廣州地鐵A3型車DXB模塊超時(shí)改造分析研究

郭天星

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510000）

1 改造背景

廣州地鐵運(yùn)營的A3型車是由長客龐巴迪生產(chǎn)，自出廠交付使用至今，頻繁出現(xiàn)正線運(yùn)營中DXB模塊超時(shí)導(dǎo)致車輛高速斷路器跳閘現(xiàn)象。對(duì)車輛的正常運(yùn)營使用造成了嚴(yán)重的影響。

從A3型車控制邏輯圖分析，當(dāng)高速斷路器合按鈕2S03信號(hào)(B15_HscbOn-Cm)發(fā)出ON指令后，產(chǎn)生信號(hào) VCU_HscbXcrStrCm，HSCB開關(guān)為ON。按下按鈕后，開始執(zhí)行高速斷路器保壓信號(hào)VCU_HscbX-crHdCm，此時(shí)高速斷路器閉合。當(dāng)VTCU與DXB通訊超時(shí)，導(dǎo)致VTCU不能從DXB得到高速斷路器反饋信號(hào)DXB_HscbX-crSt。此時(shí)將產(chǎn)生高速斷路器關(guān)閉故障信號(hào)VCU_HscbTrXcr。如果在1 800 ms內(nèi)、由于通訊超時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生3次以上VCU_HscbTrXcr信號(hào)時(shí)，將產(chǎn)生高速斷路器斷路永久性故障信號(hào)VCU_Hscb-TrPmXcr。此信號(hào)將使VTCU控制DX模塊停止對(duì)高斷保持繼電器供電。控制邏輯如圖1所示。

圖1 VTCU控制邏輯圖

如圖2所示，當(dāng)VCU_HscbTrPmXcr輸出信號(hào)設(shè)置為永久性故障時(shí)，DX模塊輸出的高斷保持繼電器110 V電將斷開，高斷保持繼電器失電，導(dǎo)致高速斷路器跳閘斷開。如圖2所示。

圖2 DXB通訊超時(shí)引起跳主斷

基于上述分析，可以判斷A3型車正常跳閘的原因?yàn)镈XB模塊與VTCU通訊超時(shí)，導(dǎo)致VTCU不能接收到高速斷路器反饋信號(hào)，從而引起高斷跳閘。為解決該問題，需分析DXB模塊通訊超時(shí)原因，并提出改造方案解決該問題。

2 網(wǎng)絡(luò)超時(shí)原因分析

為查找列車DXB模塊超時(shí)的真正原因，對(duì)A3型車進(jìn)行了DXB網(wǎng)絡(luò)通訊延遲測試實(shí)驗(yàn)。測試結(jié)果顯示頻繁出現(xiàn)因DXB超時(shí)跳主斷列車的模塊網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間較大，網(wǎng)絡(luò)延遲在160 ms以上，最大值達(dá)1 400 ms。而未出現(xiàn)過跳主斷故障的列車DXB的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間在64 ms以內(nèi)，而DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)正常周期掃描時(shí)間應(yīng)在64 ms內(nèi)。為找到DXB模塊與VTCU通訊超時(shí)的原因，現(xiàn)場通過使用自制DXB模塊和MVB線進(jìn)行DXB模塊延遲測試實(shí)驗(yàn)，查找VTCU和DXB模塊的通訊超時(shí)原因。

通過自制DXB模塊和自制MVB電纜改變DXB與VTCU之間設(shè)備連接，分析判斷延遲產(chǎn)生原因是否與模塊設(shè)備及通訊電纜有關(guān)。A3型車現(xiàn)有MVB網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，VTCU通過BCT與ECU、MCM、DXB、A/C進(jìn)行總線通訊，DXB模塊位于MCM模塊和A/C模塊之間，終端電阻地址塊位于A/C控制器后端。

采用改變現(xiàn)有列車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行測試如下：

（1）自制MVB電纜由BCT模塊引出，直接進(jìn)入PH箱內(nèi)DXB模塊，去除其余設(shè)備的影響，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時(shí)，如圖4所示。分析BCT設(shè)備對(duì)DXB模塊的影響，測試表明DXB網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間正常，未出現(xiàn)超時(shí)現(xiàn)象，即BCT未對(duì)DXB通訊產(chǎn)生影響。

（2）自制MVB電纜由制動(dòng)模塊引出，進(jìn)入PH箱內(nèi)DXB模塊，去除MCM模塊、空調(diào)模塊的通訊影響，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時(shí)。如圖5所示，分析制動(dòng)模塊設(shè)備對(duì)DXB模塊的影響，測試表明DXB網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間正常，未出現(xiàn)超時(shí)現(xiàn)象，即制動(dòng)模塊未對(duì)DXB通訊產(chǎn)生影響。

圖3 現(xiàn)有MVB網(wǎng)絡(luò)

圖4 DXB置于BCT后

圖5 DXB置于ECU后

（3）自制MVB電纜由MCM模塊引出，進(jìn)入PH箱內(nèi)DXB模塊，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時(shí)，如圖6所示。分析MCM模塊設(shè)備對(duì)DXB模塊的影響。測試表明DXB出現(xiàn)響應(yīng)超時(shí)，即MCM模塊及電纜對(duì)DXB網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)生影響，導(dǎo)致出現(xiàn)通訊延遲現(xiàn)象。

