CRH1A-A動(dòng)車組MIO故障冗余機(jī)制研究

邵迥 張少遠(yuǎn)

摘 要：針對(duì)CRH1A-A動(dòng)車組MIO自檢故障原因進(jìn)行分析，通過具體故障案例的現(xiàn)象及數(shù)據(jù)，得出現(xiàn)有CRH1A-A動(dòng)車組MIO自檢故障冗余機(jī)制的缺陷，并提出了切實(shí)可行的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：MIO自檢故障;冗余;CRH1A-A動(dòng)車組

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.124

0 引言

MIO-DX（數(shù)字輸入/輸出單元）主要由控制模塊和數(shù)字I/O模塊組成，I/O模塊可根據(jù)接口需求配置1到4個(gè)。分布在列車網(wǎng)絡(luò)回路中，通過MVB（多功能車輛總線）與CCU-O（主控制器）進(jìn)行通信，用于激活繼電器、接觸器，讀取傳感器狀態(tài)等控制和監(jiān)控功能[1]。

1 原理分析

1.1 MIO工作原理

MIO-DX如下圖1所示：各個(gè)I/O模塊的主要作用為：E0模塊主要接收車組停放制動(dòng)按鈕、保持制動(dòng)按鈕狀態(tài)信號(hào)及發(fā)送緊急制動(dòng)指示燈、保持制動(dòng)按鈕指示燈等信號(hào);E1模塊主要接收EB、UB回路檢測(cè)等狀態(tài)信號(hào)及發(fā)送停放制動(dòng)按鈕指示燈、制動(dòng)試驗(yàn)指示燈等信號(hào);E2模塊主要接收解鉤、過分相按鈕等狀態(tài)信號(hào)及發(fā)送車組左右側(cè)外門使能釋放等信號(hào);E3模塊主要接收牽引安全回路等狀態(tài)信號(hào)及發(fā)送車鉤加熱、車窗加熱等信號(hào)。

MIO-DX（E0～3）設(shè)置有冗余模塊MIO-DX（F0～3），其設(shè)計(jì)原理為當(dāng)主模塊出現(xiàn)故障時(shí)，TCMS啟用冗余模塊，冗余模塊啟動(dòng)后不會(huì)對(duì)車組功能造成影響。

1.2 冗余機(jī)理

目前TCMS軟件主/冗M(jìn)IO之間的功能轉(zhuǎn)換是通過主MIO通信信道的有效信號(hào)進(jìn)行控制的，如下圖所示，只有當(dāng)主MIO通信信道有效信號(hào)為“0”的情況下，才會(huì)選擇冗余MIO的通信信道輸入輸出信號(hào)。如圖2所示。

庫內(nèi)模擬MIO自檢故障時(shí)監(jiān)控相關(guān)信號(hào)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)報(bào)出MIO-DX 自檢失敗（E2），故障代碼8572時(shí)，其主MIO通信信道V_MIOE2_OUT2的有效信號(hào)仍為1沒有變化，此時(shí)TCMS并不會(huì)采用冗余MIO-DX（F2）的信號(hào)值。

2 故障原因分析

2.1 MIO自檢故障原因分析

MIO每個(gè)I/O模塊的信道都會(huì)進(jìn)行自測(cè)和控制模塊的診斷測(cè)試。自測(cè)項(xiàng)包括輸入狀態(tài)、輸出狀態(tài)、高測(cè)試組、過熱狀態(tài)、失速繼電器狀態(tài)、內(nèi)部總線狀態(tài)。自測(cè)結(jié)果由STS（自測(cè)狀態(tài)）位進(jìn)行總結(jié)，當(dāng)自檢通過時(shí)，說明模塊功能正常，STS為1;當(dāng)發(fā)生自檢失敗時(shí)，STS變?yōu)?，并通過MVB發(fā)給TCMS報(bào)出MIO自檢失敗故障，同時(shí)STS狀態(tài)會(huì)記錄在ODBS數(shù)據(jù)里，MIO會(huì)進(jìn)入相關(guān)的故障模式。

