秦 超

（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001）

1 車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)介紹

1.1 車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述

地鐵網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）按照IEC61375標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的列車通信網(wǎng)絡(luò)組建。它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為列車控制級(jí)和車輛控制級(jí)兩級(jí)。列車控制級(jí)總線和車輛控制級(jí)總線均采用EMD電器中的MVB多功能車輛總線。網(wǎng)絡(luò)中繼器作為列車級(jí)總線與車輛級(jí)總線之間的網(wǎng)關(guān)，完成列車級(jí)總線到車輛級(jí)總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)列車各子系統(tǒng)和關(guān)鍵列車信號(hào)的控制和監(jiān)測。

TCMS系統(tǒng)由一系列的功能模塊或者控制單元組成。各功能模塊通過MVB總線進(jìn)行連接，如圖1所示。TCMS系統(tǒng)采用MVB通信線路A/B通道冗余設(shè)計(jì)，任一通道故障時(shí)系統(tǒng)可自動(dòng)切換另一路。整個(gè)系統(tǒng)包括車載硬件、操作系統(tǒng)、控制軟件、監(jiān)視軟件、診斷軟件以及維護(hù)工具[1]。

圖1 TCMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與子系統(tǒng)MVB總線通信

1.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

TCMS系統(tǒng)將分布于整個(gè)列車的各個(gè)功能模塊或者控制單元，聯(lián)結(jié)成一個(gè)列車網(wǎng)絡(luò)。這些模塊或單元可分別安裝于車下設(shè)備箱體內(nèi)、司機(jī)臺(tái)以及車廂電氣柜中。如圖2所示，TCMS系統(tǒng)列車總線和車輛總線均采用雙通道冗余結(jié)構(gòu)，與網(wǎng)絡(luò)通信的所有設(shè)備組成了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過信號(hào)采集模塊，采集司機(jī)的操作指令和列車各個(gè)工況下的狀態(tài)等信號(hào)，并經(jīng)過運(yùn)算及邏輯處理，給出操作列車各部件的控制指令，最終通過MVB總線實(shí)現(xiàn)與牽引控制系統(tǒng)、空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、煙火報(bào)警系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、車門系統(tǒng)以及廣播和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)交換。

圖2 TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 網(wǎng)絡(luò)通信異常判斷依據(jù)

一般情況下，網(wǎng)絡(luò)通信異常可以通過如下方法判定。第一，查看網(wǎng)絡(luò)中央控制單元的燈顯，通過燈顯含義可以較為直觀地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)干擾現(xiàn)象。第二，通過軟件工具連接網(wǎng)絡(luò)中央控制單元，輸入對(duì)應(yīng)指令，可以判斷A、B總線的狀態(tài)和錯(cuò)幀率的變化情況，以此判斷該車MVB網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。第三，通過人機(jī)接口單元-網(wǎng)絡(luò)顯示器提示判斷網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)。例如，網(wǎng)絡(luò)顯示器拓?fù)鋱D顯示對(duì)應(yīng)設(shè)備為紅色、灰色或閃紅，顯示器主界面提示網(wǎng)絡(luò)通信不良故障，顯示器事件記錄界面顯示設(shè)備通信不良故障等，從而判定網(wǎng)絡(luò)存在通信異常。第四，通過軟件工具監(jiān)視功能模塊或者控制單元的生命信號(hào)，若無生命信號(hào)或信號(hào)累積異常，則該設(shè)備出現(xiàn)通信異常。此類通信異常會(huì)在網(wǎng)絡(luò)顯示器上有所體現(xiàn)。第五，有些較為嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)通信問題會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓，使得網(wǎng)絡(luò)顯示器無法進(jìn)入常規(guī)界面并提示網(wǎng)絡(luò)通信異常等提示條目。

3 網(wǎng)絡(luò)通信異常問題檢修策略

網(wǎng)絡(luò)通信異?，F(xiàn)象多樣，存在的問題點(diǎn)較多。檢修人員應(yīng)形成較為系統(tǒng)和規(guī)范的排查思路，盡快定位問題點(diǎn)，解決問題。

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信異?，F(xiàn)象

網(wǎng)絡(luò)通信異?，F(xiàn)象表現(xiàn)主要包括以下幾種。第一，網(wǎng)絡(luò)顯示器上報(bào)某一個(gè)設(shè)備通信異常，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D對(duì)應(yīng)設(shè)備顯紅或顯灰。第二，網(wǎng)絡(luò)顯示器上報(bào)某幾個(gè)設(shè)備通信異常，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D對(duì)應(yīng)設(shè)備顯紅或顯灰。第三，網(wǎng)絡(luò)顯示器上未報(bào)某個(gè)設(shè)備通信異常，但是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D有某個(gè)設(shè)備閃紅、某幾個(gè)設(shè)備閃紅或設(shè)備閃紅但不固定為某個(gè)設(shè)備的情況。第四，網(wǎng)絡(luò)顯示器無法進(jìn)入常規(guī)界面，并提示網(wǎng)絡(luò)通信異常等提示條目。第五，網(wǎng)絡(luò)顯示器上無任何故障信息，但網(wǎng)絡(luò)中央控制單元燈顯提示網(wǎng)絡(luò)異常。第六，網(wǎng)絡(luò)顯示器上無任何故障信息，網(wǎng)絡(luò)中央控制單元燈顯無異常，但軟件監(jiān)視錯(cuò)幀率偏高。

