摘要：地铁车辆车门是开/关使用比较频繁的部分，同时也是故障频发的关键部分。如门控单元、门切除开关、行程开关、限位开关、车门丝杆扭簧和门控电机等是车门系统最容易出现故障的零件，另外，门槛异物是导致车门故障最多的原因。目前，减少车门故障的方法是定期对车门系统各部件进行维护和检修，无法从根本上解决门控单元故障的管理。本文主要对门控系统的运行情况、故障树建立等进行分析，以期对门控系统故障诊断提供帮助。
关键词：地铁车辆；门控系统；故障树；故障诊断
一、列车门控单元介绍
门控单元是地铁客室门系统的控制核心，负责控制门电机开关门运转操作、车门系统状态检测、安全保护以及各种灯光和声音提示等控制功能。一般来说，常见的车厢单侧配置有 4~5 个客室门，两侧为 8~10 个客室门，每一个客室门系统在其门体上部的空间内安装有一套主控设备，包括门控单元，电机以及其他传动和辅助部件。
门控单元为多输入多输出的控制盒（如图1 所示），外部配置有三排输入输出接口，LED 指示灯，RS232 和 RS485 通讯端口，门地址接口以及状态维护开关和电机开关。
图1 门控单元实物图
门控单元通过 3 个输入输出接口与外部电气设备相连，完成对列车客室门系统外部的电气和机械设备的控制和部分检测功能，通过 RS485 通讯端口与列车车厢内通讯总线相连，完成同车厢上端控制设备以及其他门控单元间的通讯功能。
门控单元由列车内 110V 直流电源直接供电，通过输入端口采集两类信号：列车控制信号和执行机构信号。其中，列车控制信号有：开/关门车辆控制线、零速车辆控制线；执行机构信号有：门隔离限位开关、关门限位开关、紧急装置限位开关、门位置传感器 A 与
B。门控单元的输出端口负责输出控制信号和驱动信号到对应的执行机构，包括：车门状态指示灯、车门模式指示灯、蜂鸣器以及门驱动电机。
门控单元的控制系统是由微处理器、电源单元、执行单元、存储单元、内部总线、接口单元以及通讯单元协同完成的，属于嵌入式检测控制设备。
二、地铁车门动作原理
地铁车门进行开/关门动作时，门扇在通过上滑道和下摆臂在墙体外侧移动。车门主要由门扇、车门导轨、传动组件、门机械锁闭机构、紧急解锁机构及电气控制系统等组成。车门由电子门控单元（Electronic Door Control Unit，EDCU）系统控制，通过驱动电机、齿轮箱、丝杆螺母机构、下摆臂、导轨等部件的一系列传动实现车门的开关动作。车门关闭后，锁闭系统动作，保证车门安全可靠地锁闭。车门系统通过车门锁闭行程开关S1，车门关闭行程开关S4，车门切除行程开关S2、车门紧急解锁行程开关S3实现车门的电气控制。
三、故障树分析法概述
故障树分析法起源于二十世纪六十年代，是一种典型的图形演绎法，其分析手段为由果至因，逐层分析。从总体至局部的分析系统故障产生的原因，找出容易发生故障的部分，从而实现对系统的故障诊断，是一种对系统进行风险评估和分析系统可靠性的有效方法。故障树分析具有以下特点：（1）具有很大的灵活性。故障树分析法所针对的并不是一般的系统可靠性分析，因此其分析的对象并不局限于故障系统或故障部件，而是以系统故障状态事件为分析对象，对系统出现及可能出现的各种故障状态及其内在联系（故障部件导致的系统故障）和具体成因进行探讨，综合评估。（2）故障树分析法是一种依靠图形来表述的演绎方法，其建立出来的图表模型是系统中的事件在一定条件下逻辑联系的抽象表达，而对于其模型的分析本身就是一种推理其内部逻辑联系的过程。通过对故障树模型的分析，可以针对某些故障状态作进一步的分析，找出系统中最容易发生故障的的部件和环节。（3）建立故障树模型及对故障树进行分析的过程，是对系统相关信息资料重新研究，对系统深入认知的过程。只有了解各部件之间的内在联系和各种故障状态间的逻辑联系，才能在故障树模型中将这些联系揭示出来。如果这个过程在系统设计后期完成可以在设备投放前对发现的问题进行改进或提出对应的意见建议，从而提高了系统的可靠性。（4）故障树的建立也为系统的使用者及维护人员提供了管理和维修保养的说明。一般来说，产品的实际使用者和维护人员往往不会参与到产品的设计中，而故障树模型通过图表这种浅显的方式揭示了产品系统内部相关的各种部件以及各种故障状态联系，为之后产品用户及维护人员提供了良好的培训材料。
四、故障树建立的步骤
建立故障树步骤通常分为以下 4 步：（1）收集材料；（2）选择顶事件；（3）建造故障树；（4）故障树简化。
五、地铁门控系统故障树建立
通过分析地铁日常运营中的实测数据及历史故障，并对列车门控系统故障情况进行分类整理和统计，建立故障树。地铁车门记录故障共190次，可分为12类，具体故障如表1所示。
表1 2015 年2016 年某地铁故障信息统计
通过对地铁历史故障事件和故障数据分析和研究，可以看出门控单元故障和门槛有异物是主要的故障原因。其中，以车门无法正常关闭故障为例，以列车门系统故障为目标顶事件，以车门未关到位作为中间事件，而故障模式中开/关门障碍压检测可以作为故障的成因，构成底事件，对故障树进行建模。
此外，通过故障树的建立和分析也是对系统的再认识。从地铁历史故障实验故障数据记录以及相关资料的分析中可以发现，并非所有的故障信息都是故障树的底事件，并且相当部分故障事件还存在一定的逻辑关系。
依据上文所述的步骤，对地铁门控单元建立故障树：
1）顶事件的确定：列车门控系统故障；
2）确定中间事件：根据故障之间部逻辑关系，可以将重要的可细分故障列为中间事件，主要包括：输入故障、输出故障、门驱动电机回路故障等；
3）确定底事件：导致各个中间事件以及顶事件发生的故障因素列为底事件。
基于上述分析过程，可以建立列车车门系统的故障树模型。通过故障树可以清晰地看出个故障的逻辑关系，这对于列车车门故障分析具有重要的指导意义，便于为车门控制系统维护和管理。
六、结语
以上是对地铁门控系统的故障分析及故障树的建立进行了介绍。首先介绍了地铁门控系统，然后研究了故障树的相关理论、建立步骤，对地铁门控系统进行建模，为地铁列车车门系统故障诊断提供理论积累，具有一定的工程应用价值。也可以对该故障诊断系统以及诊断方法进行扩展，用于列车上各种设备、模块的诊断和分析，这对于列车的维保工作也是一种支持和发展。
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论文作者:邓世兵
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
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