摘要：文章介紹了西安地鐵三號(hào)線列車監(jiān)控系統(tǒng)基本原理和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹，通過對(duì)設(shè)備離線故障判斷機(jī)理分析，推斷出子設(shè)備離線的原因無法正常接收生命信號(hào)，結(jié)合運(yùn)營過程中發(fā)生的典型故障，闡述導(dǎo)致設(shè)備離線的原因及現(xiàn)場檢查方法，并提出了幾種網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量的檢測方法。

關(guān)鍵詞：列車監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)備離線；典型故障；網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量；地鐵車輛 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U279 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.065

列車監(jiān)控系統(tǒng)（TCMS）具有對(duì)列車牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和列車各主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制及故障診斷的功能，實(shí)現(xiàn)這些功能的前提就是TCMS具有完整可靠的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過MVB（多功能車輛總線）的傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。西安地鐵三號(hào)線電客車自試運(yùn)行以來，發(fā)生了多起車輛設(shè)備離線故障，對(duì)正線行車工作造成了極大的影響。

1 列車監(jiān)控系統(tǒng)介紹

1.1 列車監(jiān)控系統(tǒng)原理

西安地鐵3號(hào)線TCMS系統(tǒng)用于監(jiān)視車載牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和列車內(nèi)各主要設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)車輛的管理、監(jiān)視和診斷功能。列車總線和車輛總線均采用多功能車輛總線MVB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，電氣接口為電氣中距離EMD介質(zhì)，雙通道冗余。TCMS系統(tǒng)主要包括中央控制單元CCU，實(shí)現(xiàn)了車輛的MVB總線管理與列車運(yùn)行控制功能；中繼器RPT將TCMS分為列車總線與車輛總線；RIOM用于實(shí)現(xiàn)TCMS與車輛硬線及與車載信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互；HMI用來顯示車輛及子系統(tǒng)的狀態(tài)及提供人機(jī)交互的接口。列車事件記錄儀ERM實(shí)現(xiàn)對(duì)列車主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障進(jìn)行自動(dòng)信息采集并記錄，并可通過便攜式測試單元PTU將數(shù)據(jù)讀出和打印。

1.2 列車監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹

西安地鐵3號(hào)線列車管理系統(tǒng)系統(tǒng)（TCMS）按照IEC61375標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的列車通信網(wǎng)絡(luò)組建。TCMS系統(tǒng)使用了兩級(jí)總線：其中4個(gè)中繼器之間使用了列車總線，為MVB列車網(wǎng)絡(luò)，EMD介質(zhì)；每個(gè)中繼器下面有一個(gè)車輛總線MVB網(wǎng)絡(luò)，同樣為EMD介質(zhì)。全車使用了4個(gè)中繼器RPT，其中Tc車與Mp車共用一個(gè)RPT，這樣Tc車與Mp車的MVB設(shè)備在同一個(gè)總線網(wǎng)段上；M車上的所有MVB設(shè)備單獨(dú)在一個(gè)總線網(wǎng)段上。主控單元CCU1/2分別位于Tc1/2車，兩個(gè)CCU都是MVB總線主設(shè)備，運(yùn)行中互為熱備。列車總線和車輛總線均使用MVB EMD電纜，采用總線連接器作為MVB連接器，A/B路分別進(jìn)行傳輸。

TCMS系統(tǒng)與車輛各設(shè)備間采用硬線連接或網(wǎng)絡(luò)通信，其中多數(shù)電氣控制設(shè)備與TCMS系統(tǒng)間采用硬線連接，連接接口為DI、DO、AX等，具有MVB接口的子系統(tǒng)，如HVAC、PIS、EDCU、VVVF等與TCMS之間直接通過MVB網(wǎng)絡(luò)相連。出于車輛運(yùn)行安全考慮，司控器的信號(hào)同時(shí)通過列車硬線分別傳輸?shù)絍VVF、BCU，這樣在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，在降級(jí)模式下可以通過硬線控制車輛運(yùn)行，將影響正常運(yùn)行的故障降到最低。

2 離線故障判斷機(jī)理

從TCMS系統(tǒng)離線故障的判斷機(jī)理為通過相互連續(xù)應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行判斷。拿CCU與BCU來舉例說明，系統(tǒng)上電后CCU給BCU持續(xù)不斷地發(fā)送一個(gè)累加的生命信號(hào)值，從0累加到65535循環(huán)；同理，BCU也在持續(xù)不斷地給CCU發(fā)送此信號(hào)。如果CCU在一段時(shí)間內(nèi)未能收到來自BCU的該信號(hào)則判斷BCU離線，BCU亦然。

