南宁轨道交通3号线PIS系统手持话筒故障原因分析及整改措施

南宁轨道交通3号线PIS系统手持话筒故障原因分析及整改措施

明洪，陈秀珍

 南宁轨道交通集团有限责任公司运营分公司，广西 南宁 530001

摘  要：现代城市轨道交通系统的运营管理越来越注重对乘客服务质量的提高，而正线运营载客中车载PIS系统故障率会直接影响到乘客运营服务质量水平。本文在深入研究南宁轨道交通3号线电客车PIS系统组成和控制原理的基础上，针对正线人工广播、司机对讲失效原因进行分析并通过现场试验，提出了优化手持话筒的具体整改措施，解决了因手持话筒故障造成人工广播、司机对讲功能失效问题，且对整改措施进行现场验证及跟踪观察，确保整改措施有效可靠。

关键词：南宁轨道交通3号线；PIS系统；人工广播；司机对讲；紧急对讲；手持话筒

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0  引言

随着中国城市化进程的不断加块及城市人口不断增加，交通拥堵问题已经成为城市发展的症结。地铁因环保、高效且能缓解城市交通压力的优点，正处于高速发展阶段，成为许多城市交通的重要组成部分。而随着城市轨道交通行业技术的不断成熟、城市经济水平的提高，城市轨道交通运营模式正由以车辆为中心向以乘客服务为中心的模式发展，乘客信息系统也就运营而生。

目前我国拥有地铁或是正在建设中的城市分别有北京、上海、南京、南宁、杭州、广州、深圳、武汉、郑州、哈尔滨、长春、天津、大连、南昌、柳州、长沙等，且南宁、天津、长沙、武汉、南京等地铁在设计中都采用了乘客信息系统。

乘客信息系统（PIS）全称Passenger Information System，是一个以人为本、以提高地铁运营服务质量为宗旨，及时向地铁乘客传递各类信息的系统。南宁轨道交通3号线乘客信息系统是依托计算机网络、通信、多媒体等技术，以计算机系统为核心，以车载终端为媒介向乘客提供音视频信息服务的综合性信息系统。与传统车载PIS模拟系统相比，具有更高的可靠性、抗干扰性、冗余性且传输数据量更大。系统主要包括OCC无线电语音广播、司机人工广播、乘客与司机的紧急对讲功能、司机室对讲、数字化语音报站等功能。

南宁轨道交通3号线电客车至试运行以来，共发生11起手持话筒故障，其中正线运营载客占5起。正线手持话筒话筒故障导致司机对讲、人工广播、紧急对讲功能失效，影响司机及时掌握列车车厢情况，降低运营服务质量。为降低系统手持话筒故障率，本文主要对故障原因进行分析并在此基础上提出相应的解决措施。

1  PIS系统组成

南宁轨道交通3号线电客车列车广播系统采用全数字形式，将音源转换为数据文件传送到广播系统中，数字化传输避免了传统音频广播的信号衰减与噪音，提供高保真音质的声音，将音频信息、控制信息等以数字化的形式通过网络传输。

系统设备由广播控制盒（含手持话筒）、司机室广播主机、客室广播主机、司机室扬声器、紧急报警器等组成，如表1所示。

表1 PIS系统配置表

该系统采用全数字网络架构方案，在司机室一端被激活的情况下，列车主干网传输采用10\100M的双以太网方式通信，在主干传输网出现故障的时，通过预留的备用音频线，完成人工广播的功能，如图1所示。

图1 系统原理图

2  人工广播、司机对讲、紧急对讲控制原理

2.1人工广播控制原理

当数字化报站功能失效或是遇到紧急情况下，司机室司机主要通过广播控制盒的手持话筒对客室进行人工广播。为提高人工广播的可靠性，人工广播传输途径分以太网线及硬线两种。

人工广播优先采用以太网进行通信，在有钥匙信号时，司机按下广播控制盒“人工广播”按键后，广播控制盒会根据广播优先级顺序向司机室广播主机申请进行人工广播，通过手持话筒将司机声音转化为电信号，经过手持话筒内部扬声器放大器放大，传输到广播控制盒后，广播控制盒将放大的电信号转化为数字音频信号，通过以太网传输到客室广播主机的功率放大器，功率放大器模块将数字音频信号转化为模拟信号，传递给客室扬声器进行播放，如图2所示。

图2 网络正常时人工广播原理图

当系统以太网通信故障中断时，可通过系统备用音频总线建立人工广播，语音通过手持话筒转化为电信号，经过放大器放大，通过音频总线传递给客室广播主机的功率放大器放大并推送至各客室扬声器，如图3所示。

图3 网络故障时人工广播原理图

2.2  司机对讲控制原理

司机对讲功能主要用于正线运营终点站时司机交接班，对讲采用全双工方式。司机按下任一端广播控制盒上“司机对讲”按键可发起司机室与司机室之间对讲，发起端司机语音经手持话筒转化为电信号，广播控制盒将电信号转化为数字音频信号，数字音频信号通过系统以太网传输至对端司机室广播控制盒，广播控制盒将数字音频信号转至模拟信号，经过司机室监听扬声器播放，如图4所示。

