北京市地铁运营有限公司运营三分公司张文秀
摘要：文章主要对北京地铁2号线电动客车司控器的制作原理、构造进行了介绍，分析了司控器的故障问题，并提出了相应的改进措施，为电动客车司控器故障问题的改进提供了一定的参考依据。
关键词：地铁2号线；电动客车；司控器；故障问题；改进措施北京地铁2号线电动客车属于电动车辆更新及购置工程，是北京市地铁消隐改造项目之一，2008年车辆交付使用。电动客车使用的司控器是KRD88型控制器，当在低制动级位时，司控器输出电压值异常，从而导致车辆在运行过程中出现车辆快速制动故障。
一、司控器简介（一）司控器控制原理司控器手柄用于控制列车的牵引/制动指令，司机操纵司控器后，由安装在司控器内，与司控手柄机械连接的电位计，提供基于司控手柄位置的可变输出电压，即操纵司控手柄手柄改变其电位计的接触点，从而改变输出电压。同时电位计的输出电压与TMS（列车信息管理系统）的输入端相连接，其输出电压大小决定了牵引/制动指令的大小。（参见图1及表1所示）。
TMS（TrainManagementSystem）是一种列车信息管理系统，该系统能够将DKZ16型电动客车设备信息进行采集，并时时显示出来，并传输给车辆牵引、制动系统。司控器中有两对电位计，即电位计输出1和输出2共两路输出，分别传输给CCU。司机通过操作司控器，司控器输出指令参考值信号特性见图3。将输出指令参考值信号（0.23V—9.97V）传送给TMS。
如两项电位计输出电压相差值较大会报5017故障，5017故障代码解释为——来自M/C的PB请求不对称（来自司控器CPU1和CPU2之间PB请求的不同处为大于2V），正常情况下的波形不能低至0V，即使给出紧急制动指令输出电压也应该为0.23V左右。为保车辆安全，其输出电压值将不再随司控器的位置改变比例相应变化，车辆将输出快速制动力，同时车辆将报出故障。TMS-司控器的控制线路图见图2。
图2TMS-司控器控制线路图列车中央控制单元CCU将牵引、制动指令进行传输，采用列车网络控制方式，实现电动客车指令的传输。司控器内部电位计输出的信号通过A/D电路转换、计数后转换为模拟信号后输出给列车中央控制单元CCU，其输出电压的大小决定了牵引/制动指令的大小。电位计输出处理系统概要见图3。
图3电位计输出处理系统概要（二）司控器内部电位计结构分析司控器是由安装在司控器内与司控器手柄机械连接的电位计组成，司控器电位计内部是相对旋转轴的线圈电阻，CCU为电极两端提供DC15V电压，通过可动电极的电压输出来反映司控器的级位改变。即操纵司控器手柄，手柄位置改变，导致内部电位计接触点改变，从而输出可变电压。
将电位计拆开经检测发现，电位计内的电刷与电阻线圈虚接造成电位计在某点上会出现断点，输出电压为0V，两个点位计中其中一个电位计突然输出电压0V，制动二级输出电压最小值为3.85V，CPU1和CPU2之间的输出指令差值大于2V，致使车辆输出快速制动指令。（电位计内部结构如图4所示）。
图4电位计内部结构图二、司控器存在的问题及改进措施（一）车辆故障重现司机报在手动驾驶模式下给制动某个级位时（一般故障发生在制动二级至四级区域内），车辆起快速制动。此时操纵司控器手柄缓解制动后，故障会消失。
（二）故障产生的直接原因与逻辑分析通过调取电动客车运行记录，分析后发现司控器输出指令在正常操作的过程中出现一个明显降至0V的下降沿，见图5。
司控器正常输出电压值应为0.23-9.77V，正常情况下的波形应不能低至0V，即使给出紧急制动指令输出电压值也应该为0.3V左右。此时TMS系统报出代码为5017故障——来自M/C的PB请求不对称（来自司控器CPU1和CPU2之间PB请求的不同处为大于2V）的故障和代码为5013故障——来自M/C的PB指令和请求不对称（输入不对称）的故障。
图5ER显示司控器故障（三）地面试验为了进一步研究司控器输出电压下降沿问题，通过示波器对司控器电位计瞬间性变动进行波形跟踪。手动操控司控器各级位，经过数分钟试验后发现以下电位计输出电压波形异常，见图6即发生瞬间性的0Ｖ下降沿。
图6通过示波器检测到电位计输出瞬间0Ｖ下降沿（四）改进方案因电位计本身内部结构限制，电位计采取的是旋转接触子，通过动作调整接触状态而决定输出值的构造，要全部消除瞬间性的OV下降，很难从电位计硬件上进行改进。为了确保车辆司控器的稳定输出，决定通过CCU采集信号进行改进。
（五）波形图分析通过示波器检测司控器电位计CH1输出在游标1/2之间输出电压降至0V，时间间隔为Δt=90.00ms。见图7。
图7司控器电位计在90ms期间电压降至0V通过以上示波器波形分析得出：司机在操纵司控器过程中，电位计输出接近2V时，会在90ms左右时输出不稳定，电压降至0V，从而造成车辆故障。通过对司控器电位器输出情况进行重点监控，能够对输出记录数据予以关注，最终能够准确的判断出在90ms左右电压容易降至0V，将在此处进行软件改造。
（六）改进措施由于软件设计原理为TMS检测到电位计输出采样一次在最大制动的范围（0.8V~1.3V）时，立即进行快速制动指令输出。
由于TMS控制指令制作处理在20ms周期内，现将其更改为连续3次（50ms*3=150ms）检测0.8V~1.3V时，即160ms连续检测0.8V~1.3V时，输出快速制动指令给列车。通过图8可以看出，在50ms和150ms之间司控器输出0V时，TMS采样值并没有检测到，所以列车不会输出快速制动指令，即可以通过软件改进避免了司控器电位计动作不稳定的弊端，从而保证了列车稳定运行。
原程序：（1）电位计输出每50ms读入。（2）司控器电压的采样即使1次在0.8V~1.3V，输出最大制动指令。
改善后程序：（1）电位计输出每50ms读入。（2）如果连续3次在0.8V~1.3V，输出最大制动指令。
程序更新后，重新测量列车减速度平均值为1.28m/S2，与原程序车辆减速度1.2m/S2几乎没有差异，完全满足车辆安全性能。
图8更改后的TMS检测三、结束语由于轨道交通车辆的牵引控制模式各不相同，文中调查分析的只是用与日本三菱公司在北京地铁2号线电动客车。为此，其他轨道交通车辆牵引控制模式还应根据各自的控制模式，专门立项进行分析。按照“安全第一，预防为主”的指导思想，对电动客车出现的故障抓小防大，及时消除车辆隐患，使电动客车能够稳定运行。
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