摘要：深圳地铁9号线车载信号系统加速计故障导致VOBC单机宕机失去冗余功能，对加速计的安装、接线工艺等进行专项整治后故障消除。本文将分析加速计故障的处理方法，使该故障发生概率将至最低。
关键词：伺服式加速计；表决不一致；故障处理
Analysis and research of on-board accelerometer fault on Shenzhen Line 9
Lin run kai
（Operation Division，Shenzhen metro Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）
Abstract：The accelerometer failure of the on-board signal system of Shenzhen Metro Line 9 resulted in the outline of VOBC.The installation and wiring process of the accelerometer were specially rectified and the fault was eliminated.This paper will analyze the treatment of accelerometer fault，so that the probability of the fault will be minimized.
Key words：Servo accelerometer，voting mismatch，Fault processing
0 引言
深圳地铁9号线开通运营以来，信号车载系统在线上出现过37次加速计故障，导致VOBC单机宕机失去冗余功能，后续可能产生VOBC主备切换后冲标、ATP/ATO模式无效等次生故障。造成加速计故障的原因有多种，本文将分析加速计原理，研究加速计故障处理方法，梳理故障处理流程，使该故障发生概率将至最低。
1 加速计概述
1.1 加速计简介
加速计，又称加速度传感器，是一种通过传感元件监测质量块受加速度影响产生形变或位移，经外围电路将其转换为电信号方式的输出，使外部系统获得加速度数值的设备。目前已在汽车安全、智能产品、轨道交通等众多领域都得到广泛的应用。
1.2 加速计分类
加速计按传感元件分类：电容式、电感式、压阻式和压电式等。
加速计按质量块的位移方式分类：线性（检测质量作线位移）和摆式（检测质量作线位移）。
加速计按外围电路的组成形式分类：开环式和闭环式（伺服式）。
加速计按输入轴数量分类：单轴、双轴和三轴。
1.3 加速计在轨道交通领域的应用
轨道交通领域加速计主要用于列车速度补偿、列车舒适度控制、电梯速度控制等方面。深圳地铁9号线车载信号系统采用法国Sensorex公司的SX41200系列加速计，通过2个加速计互相校核获得可信的加速度，可以列车速度进行补偿，检测车轮打滑。
图1 SX41200系列加速计
2 加速计的原理
2.1 伺服式加速计内部构造
如图2，上半部分为外围电路，包含伺服放大电路和检测电路，下半部分由充满阻尼液体的圆柱腔体封装，包含质量块、弹性支撑（可沿着敏感轴方向摆动）、传感元件。
图2 加速计内部结构 图3 单轴伺服式加速计的原理
2.2 加速计的工作原理
伺服式加速计是一种采用了负反馈工作原理的加速计，亦称“力平衡加速计”，它是一种闭环系统。
SX41200系列加速计是一种单轴伺服式加速计，同时能测加速度或倾角。如图3，当加速计整体沿着敏感轴方向作加、减速运动或倾斜时，质量块受力沿着敏感轴方向摆动，偏离平衡位置，光学位移传感器检测出该偏移量，并把与此位移量成正比的电压信号输入到伺服放大电路中。经放大后的电流i经过电磁线圈时，电磁线圈产生相应比例的电磁力，迫使质量块回到平衡位置。电流i与质量块所受加速度成正比，电流i通过负载电阻后的输出电压与质量块所受加速度成正比。
由于伺服式加速计满量程非线性特性<0.05%，故可认为电流或电压与加速度值为线性正比。SX41200系列加速计参数对轴向加速度灵敏度为0.005g/g，大概约0.049m/s^2
2.3 加速计的工作状态
单轴伺服式加速计从上电到稳定输出的工作状态可分为3种状态：非工作状态、上电过程状态和稳定输出状态。
非工作状态：当加速度计未通电时，质量块不受电磁力束缚，受重力影响可能沿着敏感轴向朝前倾或朝后仰。
上电过程状态：当加速度计上电瞬间，伺服电路开始得电，质量块开始受力，但尚未回归平衡位置。
稳定输出状态：当加速计获得稳态供电后，质量块回归到平衡位置，外围电路处于稳定输出状态。
在非工作状态和上电过程状态，由于质量块没有回归平衡位置，一旦此时受到外界振动冲击或上电瞬间大电流冲击的影响，输出电压容易产生变化。因此，加速度计在非工作状态及上电过程中，容易发生故障。
2.4 加速计的数据流
深圳地铁9号线车载信号系统采用2个加速计互相校核获得可信的加速度，最终用于列车速度控制。加速计由PPU-VIM3板卡提供15V电源。数据流向为：2个加速计将加速度测量值转换为电压信号发送至PPU（外围处理单元），PPU转换为数字信号（十六进制）通过CAN总线发送至MPU（主处理单元），MPU交叉比较2个加速度数字信号是否符合范围，若符合，用于列车速度控制，如图4。