CCU與其他總線設(shè)備的離線判斷機(jī)制同理。目前CCU判斷子設(shè)備離線的時(shí)間周期統(tǒng)一為3s。各子設(shè)備判斷CCU離線的時(shí)間周期不盡相同，例如BCU判斷CCU的離線標(biāo)準(zhǔn)為10個(gè)刷新周期，接口協(xié)議中所確定的刷新周期為64ms，故10個(gè)刷新周期為0.64s。即CCU如果連續(xù)3s沒有收到來自BCU的生命信號(hào)則判斷CCU離線并在TCMS屏幕上彈出“BCU離線”故障；BCU連續(xù)0.64s沒有收到來自CCU的生命信號(hào)則報(bào)“MVB總線錯(cuò)誤”故障。

3 離線故障成因

離線故障成因?yàn)樗拊O(shè)備在約定的刷新周期內(nèi)不能收到源設(shè)備的生命信號(hào)導(dǎo)致。其成因如下：

3.1 設(shè)備本身故障

設(shè)備本身故障，導(dǎo)致無法發(fā)送和接收生命信號(hào)真實(shí)離線。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸錯(cuò)誤

此類故障可歸類為物理層傳輸故障，如由于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸質(zhì)量不良如信號(hào)中斷、信號(hào)反射、噪音干擾、信號(hào)失真、信號(hào)衰減、線路串?dāng)_、阻抗不匹配等原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)不能正常發(fā)送。

3.3 各設(shè)備間未能按照接口協(xié)議正確發(fā)送生命信號(hào)

此類故障可歸類為數(shù)據(jù)鏈路層故障，各設(shè)備未能按照既定的接口協(xié)議和約定發(fā)送符合正確編碼格式的數(shù)據(jù)包，各設(shè)備不能對(duì)數(shù)據(jù)包正確解析，從而導(dǎo)致該故障。

4 典型離線故障舉例

4.1 TCU離線故障

故障現(xiàn)象簡述：8月20日15∶22報(bào)0309車在桃花潭站下行5車HB狀態(tài)顯示時(shí)有時(shí)無，15∶30在辛家廟下行6車TCMS報(bào)EDCU離線。

故障處理簡述：對(duì)列車通訊總線進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)5車1門處MVB列車總線連接器插頭接線虛接，導(dǎo)致列車部分子設(shè)備通訊中斷。重新壓接5車1門處MVB列車總線連接器插頭接線后列車通訊狀態(tài)正常。總線斷點(diǎn)位于MVB第4網(wǎng)段。此次故障的成因非常明確，即MVB網(wǎng)絡(luò)通訊總線物理斷開導(dǎo)致，重新恢復(fù)連接故障消除。

4.2 “MVB總線錯(cuò)誤”故障

故障現(xiàn)象簡述：8月27日0305車北池頭上行出站車輛屏顯示6車“MVB總線錯(cuò)誤”。

故障處理簡述：“MVB總線錯(cuò)誤”故障成因?yàn)锽CU連續(xù)10個(gè)刷新周期未檢測到CCU的生命信號(hào)，BCU會(huì)報(bào)出此故障。查看BCU數(shù)據(jù)記錄，BCU認(rèn)為來自CCU的生命信號(hào)有中斷的情況；查看CCU的數(shù)據(jù)記錄，由CCU發(fā)送至BCU和來自BCU的生命信號(hào)均正常。

先采用排除法將6車網(wǎng)關(guān)閥與1車網(wǎng)關(guān)閥進(jìn)行對(duì)調(diào)。故障并未轉(zhuǎn)移，初步排除網(wǎng)關(guān)閥本身的故障。而后對(duì)列車MVB總線上各個(gè)插頭和接線進(jìn)行排查，檢查各線纜接線情況并進(jìn)行緊固后，查看總線刷新時(shí)間及總線冗余情況均恢復(fù)到正常狀態(tài)，故障消除，由此分析問題還是由于總線通訊質(zhì)量差導(dǎo)致的。

4.3 ROM離線

前期0321車在庫內(nèi)多次發(fā)生4、5、6車ROM離線故障，對(duì)全車的相關(guān)ROM及RPT等網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備均進(jìn)行了更換，故障并未消除。對(duì)全車MVB總線上所有的總線連接器、各接插件的接線情況進(jìn)行逐一檢查，發(fā)現(xiàn)總線連接器存在電纜扭曲、擠壓現(xiàn)象，致使電纜局部阻抗變化，影響整個(gè)傳輸線路的阻抗不連續(xù)，從而使信號(hào)衰減，造成ROM離線問題。

