地鐵車輛網絡控制系統通信異常問題檢修策略

秦 超

（株洲中車時代電氣股份有限公司，湖南 株洲 412001）

1 車輛網絡控制系統介紹

1.1 車輛網絡控制系統概述

地鐵網絡控制系統（TCMS）按照IEC61375標準規定的列車通信網絡組建。它的網絡結構劃分為列車控制級和車輛控制級兩級。列車控制級總線和車輛控制級總線均采用EMD電器中的MVB多功能車輛總線。網絡中繼器作為列車級總線與車輛級總線之間的網關，完成列車級總線到車輛級總線的數據轉發任務，從而實現網絡系統對列車各子系統和關鍵列車信號的控制和監測。

TCMS系統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總線進行連接，如圖1所示。TCMS系統采用MVB通信線路A/B通道冗余設計，任一通道故障時系統可自動切換另一路。整個系統包括車載硬件、操作系統、控制軟件、監視軟件、診斷軟件以及維護工具[1]。

圖1 TCMS系統實現與子系統MVB總線通信

1.2 網絡拓撲結構

TCMS系統將分布于整個列車的各個功能模塊或者控制單元，聯結成一個列車網絡。這些模塊或單元可分別安裝于車下設備箱體內、司機臺以及車廂電氣柜中。如圖2所示，TCMS系統列車總線和車輛總線均采用雙通道冗余結構，與網絡通信的所有設備組成了網絡拓撲結構。通過信號采集模塊，采集司機的操作指令和列車各個工況下的狀態等信號，并經過運算及邏輯處理，給出操作列車各部件的控制指令，最終通過MVB總線實現與牽引控制系統、空氣制動控制系統、輔助供電系統、煙火報警系統、信號系統、空調控制系統、車門系統以及廣播和視頻監控系統等的數據交換。

圖2 TCMS系統網絡拓撲圖

2 網絡通信異常判斷依據

一般情況下，網絡通信異常可以通過如下方法判定。第一，查看網絡中央控制單元的燈顯，通過燈顯含義可以較為直觀地發現網絡干擾現象。第二，通過軟件工具連接網絡中央控制單元，輸入對應指令，可以判斷A、B總線的狀態和錯幀率的變化情況，以此判斷該車MVB網絡狀態。第三，通過人機接口單元-網絡顯示器提示判斷網絡通信狀態。例如，網絡顯示器拓撲圖顯示對應設備為紅色、灰色或閃紅，顯示器主界面提示網絡通信不良故障，顯示器事件記錄界面顯示設備通信不良故障等，從而判定網絡存在通信異常。第四，通過軟件工具監視功能模塊或者控制單元的生命信號，若無生命信號或信號累積異常，則該設備出現通信異常。此類通信異常會在網絡顯示器上有所體現。第五，有些較為嚴重的網絡通信問題會造成網絡癱瘓，使得網絡顯示器無法進入常規界面并提示網絡通信異常等提示條目。

3 網絡通信異常問題檢修策略

網絡通信異常現象多樣，存在的問題點較多。檢修人員應形成較為系統和規范的排查思路，盡快定位問題點，解決問題。

3.1 網絡通信異常現象

網絡通信異常現象表現主要包括以下幾種。第一，網絡顯示器上報某一個設備通信異常，同時網絡拓撲圖對應設備顯紅或顯灰。第二，網絡顯示器上報某幾個設備通信異常，同時網絡拓撲圖對應設備顯紅或顯灰。第三，網絡顯示器上未報某個設備通信異常，但是網絡拓撲圖有某個設備閃紅、某幾個設備閃紅或設備閃紅但不固定為某個設備的情況。第四，網絡顯示器無法進入常規界面，并提示網絡通信異常等提示條目。第五，網絡顯示器上無任何故障信息，但網絡中央控制單元燈顯提示網絡異常。第六，網絡顯示器上無任何故障信息，網絡中央控制單元燈顯無異常，但軟件監視錯幀率偏高。

3.2 問題類型和故障樹結構

根據以往車輛調試和檢修經驗，車輛檢修中要定位故障點并排除問題，首先要了解造成異常問題的可能原因，并對這些原因進行分類，以便理清排查問題的著手點和思路，從而快速有效地解決問題。根據地鐵車輛網絡控制系統的控制原理和拓撲結構，結合以往的檢修經驗可知，造成網絡通信異常一般可能是設備問題、線路問題、軟件漏洞以及電磁干擾等造成的。

