深圳地铁集团有限公司 广东省深圳市 518040
摘要：近年来，社会经济快速发展的同时，科学技术更新与发展的速度不断加快，在我国城市化进程步伐逐渐加快的大环境下，基础交通建设也日益完善，地铁作为城市现代化建设与发展过程中极为重要的组成部分，不仅关乎着国民经济稳定发展，同时也与人们的日常出行生活密切相关。随着人们对于交通工具的整体要求不断提高，地铁列车的运行速度与荷载能力也在不断提升，对列车的运行平稳性、制动系统等造成了一定的影响，从而产生一系列的问题。文章通过对当前地铁列车的制动系统整体构成与工作原理进行了分析，并进一步探讨了地铁列车制动系统诊断装置的设计思路与实现方法，并将其成功应用于某市地铁一号线当中，希望能够为相关从业人员提供些许借鉴。
关键词：地铁列车；制动系统；诊断装置；设计；实现
前言：地铁作为城市现代化发展过程中极为重要的交通工具，具有客流大、速度快等特点，而其行车安全性也备受社会各界的广泛关注。制动系统是用以控制列车速度或让其停止的相关装置与部件综合，是列车控制系统的核心部分，制动系统的安全性与可靠性也会对列车的行车安全产生直接的影响。因此，针对实际情况，设计出稳定性与准确性高的制动系统诊断装置是极为必要的，其能够对列车的制动系统进行有效检测与试验，提升列车安全性。针对制动诊断系统具有测试精确度要求高、响应速度快以及测试环境复杂化等特点，硬件主要包括PLC模块、高精度采集板卡以及开关电源等，并且采用Qt软件平台，进一步设计地铁列车诊断系统。该系统可进行气密性测试、压力传感器零点测试、制动缸压力测试、荷载测试、电源供电测试以及防滑测试等，且具备手动、自动选择以及历史数据分析等多项功能。
1、列车制动系统
DKZ4型地铁列车由6辆车编组而成，城市地铁轨道车辆具有运行站点距离短、制动距离短、启动速度快、停车精确度高等特点，且每一节列车装备有4台交流电机，考虑到列车本身在低速状态下，其电制动效果无法充分发挥的缺点，达不到安全要求，所以，该列车采取的制动方式为电-控混合相结合的方法，列车制动系统主要采用的是Nabtesco车控装置，各个电子控制模板集成于箱体当中，用于常用制动、紧急制动以及车轮防滑保护等方面。主要功能包含以下方面：常用制动、紧急制动、保持制动、荷载补偿、制动混合等[1]。
1.1、制动系统的组成
（1）动力制动系统：其主要是和牵引系统之间进行有效连接，并且构成主电路，并且包含再生反馈电路与制动电阻器，可以将动能制动所产生的电能消耗在制动电阻器上。
（2）空气制动系统：该制动系统主要是由供气部分与控制部分等组成，供气部分当中包含空气压缩机组与风缸等，控制部分包含紧急阀、电空比例阀与中继阀。
（3）制动控制系统：也被称之为指令与通信网络系统，其作为司机指令的主要传输通道，也是制动控制系统当中数据交换以及数据通信的总线。
1.2、制动系统控制的基本原理概述
列车司机室内控制器能够针对列车的实际运行过程，针对控制器把手位置不同，可产生多种不同的制动指令信号，如紧急制动、缓解信号等。指令通过列车控制系统输入模块采集，之后再通过总线传递到具体每一个制动控制装置中，从而实现列车的制动[2]。
2、诊断系统具体设计方案
制动诊断系统主要是以工控机为核心，并且通过数据模拟数字采集卡、PLC、继电器等，对制动系统进行检测与试验。因为列车制动系统当中有着多种不同形式的信号，如，压力、荷载以及制动级位等，因此，诊断应当具备较高的兼容性、准确性以及集成度。
2.1、诊断系统硬件
诊断系统硬件主要是由工控机、电气单元、气路单元以及带滚轮机柜等共同组成，诊断系统硬件具有检测功能、控制功能以及信息输出功能。控制功能主要由执行器件、PLC以及工控机等进行控制。检测功能包含数据采集卡、压力传感器以及温度传感器等部分。信息输出功能通过打印机完成。