5 離線故障成因分析及當(dāng)前排查故障的手段

前述三例故障除0309車有非常明確的故障點(diǎn)，成因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳輸錯(cuò)誤中的傳輸中斷導(dǎo)致，其余兩例均排除了這種可能。當(dāng)前排查網(wǎng)絡(luò)通訊故障的手段比較單一，僅僅只能依靠萬用表對(duì)網(wǎng)絡(luò)總線的通斷和阻抗匹配阻值是否正確進(jìn)行測量，僅能判斷網(wǎng)絡(luò)配線是否中斷，對(duì)于諸如信號(hào)反射、噪音干擾、信號(hào)失真、信號(hào)衰減、線路串?dāng)_等情況無對(duì)應(yīng)的測試方法和技術(shù)手段，僅靠萬用表無法對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅苓M(jìn)行定性定量的分析。針對(duì)此情況與國內(nèi)幾家主機(jī)廠及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商均有過交流和探討，總結(jié)大致通過以下五種方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量的檢測：

5.1 FLUKE DTX1800型測試儀

該型號(hào)測試儀為FLUKE公司針對(duì)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量測試開發(fā)的一套測試設(shè)備，并不是原生針對(duì)MVB網(wǎng)絡(luò)線纜質(zhì)量而進(jìn)行測試的設(shè)備，后續(xù)FLUKE公司對(duì)該測試設(shè)備的軟件進(jìn)行升級(jí)加入了MVB網(wǎng)絡(luò)測試的相關(guān)子項(xiàng)，如串?dāng)_、阻抗是否連續(xù)等，但并未原生提供針對(duì)MVB網(wǎng)絡(luò)適用的DB9型適配器。對(duì)采用總線連接器型式的MVB總線線纜測試支持不佳，測試標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛，誤判率較高，故該儀器不能對(duì)整個(gè)MVB網(wǎng)絡(luò)布線進(jìn)行定性的測試，通常作為排查故障的輔助手段。

5.2 示波器

通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)MVB總線的波形進(jìn)行檢測，查看波形是否達(dá)到預(yù)期的要求，通過波形本身來判斷通訊質(zhì)量的優(yōu)劣。目前現(xiàn)場針對(duì)該測試缺乏技術(shù)支持。

5.3 MVB信號(hào)發(fā)生器

在網(wǎng)絡(luò)一端通過不斷發(fā)送按照協(xié)議編碼好的數(shù)據(jù)，另外一端進(jìn)行接收，通過發(fā)送和接收到的數(shù)據(jù)對(duì)比來驗(yàn)證丟包率有多高。

5.4 反射儀

反射現(xiàn)象為當(dāng)線路中存在阻抗不匹配時(shí)，從源端口發(fā)送的信號(hào)就會(huì)返回源端口，從而造成信號(hào)傳輸不良。反射儀用來找尋MVB總線中存在的反射點(diǎn)。

5.5 MVB協(xié)議分析儀

MVB協(xié)議分析儀用來對(duì)MVB網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進(jìn)行捕獲、截取，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行解析。每個(gè)項(xiàng)目的接口定義、端口配置不盡相同，故需要對(duì)MVB分析儀進(jìn)行二次開發(fā)，加入適合測試項(xiàng)目的測試規(guī)則，才能對(duì)總線傳輸數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)進(jìn)行解析。

通過上述一種或幾種測試手段的綜合使用可以有效地對(duì)網(wǎng)絡(luò)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層存在的問題進(jìn)行分析，找到問題的成因而后進(jìn)行對(duì)應(yīng)的整改。

6 結(jié)語

TCMS系統(tǒng)由于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸質(zhì)量不良導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不能正常發(fā)送，造成設(shè)備離線問題會(huì)導(dǎo)致安全相關(guān)信號(hào)傳輸丟失等問題，影響列車的正常運(yùn)行。西安地鐵三號(hào)項(xiàng)目首次使用大連電機(jī)牽引研究所提供的列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)，通過對(duì)典型設(shè)備離線問題的梳理整改，提高了現(xiàn)場對(duì)問題的判斷和故障排查能力，通過對(duì)監(jiān)控軟件的不斷更新，完善了TCMS系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計(jì)，確保列車運(yùn)營安全可靠。

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作者簡介：侯向陽（1986-），男，甘肅渭源人，西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司助理工程師，研究方向：城市軌道交通車輛維修。

（責(zé)任編輯：王 波）