图4 司机对讲控制原理图

2.3  紧急对讲控制原理

当乘客按下紧急报警器上的“报警”按键，系统相关设备将紧急报警触发信息发送给激活端（有钥匙信号）的广播控制盒，当激活端司机按下广播控制盒上的“紧急对讲”按键应答该报警器，报警器进入通话状态，司机音频通过手持话筒转化为电信号后，广播控制盒将电信号转化为数字音频信号，数字音频信号传输至客室广播主机的接口模块后，接口模块将数字音频信号转化为模拟信号，模拟信号通过紧急报警器自带扬声器播放，使乘客能听到司机音频。紧急报警器将乘客音频转化为数字音频信号后，通过客室接口模块连接至以太网，传输至广播控制盒，广播控制盒将数字音频信号转化为模拟信号，通过司机室监听扬声器进行播放，使司机能听到乘客音频，如图5所示。

图5 紧急对讲控制原理

3  故障原因分析

3.1 故障现象

南宁轨道交通3号线电客车PIS系统11起手持话筒故障现象为：故障端司机室可听到对端司机室对讲音频，对端司机室无法监听故障端司机对讲音频；故障端人工广播失效；故障端司机室司机可接通客室紧急报警及监听乘客对讲音频，乘客无法听到司机对讲音频。对故障端广播控制盒重新上电，故障仍存在，排除广播控制盒偶发性死机，初步判断为广播控制盒硬件故障。

3.2故障原因及影响因素

经更换手持话筒后，故障消失，最终确认为手持话筒故障，打开手持话筒设备端外壳，发现内部线缆在焊点处断开，将线缆临时重新焊接后，功能正常，排除送话器不良原因并确认手持话筒故障点为线缆开焊；为避免手持话筒再次出现因焊线断开影响司机对讲功能，主要从人员焊接质量及线缆受力两个方面深入研究焊线断开原因。

3.2.1 线缆焊接质量

3号线手持话筒采用  焊接方式。

因焊接电流、焊接压力、焊接时间、设备冷却时间等因素将直接影响焊接质量，检查焊接人员同时间的焊接物料，暂未发现异常。

3.2.3  线缆焊接点受力

通过查看线缆焊点断口状态，发现线芯有延长，因此判断为焊点处线缆在外力长时间作用下断开。为降低手持话筒线缆在使用过程中所受外力大小，手持话筒线缆在中间部分采用螺旋设计；为保护手持话筒连接器端线缆不受外力作用，在广播控制盒面板增加压线片。

3.2.3.1  话筒线缆螺旋段过短

目前线缆螺旋段长度为0.5m，司机室座椅到广播控制盒手持话筒线缆连接端距离为1m。在距离手持话筒线缆连接端0.5m处，测试线缆所受外力为8N；在司机室座椅处拿起手持话筒测试，线缆所受外力为20N。

3.2.3.2  压线片开孔半径大

压线片作用为固定线缆，保护连接器端不受力，通过现场观察发现，压线片开孔直径大于话筒线缆直径，两者之间为间隙配合，线缆在受外力作用下，线缆与压线片之间产生相对位移，导致话筒线缆连接端受外力作用。

综上，话筒线缆螺旋段长度过短及压线片开孔直径过大，导致话筒连接端线缆受力，线缆焊接处应力集中断焊。

4  改进措施

针对手持话筒线缆开焊原因，主要从减少线缆所受外力及降低线缆连接端焊线受力两个方面进行整改。

4.1 增加线缆螺旋段长度

线缆在受外力作用时，为弹性变形，弹性变形变形量越大所受外来越大。为减少线缆所受外力，具体整改措施为增加线缆螺旋段长度，减少线缆在使用过程中的变形量。

如图所示，随着手持话筒螺旋段长度的增加，线缆受力逐渐降低，在0.6m左右趋于平稳，考虑司机室广播控制盒面板空间，综上，将手持话筒螺旋段长度增加至0.6m。

4.2完善组装工艺

在话筒连接器端内部增加铜箍，保护线缆与连接器出线孔孔无相对位移，进而保护焊点不受力。广播控制盒面板压线片处增加话筒线固定线卡，减小连接器端受力。

整改用物料为：

整改后样式见下图：

5  效果跟踪

南宁轨道交通3号线电客车PIS系统于2020年3月16日开始进行手持话筒整改，整改后暂未发生手持话筒故障，整改效果良好。

6  结束语

本文首先介绍了南宁轨道交通3号线电客车PIS系统工作原理及影响列车广播控制盒手持话筒线缆开焊的原因，针对故障原因进行分析提出具体的整改措施。从目前运营和维修情况分析，话筒的故障率较高，通过人、机、料、法几方面对话筒进行分析，掌握故障点，为提升产品质量提供经验。

参考文献：

[1].高伟民. 城市轨道交通ATO精确停车相关问题研究[J]. 沿海企业与科技，2015,04：24-27.

[2].克诺尔公司,制动系统微机控制电气功能说明[Z],2015.

[3].时代电气,南宁地铁1号线列车控制与监控系统技术规格书[Z],2015.

[4].卡斯柯,南宁地铁1号线信号技术册-第I分册, [Z],2015.

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