淺談城軌車輛網絡通訊故障處理

◆楊 海 肖貴平 鄧志成

（成都地鐵運營有限公司 四川 610051）

1 成都地鐵3號線電客車TCMS系統組成

成都地鐵3號線列車控制及監控系統TCMS（Train Control and Management System），采用分布式、模塊化實時通信系統，主要用于實現列車各系統工作的控制與監控、故障診斷與記錄等功能。系統有高冗余、可靠性高等特點，系統構成主要包括車載硬件、控制軟件、診斷軟件、監視軟件和維護工具等。按照IEC-61375標準規定的列車通信網絡組建，列車總線與車輛總線均采用MVB總線，將列車人機界面（HMI）、中央處理單元（CCU）等設備系統連接起來構成完整的TCMS網絡，其他沒有MVB接口的子系統可通過MVB總線協議轉換模塊連接到MVB網絡中。

2 MVB網絡介紹

成都地鐵3號線列車TCMS系統網絡結構，采用的網絡拓撲以設備串聯的方式連接各主系統設備，總線采用冗余傳輸形式，保證數據傳輸的可靠性。MVB總線的傳輸速率為1.5Mbit/s，可以主幀、從幀的區別來傳輸過程數據、消息數據和監視數據等數據類型，電氣接口為EMD介質傳送距離，要求每網段≤200米，每段最多支持32個設備，全網最多支持4095個設備，其中有256個是能參與消息傳送的站。

MVB網絡總線（EMD介質）采用兩對互為冗余的雙絞線，分別為線路A和線路B兩個通道同步發送相同的數據，該冗余設計可以防止傳輸線、引腳接點以及收發器的錯誤引起的MVB傳輸故障。

3 MVB通訊故障分析與處理

在TCMS工作過程中MVB通訊故障主要表現在設備離線或網絡不穩定、數據傳輸異常兩個方面。如果出現個別設備網絡通信中斷，通常是由于離線設備本身問題導致的設備離線，當網絡出現多個設備頻繁閃報離線故障時，通常可斷定為網絡通信不穩定或網絡通信受擾，此時需要對整個列車網絡進行排查。導致網絡不穩定的原因有很多，但多數是由于線纜或連接器問題導致，也有個別設備問題導致網絡不穩定的可能性較小，對于冗余設計的MVB網絡本身也會有冗余線路不穩定的情況發生，從而影響多個設備的通訊，對運營影響較大，因此需要對該類故障進行深入分析，找到切實可行的處理辦法。

3.1 通訊異常通路報紅故障概況

檢修人員在對電客車進行檢查試驗過程中檢查發現：TC1車MVB總線B通道持續顯示紅色故障，TC2車MVB總線B通道閃報紅色故障，網絡中無設備離線，初步判斷為網絡數據冗余傳輸異常，網絡不穩定。

3.2 故障分析

HMI顯示MVB總線A、B通道顯紅的診斷機制，是由安裝于HMI內部的MVB通訊板卡底層A、B路狀態檢測函數判斷，該函數的功能是實時判斷A和B兩路接收到的報文情況，對故障判定的邏輯條件為：

（1）正常情況下，A路和B路同時接受總線數據；

（2）當某一時刻，A路接收到一個報文，而B路未接收到報文或B路無法解析接收到的報文則認為該報文異常，即MVB板卡診斷到B路上有報文丟失或錯誤，則判斷B路通道故障，在HMI界面引出該故障信息顯示故障；

（3）當下一個報文A路和B路都能同時接受時，錯誤停止累加，B路狀態顯示正常。

在MVB網絡中導致數據無法解析的原因很多，內部設備的影響或者外部信號的干擾都可能導致該情況出現，但是總體來講分為三大類：

（1）掛接在MVB總線上的某個設備故障，在網絡中發布了某些無法解析的錯誤幀，當網絡中某個設備持續向網絡中發送異常信息網絡會屏蔽該地址設備，這種故障通常會導致HMI上某個通道閃紅故障，并偶發報該設備離線；

