为了保证内端门运行速度处于一个较为理想的范围内，速度变化波动较小，对内端门进行优化控制。停止阶段主要需避免因内端门骤停造成冲击的现象，保证内端门以稳定的较低的速度运动至停止位置。为高速动车组内端门的运行全部过程，内端门的优化控制，最终要求为启动时快速、稳定、提速较快；匀速运行阶段要求速度稳定、无波动；停止阶段要求在很小的速度波动下减速较快。

2影响内端门运行状态的主要因素

（1）电源电压变化直流电动机的转动速度直接随着电源电压的变化而改变，进而影响内端门的运行速度。因此，内端门自动控制系统必须具备抵抗电源电压变化影响内端门运行速度的能力，促使内端门在启动或关闭动作时在规定的时间范围内完成。

（2）门系统传输性能差异和个体质量误差产生的机械误差根据当前生产制造技术水平提升，实现内端门流水线生产，批量化制造，因此内端门的传输结构和门板质量因加工误差造成不同，在运行过程中传动皮带逐步发生老化和传动摩擦也存在一定程度的不同，以上各种因素均会影响直流电动机的转动速度和稳定性。所以，引入优化控制算法，对外界影响因素进行不断调整，促使直流电动机能够稳态运行。对影响直流电动机稳态运行的外界因素进行逐项分析，可以认识到优化控制算法需完成的任务有以下几方面：

（1）降低电源电压变化频次，消除干扰；

（2）降低传输性能差异和个体质量误差的干扰；

（3）确保内端门能优化控制运行过程，完全按照运动三阶段进行。

3内端门故障检测与诊断

3.1内端门控制系统与故障诊断设备功能描述

内端门故障诊断设备通过采集CRH380A（L）动车组内端门工作时的输入、输出，并对数据进行详细记录，根据单片机逻辑表，对工作时输入、输出信号进行分析实现对内端门的故障检测与定位，并通过显示屏进行显示。在有故障发生的情况下，需要设计替代电路对故障信号进行替换，通过对显示屏的操作将内端门恢复正常工况。

3.2内端门工作逻辑表与功能试验

①通过情景设置给定一组输入信号（输入信号包括隔离开关，手动开关，光电开关，门挤压信号，门全开/全关信号），采集控制器输入得到输入信号实际逻辑序列，并与理论逻辑序列进行“同或”处理。如果全为逻辑“1”，说明输入信号正常。若有逻辑“0”出现，则说明输入信号中有故障出现，此时需要用替代信号代替异常输入信号。如果控制器输入信号正常，下一步需要检查控制器输出信号是否正常。将每种情景所对应的理论输出与采集来的控制器实际输出进行“同或”处理，若结果为逻辑“1”，说明输出信号正常，否则说明控制器输出异常，需要用替代信号代替异常输出信号，并检查控制器内部排线。

②因为计时器状态无法采集，需要单独对控制器中计时器状态进行诊断。由逻辑表可得，当隔离开关手动开关光电开关门挤压信号门全开门全关逻辑序列为“110010”时，计时器被触发，并计时4s后计时器状态恢复，此时输入逻辑序列应为“110000”。所以当输入出现逻辑序列“110010”时，检测设备内的单片机开始计时，4s后将实际输入逻辑序列与“110000”进行同或处理，若全为“1”，则说明计时器正常，否则可以认为计时器出现故障。

4内端门故障诊断

首先对内端门系统初始化处理，在门已经被完全打开后让人离开并维持4s以上，检测流程为：

①判断内端门控制器输入输出信号是否正确对照表1的逻辑顺序，当人离开后，门保持打开，此时输入信号的理论逻辑序列为“110010”，4s后，内端门应该关闭，此时输入信号理论逻辑序列为“110000”。若实测逻辑序列经“同或”后与上述描述相符，说明输入信号正常，否则说明输入信号异常，需要对异常输入信号进行替换。如果输入信号正常，则需要继续检测控制器输出信号。在人走后（4s）内控制器理论输出为“0”，4s后，输出应为“1”，如果实际输出与之相符，则说明控制器输出正常，否则故障发生在控制器输出信号中，需要检查控制器内部相应排线。

②判断计时器状态是否正常当隔离开关手动开关光电开关门挤压信号门全开门全关逻辑序列为“110010”时，计时器应当被触发并开始计时4s，此时检测设备也同时计时，4s后将实际逻辑序列同“110000”进行同或处理，若结果全为“1”则说明计时器正常，否则说明计时器状态出现异常。

③判断驱动电机状态如果输入输出信号均正常，则需要对驱动电机进行检测，门限位开关初始状态为“10”，控制器输出为“0”，此时门不动作，限位开关状态应当保持在“10”。4s后控制器输出为“1”，10s后检测门限位开关状态，如果为“01”，则说明驱动电机正常，否则说明驱动电机出现故障，需要对其进行维修或替换。

5内端门优化控制策略

因为动车组的运行环境和运行速度，导致内端门必须面对弓网波动、车辆振动、外界冲击等因素的干扰，为了降低以上因素的干扰，采取闭环反馈控制的方式保证内端门稳态动作。转速与电流均闭环控制的宏观调速控制主要是依靠直流电动机的转速和电流两个单独的调节器实现，使用模糊——PID混合控制算法控制转速调节，使用跟随式PI控制算法控制电流调节。当电动机的转速设定值与实际值之间的偏差值e超过设定阈值时，使用模糊控制算法，能够有效提升直流电动机的反应速度；当偏差值低于设定阈值时，使用PID控制算法，能有效降低电动机的稳态运行误差。

根据模糊—PID混合控制算法结构图可以看出，在双闭环控制系统中转速与电流使用串联方式进行控制，即转速环节的输出为电流环节的输入，因此，电流环节能依据转速的偏差调整直流电动机的中枢电流。电流环使用PID控制算法，当实际转速低于设定值时，电流调节器能够增加输入，提高给定电流值，从而提高电动机转动速度；当实际转速高于设定值时，电流调节器能够降低输入，减小给定电流值，在电流调节器的作用下减低电磁转矩，减小电动机转动速度。优化控制的核心方法即为模糊控制和PID控制。模糊控制，是通过运用模糊语言形成控制规律，协调系统正常工作。

6结语

本文以CRH380A(L)型动车组内端门为研究对象，针对传统故障诊断策略中存在的精度差，耗时长的问题，采用全新的诊断方法。首先根据内端门工作逻辑编制出逻辑表，再并根据运算结果判断当前是否出现故障以及故障出现的位置。最后，通过实践证明，本文所提方法可以较大幅度提高检测精度，降低诊断周期，取得了良好效果。

参考文献：

[1]王志.动车组内端门自动控制系统的研究[D].青岛科技大学,2018.

[2]郭礼建,刘传刚,窦同强.高速动车组电动内端门关键部件寿命研究[J].科技创新与应用,2018(09):171-172.

[3]陈振华,许立昆,葛晓明.一种结构紧凑的高速动车组内端门设计[J].现代国企研究,2016(24):159.