3.2 問題類型和故障樹結(jié)構(gòu)

根據(jù)以往車輛調(diào)試和檢修經(jīng)驗(yàn)，車輛檢修中要定位故障點(diǎn)并排除問題，首先要了解造成異常問題的可能原因，并對(duì)這些原因進(jìn)行分類，以便理清排查問題的著手點(diǎn)和思路，從而快速有效地解決問題。根據(jù)地鐵車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合以往的檢修經(jīng)驗(yàn)可知，造成網(wǎng)絡(luò)通信異常一般可能是設(shè)備問題、線路問題、軟件漏洞以及電磁干擾等造成的。

3.2.1 設(shè)備問題

設(shè)備問題主要指網(wǎng)絡(luò)MVB通信的功能模塊或者控制單元的硬件問題造成的通信異常。一方面，設(shè)備硬件問題造成自身通信異常，具體表現(xiàn)為顯示器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上對(duì)應(yīng)的設(shè)備顯紅、顯灰或閃紅。另一方面，設(shè)備硬件問題干擾其他設(shè)備通信，具體表現(xiàn)為顯示器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上某個(gè)或者某些設(shè)備顯紅、顯灰或閃紅。

3.2.2 線路問題

線路問題主要指MVB線路的A/B通道接線問題及其配套的MVB連接器問題導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)通信異常，主要包括以下6種情況。第一，MVB線路交叉或者錯(cuò)接，無法構(gòu)成線路直通。第二，MVB線路虛接、接地、短路以及斷路，無法構(gòu)成線路直通或造成線路干擾。第三，MVB終端連接器阻值異常，影響信號(hào)通過EMD介質(zhì)進(jìn)行正常傳輸。第四，MVB連接器屏蔽異常，導(dǎo)致感應(yīng)電流在屏蔽層內(nèi)產(chǎn)生電磁干擾。第五，MVB連接器電路板損壞，無法構(gòu)成線路直通或造成線路干擾。第六，MVB線路誤導(dǎo)入其他等級(jí)電壓或電流，影響了線路中正常電信號(hào)的傳輸。以上6類情況的具體表現(xiàn)均為顯示器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D上某個(gè)或者某些設(shè)備顯紅、顯灰或閃紅。

3.2.3 其他問題

軟件漏洞和電磁干擾也會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)通信異常。車輛在實(shí)際運(yùn)行中因此類問題造成通信異常的問題并不多見。結(jié)合可能造成通信異常的各類原因可生成故障樹。網(wǎng)絡(luò)通信異常故障樹結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)通信異常故障樹結(jié)構(gòu)

3.3 檢修策略

網(wǎng)絡(luò)通信異?，F(xiàn)象千變?nèi)f化，但是掌握了網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)，就可總結(jié)出一套較為完整的排查策略。網(wǎng)絡(luò)通信異常排查方法比較集中，按照以下檢修策略進(jìn)行排查，大多數(shù)通信異常問題基本可以定位并予以解決。

3.3.1 列車級(jí)與車輛級(jí)通信異常檢修

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知，排查網(wǎng)絡(luò)通信異常時(shí)，確定問題是來源于列車級(jí)還是車輛級(jí)是第一步。此時(shí)，需要一些排查方法進(jìn)行定位。中繼器作為列車級(jí)總線與車輛級(jí)總線之間的網(wǎng)關(guān)，問題排查應(yīng)從此處著手。第一，拔掉疑似故障車中繼器模塊車輛級(jí)MVB連接器，即甩掉該車輛網(wǎng)絡(luò)。第二，觀察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及錯(cuò)幀率，若網(wǎng)絡(luò)通信問題消失且無錯(cuò)幀率，則網(wǎng)絡(luò)干擾源來自該車。若網(wǎng)絡(luò)通信問題未消除，則需用相同的方法依次排查相鄰車節(jié)。若所有車輛級(jí)網(wǎng)絡(luò)均甩掉，錯(cuò)幀率仍未消除，則網(wǎng)絡(luò)故障來自列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