（2）線路故障或者受到外部干擾，導致在傳輸過程中，傳輸得越遠故障現象越明顯；

（3）信號經過RPT時，由于中繼器本身故障導致信號中繼過程中發生畸變，使后續設備無法解析。

3.3 故障點排查與處理

結合上述故障現象與分析初步判斷，在靠近TC2端附近的某一設備或線路出現故障或受到干擾，TC1接收到的數據經過RPT信號中繼后使報文畸變加劇，TC1端B通道永遠無法解析或接收到與A通道一致的數據，從而導致TC1端一直顯示紅色。而TC2端閃紅可能是故障引起的報文僅經過一次RPT信號中繼或未經過中繼從而畸變較小，故出現閃紅現象。因此通過以下方式進行故障點排查：

（1）根據以往經驗在線路中甩開可能影響到網絡運行的設備，并預防性更換MP1、MP2車RPT，故障未消除，排除中繼器RPT故障引起的網絡數據異常；

（2）通過斷開MP1車中繼器電源空開，觀察TC1車故障消除，TC2車故障依然存在，因此判斷故障點不在TC1車，且TC1車主設備無故障，恢復MP1車中繼器空開，斷開MP2車中繼器電源空開觀察，TC2車故障存在、TC1車故障依然存在，因此判斷除TC1車外其余車均有故障存在的可能性；

（3）逐一斷開除TC車掛接在MVB網絡中各設備的MVB連接線，甩開設備逐一確認故障情況，逐一排除設備故障導致的MVB通訊故障，把車載設備全部甩開故障沒有恢復；

（4）在TC1車MVB網線末端HMI處連接TCN協議分析儀，通過MVB抓取TC2車ACU、EDCU、PIS等設備均發生了從幀錯誤，且TC2車其他各設備波形均不太正常，分析可能是由于TC2車至TC1車傳輸中途某處受到干擾導致從幀波形異常，存在該異常會導致眾多設備從幀錯誤，因此導致B路一直顯色紅色故障。斷開MP1車中繼器空開后所有波形均正常，恢復MP1車中繼器空開并斷開MP2空開波形依然完成正常，因此判斷故障點在MP2車中繼器后端至TC2車HMI之間的線路或設備中。

圖1 TC1端通過MVB抓取TC2設備從幀異常波形

（5）TCN協議分析儀換端到TC2車，并且斷開MP2車中繼器空開后，抓取MVB通訊波形發現，在一個完整的MVB幀數據中，主幀與從幀的間隔時區內，在B通路中出現了一個異常的正弦波形，該波形在TC2端被檢測時會顯示B數據錯誤出現閃報紅色（故障）的現象。導致該波形產生的原因是B路信號與A路信號產生了串線或接地或受到嚴重的外部干擾，且該波形經過MP2及MP1兩次RPT中繼放大后生成一個無法識別的錯誤數據幀，從而干擾其他設備的從幀，使TC1車無法識別該數據，因此TC1車HMI報B通道常紅（故障）。

圖2 TC2端抓取主幀與從幀間隔區異常波形

（6）根據上述處理結果表明導致信號干擾的具體故障點，在MP2車中繼器（RPT）后端至HMI之間，且排除搭載設備的影響則只有線路可能導致其故障發生，因此使用外接旁路線纜根據車輛布線圖逐網段排除，當旁路至MP2車中繼器后端RIOM（PM2車與TC2車連接的首設備）與TC2車HAVC（TC2車與PM2車連接的末端設備）時故障恢復，波形正常且HMI界面顯示綠色（工作正常），由此判斷出故障點在此之間，此段線路中包含了車端渡線與車下分線箱，對分線箱與渡線插頭進行分解檢查發現：插頭4號針在A-3位置存在毛刺裸露在外，且與2號針在A-2位置搭接，4號針正好是B路數據傳輸線纜，B路信號通訊受到4號針毛刺影響將信號傳導至TC2車DIV處與A路信號串線。處理4號針毛刺后恢復插頭，確認故障消除，讀取MVB數據幀波形正常。

4 總結

通過上述處理后，該列電客車在后續運行中未再出現A、B通道顯紅故障，證明上述故障分析、處理有效，并形成此文供后續檢修人員學習參考。TCMS系統中MVB網絡，作為車輛通訊傳輸的“中樞神經”屬于非常重要的設備組成部分，主要用于運行過程中列車過程數據、消息數據和監視數據的傳輸。