圖6 DXB置于MCM后

（4）自制MVB電纜由空調(diào)模塊引出，進(jìn)入PH箱內(nèi)DXB模塊。即互換A/C和DXB在網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)位置，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時(shí)，如圖7所示。分析空調(diào)設(shè)備對(duì)DXB模塊的影響。測試表明DXB網(wǎng)絡(luò)通訊正常，即當(dāng)DXB模塊位于網(wǎng)絡(luò)終端時(shí)能消除網(wǎng)絡(luò)通訊延遲。

（5）上述實(shí)驗(yàn)表明，VTCU與DXB通訊延遲與MCM模塊與DXB模塊這一段網(wǎng)絡(luò)通訊有直接關(guān)系，但通過改變DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)位置可以避免延時(shí)現(xiàn)象的出現(xiàn)。為判斷改變DXB模塊在網(wǎng)絡(luò)中的位置是否會(huì)對(duì)DXB與VTCU的通訊產(chǎn)生影響，使用自制DXB模塊和自制MVB電纜改變DXB模塊在網(wǎng)絡(luò)中的位置。如圖8所示。

圖7 DXB置于A/C后

圖8 改變DXB相對(duì)位置測試

將DXB模塊置于ECU與MCM之間；BCT與ECU之間，DXB通訊延遲均處于正常范圍內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改變DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中的位置可以解決通訊超時(shí)的問題。分析DXB通訊超時(shí)原因，懷疑為MCM至DXB這一段MVB線路的通訊介質(zhì)質(zhì)量較差，MVB的傳輸信號(hào)是高頻信號(hào)（1.5 MHz），傳輸介質(zhì)不良可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)傳輸受到干擾。改變DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中的位置可以糾正由于傳輸介質(zhì)原因?qū)е碌膫鬏斝盘?hào)干擾，降低VTCU與DXB模塊間的通訊延遲時(shí)間。

3 改造方案

根據(jù)測試結(jié)果并結(jié)合車輛實(shí)際布線情況，采取將DXB置于MVB網(wǎng)絡(luò)的末端的方案。該方案可以有效降低DXB模塊的響應(yīng)時(shí)間，且改造方案布線簡單，成本低，改造可行性大。將DXB模塊與A/C模塊網(wǎng)絡(luò)相對(duì)位置互換，DXB模塊置于MVB總線網(wǎng)絡(luò)終端，終端電阻地址塊置于DXB輸出口：改造后的網(wǎng)絡(luò)邏輯即如圖9所示。

此方案布線簡單，同時(shí)改造后的MVB網(wǎng)絡(luò)中ECU和MCM作為牽引和制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在MVB總線網(wǎng)絡(luò)中與VTCU相對(duì)位置不變。選取具有故障代表性的2A9695車進(jìn)行改造，該車屬于龐巴迪增購車，交車至今已經(jīng)多次發(fā)生由于DXB模塊超時(shí)導(dǎo)致的跳主斷情況，且集中發(fā)生在2B95車，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)11年至今該車已出現(xiàn)24起DXB模塊超時(shí)跳主斷故障，對(duì)改造效果的評(píng)估較有代表性。改造前對(duì)2B95車進(jìn)行MVB總線延遲測試，檢測到該車DXB模塊與VTCU通信超時(shí)情況嚴(yán)重，通信延遲時(shí)間普遍大于64 ms，檢測到最大值為1 400 ms，測試一分鐘內(nèi)超時(shí)多達(dá)33次。

圖9 利用備用線改造布線

改造后再次進(jìn)行MVB總線測試，檢測2B95車DXB與VTCU通信無超時(shí)情況。通訊延遲全部小于64 ms，檢測測試十分鐘內(nèi)未發(fā)生一次超時(shí)情況。

通過延遲測試發(fā)現(xiàn)改造后可以明顯將DXB超時(shí)減少到64 ms標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，改造效果明顯。目前該車已上線運(yùn)行兩周時(shí)間，未再發(fā)生DXB超時(shí)引起的跳主斷，也未發(fā)生與DXB模塊改造相關(guān)的故障，初步證明了改造方案是可行的。

4 結(jié)論

由于廠家設(shè)計(jì)缺陷，A3型車由于VTCU與DXB模塊網(wǎng)絡(luò)超時(shí)導(dǎo)致的跳主斷問題一直長期困擾著車輛的正常運(yùn)行。通過本次測試及改造，解決A3型車長期困擾車輛使用的難題，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化，消除了列車控制網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)，提高了車輛可靠性。同時(shí)為車輛維護(hù)人員自主解決車輛長期存在的慣性難題提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，提升了列車服務(wù)水平。

［1］（美）約翰遜著，鄧暉譯.高速信號(hào)傳輸［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［2］長春長客-龐巴迪軌道車輛有限公司.廣州地鐵1&2號(hào)線增購車輛微處理器控制用戶手冊(cè)：第一版［Z］.2006.

［3］張振淼.城市軌道交通車輛［M］.北京：中國鐵道出版社，1988.

［4］龍志強(qiáng)，李迅，李曉龍，等.現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.