3.3.2 設(shè)備問題檢修

結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，在網(wǎng)絡(luò)通信異常問題中，因設(shè)備原因造成的通信異常占一定比例。因此，在確認(rèn)通信問題來源于列車級(jí)還是車輛級(jí)后，定位設(shè)備問題是檢修策略中必須考慮的部分。第一，拔掉疑似問題設(shè)備MVB連接器，觀察網(wǎng)絡(luò)通信異常和錯(cuò)幀率是否消除。若消除，則是由該設(shè)備干擾網(wǎng)絡(luò)；若不消除，則需對(duì)照網(wǎng)絡(luò)布線圖依次排查。第二，確定是某設(shè)備干擾后，可直接更換該設(shè)備，并再次確認(rèn)錯(cuò)幀率。

3.3.3 線路問題檢修

線路問題在網(wǎng)絡(luò)通信問題中所占比例最高。在排除設(shè)備問題后，需重點(diǎn)排查網(wǎng)絡(luò)線路問題。

（1）因MVB通信線路A/B通道冗余設(shè)計(jì)，可先分別拔掉A和B任一通道MVB連接器進(jìn)行觀察。若拔掉某通道MVB連接器網(wǎng)絡(luò)通信異常和錯(cuò)幀率消除，則該通道存在線路問題，可進(jìn)一步排查。若拔掉A或B任一通道MVB連接器問題未消除，則兩個(gè)通道均可能存在問題，或兩個(gè)通道線路發(fā)生交叉，需詳細(xì)排查。

（2）測量疑似問題通道的MVB線路阻值，如阻值異常，則判斷為某MVB連接器存在終端電阻未剪斷的情況，需進(jìn)一步分段排查，定位問題插頭[2]。

（3）若MVB線路通道阻值均正常，則需要測量MVB連接器通道點(diǎn)位對(duì)地或連接器外殼的阻值，正常均應(yīng)該為無窮大。若有異常，需進(jìn)一步分段排查，定位到問題點(diǎn)。

（4）測量MVB連接器通道點(diǎn)位對(duì)地和其他點(diǎn)位間的電壓，若電壓為零，則正常。測量MVB連接器各點(diǎn)位電流，若電流為零，則正常。若線路誤導(dǎo)入電壓或電流，則需分段定位，但此類問題發(fā)生概率較小。

（5）MVB線路無接地或接連接器外殼的情況下，需要進(jìn)一步確認(rèn)線路是否存在線路交叉、錯(cuò)接、虛接以及斷路的問題。排查時(shí)可直接測量整個(gè)線路的通斷情況進(jìn)行初步判斷。若同一通道出現(xiàn)偶數(shù)次交叉情況，無法通過測量整個(gè)線路進(jìn)行判斷時(shí)，則需逐段測量線路通斷。

（6）對(duì)于MVB連接器電路板問題，有些可通過以上測線方法發(fā)現(xiàn)，有些則需進(jìn)一步進(jìn)行外觀確認(rèn)和儀器測量。如有問題，則需更換MVB連接器。

3.3.4 軟件漏洞及電磁干擾問題檢修

由軟件漏洞及電磁干擾造成的網(wǎng)絡(luò)通信異常問題并不常見。對(duì)于此類問題的定位及檢修簡述如下。

（1）軟件問題造成的通信異常一般只出現(xiàn)在列車新造調(diào)試階段，且出現(xiàn)問題的頻率較少。出現(xiàn)問題后，軟件工程師通過核對(duì)通信協(xié)議接口并優(yōu)化軟件，基本可以解決問題。

（2）電磁干擾造成的網(wǎng)絡(luò)通信異常，并非屬于單一的網(wǎng)絡(luò)通信問題，而是屬于整車級(jí)問題，需從整車角度進(jìn)行考慮和排查。一般來說，主機(jī)廠在車輛新造階段要做電磁兼容試驗(yàn)，因此在列車運(yùn)用時(shí)因電磁干擾造成的網(wǎng)絡(luò)通信異常問題并不常見。

通過上述檢修策略基本上可以解決95%以上的網(wǎng)絡(luò)通信異常問題故障?？梢?，有效的檢修策略加之豐富的故障處理經(jīng)驗(yàn)可以精準(zhǔn)定位問題點(diǎn)，大幅提升問題解決的效率，為車輛安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

4 結(jié) 論

檢修人員應(yīng)全面了解網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，掌握其控制原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過實(shí)踐掌握豐富的檢修經(jīng)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)通信異常問題雖然千變?nèi)f化，但是面對(duì)實(shí)際問題時(shí)總是有跡可循，因此通過理論和實(shí)踐便可形成一套較為完整的檢修策略。上述總結(jié)的檢修策略較為通用，對(duì)地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)問題的檢修排查有一定的參考價(jià)值，能夠幫助檢修人員理清排查思路，提高檢修效率，從而保障地鐵穩(wěn)定運(yùn)行。