整个诊断系统主要针对不同测试对象，采用制动测试控制单元领域被测对象进行有效连接，并输出不同控制信号与接收采集信号。采用CAN网络将被测对象不同板卡之间进行通信，电源板向其他板卡提供110V或24V电。可针对诊断系统的实际要求灵活拓展数据采集板卡的具体数量[3]。
2.2、诊断系统软件
（1）上位机软件在工控机上运行过程中，其主要实现人机交互，针对具体试验要求，控制制动测试控制单元自动对制动装置以及电子控制单元进行试验，并采用ETH将其发送到制动测试控制单元，之后再结合具体的标准，判断试验结果，并将其保存至数据库当中。
（2）在制动测试控制单元运行的下位机软件，其负责控制制动测试控制单元当中的I/O板卡，以及接收采集板卡数据，并由ETH发送至工控机当中，接收控制指令后发送至数字/模拟输出板卡。制动测试控制单元当中的板卡采用设计在背板中的CAN总线完成数据交换。
2.3、诊断系统具备的功能
针对DK24列车车型制动系统整体结构，可实现单车制动试验以及电子制动控制单元试验，在诊断系统上位机软件有效控制下，可完成以下试验项点[4]。
2.3.1、单车试验
单车试验过程中，可进行的试验项目基本方法为，试验车辆制动系统气路切断与其他车辆供风系统、非制动系统气路联系，且由自备风源完成供风，被试车辆制动机切断车辆供电电源，且由试验台自备供电电源进行供电。试验过程当中，制动机工作需要的控制器、制动手柄指令、各类状态信号等主要由实车系统提供，也可针对该试验具体规程，输入至制动机具体通道。可针对系统制动缸压力、总风压力、电气参数等主要参数变化状况及过程完成采集，并且根据规程对制动系统的实际工作状态进行综合评判[5]。
2.3.2、电子控制单元试验
电子控制单元试验在电子制动控制单元试验进行过程中，被测系统输入技术信号都未电信号，且都是由该系统输出与采集，在整个试验过程中，在上位机软件控制状态下，试验系统根据输出的不同类型试验需要的制动手柄、司机控制器、电制动力、各轴转速等相关电信号给制动控制单元，且对于EP阀控制指令以及系统实际状态等相关指示信号、变化过程进行实时数据采集，严格按照规定标准要求对制动机实际工作状态进行综合评判[6]。
3、结束语
地铁列车制动诊断系统在完成设计之后，对其通过现场试验的方法，对单车与制动控制单元进行测试与验证。通过对其进行现场试验，可得出诊断系统测试的稳定性会受到空压机供给系统影响比较大，因为空压机可能存在漏气的情况，这样可能会造成泄漏，导致压力试验失败，滑行试验过程中，因为试验环境比较复杂，造成通信数据延时，使得列车测试滑行试验失败，所以应当不断加强系统本身的抗干扰能力，从而不断提升诊断装置的稳定性。系统软件架构界面清晰明了、合理有序、便于操作，硬件集成度比较高，有助于灵活扩展。
参考文献：
[1]赵科，周子焱.基于地铁制动系统的测试装置研究与开发[J].自动化与仪表，2020，v.35；No.262（01）：72-76.
[2]杨丰萍，史陆星，鲍丙东，等.地铁制动控制装置测试系统的设计与实现[J].自动化与仪表，2016（2）：58-61.
[3]叶飞.基于地铁列车制动能量回馈装置的能量管理系统[J].城市轨道交通研究，2017（20）：46-50.
[4]邓文豪，肖彦君，吴茂杉.基于列车制动的超级电容型储能系统的参数设计与控制[C]// 铁科院.铁科院（北京）工程咨询有限公司，2019.（05）22-23
[5]蒋爱军，刘亮，庄国明，等.浅析地铁列车制动系统辅助控制装置[J].机电产品开发与创新，2019，v.32；No.178（05）：85-86.
[6]杨伟君，金哲.一种轨道车辆制动系统紧急制动装置及其制动方法：，CN102951173B[P].2019.（05）11-12