CR400AF型动车组车门控制系统与安全性

CR400AF型动车组车门控制系统与安全性

袁飞

身份证号码：340302198107081212

摘要：CR400AF是中国标准的高铁，于2017投产，运营速度为350km/h，整列车为4拖4动，CR400AF在CRH1/3/5、CRH380B/L等型号基础上，经过十多年的运行检验，其联网的可靠性已经得到十多年的实践检验。本文重点对CR400AF标准动车组的电子控制逻辑进行了详细的阐述，并从安全方面讨论了防挤压门、速度控制、应急开门、门分离等几个方面的内容。

关键词：车门控制；塞拉门；障碍检测

引言

与CRH380A系列相比，CR400AF标准列车上使用的塞拉门具有更高的安全性和更低的控制难度。CR400AF由电动机带动，并具备防挤伤探测能力，把副压板由向外加压变为向内加压，从而有效地克服了下雨时车门渗水的难题。在开启车门之前，闸门必须先释放，以降低错误率，提高安全。门闸系统隶属于MVB总线，它是一个全列车联网的子系统。

1、CR400AF网络控制系统结构

1.1列车级网络

WTB总线具有很长的传送范围，在860米的范围内可以传送1兆比特/秒，但是它最多可以支持32个总线，所以它只适用于车载层的网络，但是车载层的网络装置很多，所以并不适用。CR400AF的无线通信网络采用母线形式，见图1.TC01和TC08两个出入口，互相备用。在DB9接口中，各接口为屏蔽对绞，DB9接口只有针脚1和针脚2。每个网关都规定两条DB9接口邻接相连构成线路A，其他两条DB9接口相连构成线路B，这两条线路A和B相互冗余。

图1列车级网络拓扑结构

1.2车辆级网络

车载网络采用MVB。MVB总线的传送时间不超过1毫秒，传送速度为1.5兆比特/秒，可以使用三种不同的实体传送媒体：电短程ESD(electronic短程ESD)(RS-485收发机）、电子中距离EMD(Electric中程EMD)（屏蔽双绞线）和光纤（fiber）。ESD的最大间距为20m,EMD的最大间距为200m，光缆长度为2000m，但是需要采用点对点的方式。MVB最多支持4095台终端，能够参加信息传输的256台，所以在车载网络上，MVB是比较合适的选择，而在通信距离方面，则选择了EMD媒体。MVB使用的是EMD媒体，每个总线上最多只能支援32台装置，所以要把各个分区连接起来，有些地方还必须使用中继站。该方案将CR400AF的整体网络化划分成2个网元，各网元4个。这两个网元构成了一个总线式的MVB网络，见图2。MVB总线的实体层是DB9，使用了针脚1,2,4的屏蔽对，5个冗余的对将，各MVB装置的2个DB9接口分别与该总线上的邻近装置相连，该总线的一端与一个网关相连，而该节点的一端与一个节点相连，而该节点的一个接口则与一个端子相连。列车内部相距遥远的装置通过转发器相连。MVB网中以CCU为服务中心，它是MVB网中的主要装置，每一辆车都有两个CCU（多余），当列车行驶时，在全网中只有一个CCU作为MVB主机，而CCU则通过MVB与母网相连。

图2车辆级网络拓扑结构

1.3以太环网

以太网络实现了对某些车辆装置的数据传送，其中TC01和TC08两台主干开关（冗余）和一节车辆的编联网开关，构成了一种环状的拓扑，见图3。上行线01-02、04-06-08、下行线08-07、05-03-01，机车末端干线开关预留接口，以实现并联。以太环网络中的M12接口作为其物理层，并使用5e级4芯的双绞线进行互连。网关，控制单元，TCU、BCU和其它设备通过M12的端口与各个车辆的Ethernet交换机进行点对点的联接，而该骨干网的Ethernet交换机又与WTD(RadioTransportDevice,WTD）相连，向各个单元发送列车状态信息和故障记录事件等。该系统使用了TCP/IP通讯方式，全网为100BaseT型以太网.

图3以太环网拓扑结构

2、门控系统网络拓扑结构

作为列车控制系统中的一个子系统，车门控制系统以其作为控制节点，通过MVB总线和CCU进行通信。闸门系统同时也是ETB网路上的节点，用以纪录闸装置的运作数据。车门控制系统的车载层网络结构见图4，该车门控制装置通过CAN总线与3个从车门（1,8,5,1个从车门）通信。

图4门控系统车辆级网络结构

3、门控系统电气控制逻辑

塞拉门采用电控电动单扇式车门，电控气压式压力封口，闸门的控制功能包括开门和关门。

3.1开门电气逻辑

打开逻辑见下图5，以右边的门为例，在打开门之前必须首先操纵释放键，继电器才能通电；打开车门时，按下开门键即可启动。当进入主控系统，速度小于5公里的时候，按下释放键就会得电，得电之后，控制和释放按钮就会被锁死，这时，除集中控制开启按键能够开启车门之外，本车开启按键也能够开启车门，关闭开关继电器充电之后，解除继电器失电。在开启车门时，按钮灯会熄灭，而关闭按键则会点亮。在开启位置时，不设定冲程开关，依据马达所输入的脉冲数目来判定车门是否开启。

图5开门电气逻辑图

3.2车门关闭电气逻辑

整个封闭的门的动作见图6，当关门按键被按压时，关门动作启动，当关门达到98%的时候，主锁定位置的行程开关S1被封闭，并且门的主锁锁定柱被锁定，门的主锁被锁定在第一个位置上。持续关闭位置，关闭位置移动开关S4关闭。随后进行挤压操作，在挤压门之后，挤压运动开关S5关闭，门锁定被主锁锁定，门被锁住，第二次开启主锁定。门闭合电路的电路原理见图7，仍然是右边的例子。当车门打开时，打开车门的按键灯光熄灭，关闭按键的灯光也随之熄灭。按下关右侧的门按键，右侧的门得电，门就会自动闭合。在一般状态下，在S1和S4相继闭合之后，在闭合位置中，保护装置将获得电。当门打开位置时，局部关闭按键也可以操纵关闭局部门，但是关闭右侧的门继电器将不能得电，也就是说，解除保护继电器不会断电。该关闭位置继电器设有一个后备的电回路，当该门发生了故障，要求该门的位置被拨至绝缘位置（关闭），当该门的S4或者S5被关闭时，该关闭位置的继电器可以被接通。当所有的门上的关闭位置继电器都处于通电状态时，该继电器常开串联构成了一个门的安全回路，当该门的安全环形钮被拨至一个普通位置时，该门就会被完全地闭合。

图6车门关闭过程图

图7车门关闭电气逻辑图

结束语

CR400AF的防挤故障检测、速度可控、应急开门等特性，能够有效地保障乘员及车门机构的安全，可为今后速度在160km/h、250km/h的生产设计及检修等工作提供借鉴。

参考文献：

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[2]张晓晋.高速动车组列车网络控制系统与车门子系统接口功能分析[J].铁道机车车辆,2019,39(4):21-25.

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[4]郭凯.基于MVB的高速动车组车门控制系统的研究[D].江西:华东交通大学,2019

作者简介：袁飞（1981.07-）；性别：男；民族：汉；籍贯：安徽蚌埠；学历：本科 职称：技师，现单位：中国铁路上海局集团公司合肥机务段动车运用车间驻武汉高速铁路职业技能训练段驻段培训师，研究方向：复兴号牵引传动系统