3.2.1 設備問題

設備問題主要指網絡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，設備硬件問題造成自身通信異常，具體表現為顯示器網絡拓撲圖上對應的設備顯紅、顯灰或閃紅。另一方面，設備硬件問題干擾其他設備通信，具體表現為顯示器網絡拓撲圖上某個或者某些設備顯紅、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連接器問題導致的網絡通信異常，主要包括以下6種情況。第一，MVB線路交叉或者錯接，無法構成線路直通。第二，MVB線路虛接、接地、短路以及斷路，無法構成線路直通或造成線路干擾。第三，MVB終端連接器阻值異常，影響信號通過EMD介質進行正常傳輸。第四，MVB連接器屏蔽異常，導致感應電流在屏蔽層內產生電磁干擾。第五，MVB連接器電路板損壞，無法構成線路直通或造成線路干擾。第六，MVB線路誤導入其他等級電壓或電流，影響了線路中正常電信號的傳輸。以上6類情況的具體表現均為顯示器網絡拓撲圖上某個或者某些設備顯紅、顯灰或閃紅。

3.2.3 其他問題

軟件漏洞和電磁干擾也會造成網絡通信異常。車輛在實際運行中因此類問題造成通信異常的問題并不多見。結合可能造成通信異常的各類原因可生成故障樹。網絡通信異常故障樹結構如圖3所示。

圖3 網絡通信異常故障樹結構

3.3 檢修策略

網絡通信異常現象千變萬化，但是掌握了網絡通信機制和網絡分布結構，就可總結出一套較為完整的排查策略。網絡通信異常排查方法比較集中，按照以下檢修策略進行排查，大多數通信異常問題基本可以定位并予以解決。

3.3.1 列車級與車輛級通信異常檢修

根據網絡拓撲結構可知，排查網絡通信異常時，確定問題是來源于列車級還是車輛級是第一步。此時，需要一些排查方法進行定位。中繼器作為列車級總線與車輛級總線之間的網關，問題排查應從此處著手。第一，拔掉疑似故障車中繼器模塊車輛級MVB連接器，即甩掉該車輛網絡。第二，觀察網絡狀態及錯幀率，若網絡通信問題消失且無錯幀率，則網絡干擾源來自該車。若網絡通信問題未消除，則需用相同的方法依次排查相鄰車節。若所有車輛級網絡均甩掉，錯幀率仍未消除，則網絡故障來自列車級網絡。

3.3.2 設備問題檢修

結合以往經驗，在網絡通信異常問題中，因設備原因造成的通信異常占一定比例。因此，在確認通信問題來源于列車級還是車輛級后，定位設備問題是檢修策略中必須考慮的部分。第一，拔掉疑似問題設備MVB連接器，觀察網絡通信異常和錯幀率是否消除。若消除，則是由該設備干擾網絡；若不消除，則需對照網絡布線圖依次排查。第二，確定是某設備干擾后，可直接更換該設備，并再次確認錯幀率。

3.3.3 線路問題檢修

線路問題在網絡通信問題中所占比例最高。在排除設備問題后，需重點排查網絡線路問題。

（1）因MVB通信線路A/B通道冗余設計，可先分別拔掉A和B任一通道MVB連接器進行觀察。若拔掉某通道MVB連接器網絡通信異常和錯幀率消除，則該通道存在線路問題，可進一步排查。若拔掉A或B任一通道MVB連接器問題未消除，則兩個通道均可能存在問題，或兩個通道線路發生交叉，需詳細排查。

（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連接器通道點位對地或連接器外殼的阻值，正常均應該為無窮大。若有異常，需進一步分段排查，定位到問題點。

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

（5）MVB線路無接地或接連接器外殼的情況下，需要進一步確認線路是否存在線路交叉、錯接、虛接以及斷路的問題。排查時可直接測量整個線路的通斷情況進行初步判斷。若同一通道出現偶數次交叉情況，無法通過測量整個線路進行判斷時，則需逐段測量線路通斷。

（6）對于MVB連接器電路板問題，有些可通過以上測線方法發現，有些則需進一步進行外觀確認和儀器測量。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絡通信異常問題并不常見。對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在列車新造調試階段，且出現問題的頻率較少。出現問題后，軟件工程師通過核對通信協議接口并優化軟件，基本可以解決問題。

（2）電磁干擾造成的網絡通信異常，并非屬于單一的網絡通信問題，而是屬于整車級問題，需從整車角度進行考慮和排查。一般來說，主機廠在車輛新造階段要做電磁兼容試驗，因此在列車運用時因電磁干擾造成的網絡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%以上的網絡通信異常問題故障。可見，有效的檢修策略加之豐富的故障處理經驗可以精準定位問題點，大幅提升問題解決的效率，為車輛安全穩定運行提供有力保障。

4 結 論

檢修人員應全面了解網絡控制系統，掌握其控制原理和拓撲結構，并通過實踐掌握豐富的檢修經驗。網絡通信異常問題雖然千變萬化，但是面對實際問題時總是有跡可循，因此通過理論和實踐便可形成一套較為完整的檢修策略。上述總結的檢修策略較為通用，對地鐵網絡系統問題的檢修排查有一定的參考價值，能夠幫助檢修人員理清排查思路，提高檢修效率，從而保障地鐵穩定運行。