MIO的主要工作模式有：

（1）正常模式：STS=1，輸入/輸出信號(hào)工作正常。

（2）受限模式：STS=0，當(dāng)輸入自測(cè)失敗，或輸出自測(cè)失敗狀態(tài)為安全失效（即如果一個(gè)數(shù)字輸出在要求激活時(shí)檢測(cè)到了處于未激活狀態(tài)）進(jìn)入受限模式。在此工作模式下，模塊仍像正常模式一樣工作，僅故障信道的自檢狀態(tài)位顯示為0。當(dāng)故障信道再次自測(cè)通過時(shí)，模塊恢復(fù)正常模式。

（3）安全保護(hù)關(guān)斷模式：STS=0，輸出自測(cè)失敗狀態(tài)為危險(xiǎn)失效（即如果一個(gè)數(shù)字輸出在未要求激活時(shí)檢測(cè)到了處于激活狀態(tài)），狀態(tài)位SP_OK變?yōu)?。在此工作模式下，該裝置的所有I/O模塊中的SAR和數(shù)字輸出失活。在斷開電源之前，該裝置會(huì)一直保持在這種狀態(tài)。

按照I/O模塊的類型，STS狀態(tài)位是根據(jù)各個(gè)自檢狀態(tài)位進(jìn)行邏輯計(jì)算的，任一項(xiàng)自檢不通過，STS=0。

（1）E0（基址模塊）的STS。

（2）E1～3（非基址模塊）的STS。

基于以上MIO的自測(cè)原理，分別對(duì)發(fā)生的MIO自檢失敗原因分析如下：

（1）報(bào)MIO E3自檢失敗的環(huán)境數(shù)據(jù)可知，狀態(tài)位E3_ST2發(fā)生了變化，由FDB8→E9B0，E3_ST1未發(fā)生變化。

將E3的ST1和ST2數(shù)據(jù)編譯后具體狀態(tài)位分布如下，黃色高亮部分為與自檢狀態(tài)STS相關(guān)的信道，可以看出，E3的OS[1]、OS[3]值為0，說明E3的輸出端口1和3自測(cè)出現(xiàn)故障。SP_OK變?yōu)?，說明模塊進(jìn)入安全保護(hù)關(guān)斷模式。

（2）12：38：36報(bào)MIO E0～3自檢失敗的環(huán)境數(shù)據(jù)如下，可見狀態(tài)位E0～3_ST1發(fā)生了變化，由BFFF→B000，E0～3_ST2未發(fā)生變化（如圖8）。

將E0～3的ST1和ST2數(shù)據(jù)編譯后具體狀態(tài)位分布如下，可以看出，SP_OK為0，模塊仍處于安全保護(hù)關(guān)斷模式，E0～3所有的輸入自檢狀態(tài)IS[1..12]全部為0，自測(cè)不通過。此時(shí)E0～E3的輸出信號(hào)被置0，TCMS的控制信號(hào)將無法傳輸輸出（如圖9）。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)結(jié)論

MIO-DX（E3）內(nèi)部故障，造成輸出信號(hào)自檢失敗，使得MIO模塊進(jìn)入安全保護(hù)關(guān)斷模式，模塊輸出信號(hào)被設(shè)置為0，導(dǎo)致TCMS相關(guān)控制信號(hào)（如外門釋放使能、保持制動(dòng)指示燈）等不能正常傳輸，出現(xiàn)外門無法集控打開，保持制動(dòng)按鈕閃爍等故障現(xiàn)象。

3 改進(jìn)建議

在深入分析故障數(shù)據(jù)及MIO模塊自檢故障冗余機(jī)理的基礎(chǔ)上，針對(duì)MIO主/冗轉(zhuǎn)換的問題，建議當(dāng)主MIO自檢失敗時(shí)，啟用冗余MIO，這樣完善了MIO模塊的冗余機(jī)制，增強(qiáng)了動(dòng)車組的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曙光.CRH1型動(dòng)車組[M].北京：中國鐵道出版社，2007.