图4 加速计数据流
3 加速计的安装调试要求
3.1 安装要求
加速计安装于VOBC机柜旁一块刚性母板上，要求加速计安装处于水平面上，敏感轴方向为列车前进方向。2个加速计的轴线必须在同一条直线上且平行于列车前进方向，如图5。
图5 置于水平基准板上的加速计
3.2 静态调试要求
3.2.1沿着列车前进方向加速计读数0200±8（十六进制）。
3.2.2沿着列车前进方向利用13.5度斜块测得02B9±8（十六进制）。
3.2.3沿着列车前进方向利用-13.5度斜块测得0144±8（十六进制）。
3.2.4垂直列车前进方向加速计读数0200±8（十六进制）。
则可认为该加速计已置于水平面，可以正确测量列车前进方向上的加速度。
4 加速计故障原因分类
4.1 加速计常见报警发生频率统计
4.1.1 持续的加速表决不匹配，代码2810，库内累计564件，月均28.2件；线上累计35件，月均1.75件。库内频繁，线上频率偶发，规律如表1。此类无明确故障点，根据维护手册处理后仍然无效。线上
4.1.2 加速度计供电测试检测到故障（5V通讯供电A/B检测到故障），代码：1012、1013，累计70件，月均3.25件。频率偶发，明确故障点，根据维护手册更换VIM3板卡后恢复。
4.1.3 加速度计供电测试检测到故障（15V供电A/B检测到故障），代码：1010、1011，累计15件，月均0.75件。频率偶发，明确故障点，根据维护手册更换VIM3板卡后恢复。
表1 持续的加速表决不匹配库内线上分布规律
4.2 持续的加速表决不匹配原因分析
VOBC软件定义：2个加速计测量的差值必须＜0.25m/s^2范围内，若持续3个周期超出0.25m/s^2范围，则报“持续的加速表决不匹配”故障。
4.2.1 若某个加速计安装不水平，或安装不稳固受震动产生永久倾斜，达到一定程度，则“持续的加速表决不匹配”。
4.2.2 若加速计安装水平的情况下，某个加速计性能下降，输出电压与加速度不再呈线性关系，达到一定程度，则“持续的加速表决不匹配”。
4.2.3 若加速计安装水平的情况下，加速计供电或通信线缆接触不良或线缆接头脱落，则“持续的加速表决不匹配”。
5 加速计故障处理方法
5.1 加速计故障对运营产生的影响
5.1.1 VOBC单机加速计故障，失去冗余保护，在库内/转换轨/折返线/站台停车时发生，故障对行车不造成影响。
5.1.2 VOBC单机加速计故障，失去冗余保护，若在正线列车处于牵引制动转换、对标过程中发生，可能产生超速紧制、越出停车标1-2米、轨道关闭等次生故障。
5.1.3 两端VOBC重启时，TC1端VOBC单机加速计故障，TC2端由于软件缺陷不能表决主用，导致列车ATO/ATP/RM无法动车，存在严重安全隐患。
5.1.4 VOBC单机加速计故障，失去冗余保护，系统已完成主备切换，但司机误操作导致故障端由备用转为主用，列车ATO/ATP/RM无法动车，存在严重安全隐患。
5.1.5 双套VOBC同时出现“持续的加速表决不匹配”，列车ATO/ATP/RM无法动车，存在严重安全隐患。
5.2加速计故障处理原则
5.2.1优先处理对运营影响大的故障，优先处理“持续的加速表决不匹配”故障，
5.2.2库内凌晨4点筛选“持续的加速表决不匹配”等单机宕机故障列车及时重启列车。
5.3加速计故障处理流程
以下流程图（如图6）涉及加速计常见的“持续的加速表决不匹配”故障，涉及线缆松脱、加速计调水平、加速计自身故障、线缆接头施工工艺，可以消除加速计故障占比最高的故障类型。
图6 加速计故障处理流程
6 结束语
经过2年的努力，通过对加速计原理分析，在无文本支撑的情况下，不间断地摸索故障处理方法及工班的检修故障修双层防护下，于2018年8月8日梳理完成了加速表决不匹配故障处理流程图，故障也在2018年7、8月份得到有效抑制。但加速计故障还有部分为加速计内部性能下降，对此技术管理层面要进一步完善工艺卡，争取通过状态修，维持加速计性能，将加速计故障消灭于未然。
参考文献：
[1]Sensorex® Single axis servo-inclinometer/ accelerometer SX41200 法国
[2]杨平安.伺服式加速度计原理与性能分析.中国
[3]上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司®.深圳9号线VOBC维护手册 [Z].上海，2015.
[4]上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司®.深圳9号线系统设计概要.[Z].上海，2015.
论文作者:林瑞恺
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：故障论文; 加速度论文; 列车论文; 状态论文; 加速度计论文; 不匹配论文; 质量论文; 《电力设备》2019年第5期论文;