中速磁浮CAN網診斷與調試平臺設計

周鈺琳，王詩航，高鋒周，羅邱冰

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 421000)

1 磁浮列車調試中的問題

磁浮列車具有快速、低耗、環保、安全等優點，為保證其安全可靠性，在車輛下線前需要經過充分的調試工作。目前在磁浮列車調試工作開展過程中主要存在以下問題。

1)磁浮列車底架設備狀態監測難度大。磁浮列車底架設備包括懸浮控制器、導向控制器、渦流控制器、輔助電源設備等，均為列車運行過程中的重要關鍵部件設備。底架設備狀態正常與否直接影響磁浮列車的正常運行，在列車運行和調試檢修過程中，磁浮列車的底架設備狀態監控十分重要。

常規的城軌列車部件監測方式是在被監測設備附近安裝監測探頭，對被監測設備狀態進行實時采集和監控，如軌旁監測[1]、走行部監測[2]等。然而，由于磁浮列車底架空間有限、設備數量繁多、設備布置緊湊、結構十分復雜，導致常規的城軌列車部件監測方式無法適用于磁浮列車。

2)磁浮列車調試智能化程度低。磁浮列車在車輛下線前，需要經過充分的調試工作，保障列車的正常運行。目前在調試工作開展過程中，列車設備狀態診斷和調試基本依靠目視檢查與人工操作，智能化程度低，效率低下。其中，列車的硬線IO節點狀態檢查是調試階段的一個重要環節，該項確認正常后，才能進入下一道工序。目前的調試方法是技術人員操作軟件設置IO信號的閉合和斷開，調試人員在車輛上配合進行IO狀態確認，通過對比預期狀態和實際狀態來判斷線路是否正常。一臺4編組的列車，500個IO信號在狀態正常的情況下，全部檢查完成平均需要15個工時；如果由于接觸不良、虛接等情況，或由于員工交叉作業出現誤操作等造成線路發生故障的現象，調試則需要更長的時間。

2 解決方案

針對上述問題，本文設計了一種磁浮列車診斷與調試平臺，接入現有網絡系統中，實現對底架設備狀態監控和調試輔助功能，對于磁浮列車生產和售后維護具有重大意義。

1)利用現有設備對底架設備進行實時監控。針對磁浮列車底架空間不足以及結構復雜，導致底架設備監測困難的問題，考慮在不增加設備的前提下，利用底架設備已有的網絡配置，將底架設備狀態通過CAN網通信，傳輸至診斷顯示平臺進行實時顯示。

2)智慧調試替代機械性檢查，提高調試效率。針對磁浮列車調試以機械性檢查為主，導致效率低下、錯誤率高的問題，考慮采用調試輔助軟件輔助調試的方式，通過調試輔助軟件強制車載繼電器動作和接觸器加電斷電，替代人工操作，提高調試效率和準確性。

本文所設計的列車診斷與調試平臺，包括CAN網診斷顯示模塊和調試輔助單元。CAN網診斷顯示模塊用于實時監測列車底架設備狀態信息，調試輔助單元用于模擬信號斷開閉合強制操作，控制車載繼電器動作和接觸器加電斷電，由車載RIOM設備采集硬線信號，實時傳輸至診斷顯示模塊進行對比診斷，智能化輔助調試工作開展。

3 平臺整體設計

磁浮列車網絡控制及診斷系統采用基于以太網的新一代網絡控制系統TCSN[3]，TCSN的控制診斷網、維護網統一采用以太網總線相連，底架設備通過CAN總線進行連接，CAN網與以太網之間通過IOM機箱進行中轉通信。

基于以上網絡環境，將本文設計的診斷與調試平臺接入以太網中，通過IOM機箱進行數據轉換，實現與CAN網設備進行數據傳輸，實時監測底架設備狀態，并提供調試功能。本平臺包括診斷顯示模塊與調試輔助單元，整體設計如圖1所示。

圖1 磁浮列車CAN網診斷與調試平臺整體設計

如圖1所示，底架設備通過CAN網實時發送設備狀態信息至IOM機箱，由IOM機箱進行“CAN-以太網”數據轉換，發送至診斷顯示模塊進行顯示；調試人員操作調試輔助單元發送控制指令至IOM機箱，由IOM機箱轉發至CAN網總線中，實現對LCU的控制功能，進而實現對硬線的控制。

4 調試輔助單元設計

調試輔助單元主要針對列車硬線信號的狀態進行模擬調試，通過讀取IO信號配置表，生成調試模擬界面。調試輔助界面通過軟按鈕的方式，強制網絡輸出節點閉合或者斷開，對比列車該節點預期狀態和實際狀態，判斷硬線狀態是否正常；另一方面，車輛的IO節點中，許多信號之間存在邏輯關系，其中一個信號故障會影響多個故障，或者一個信號故障是由于多個故障引起的。基于以上事實，考慮在調試輔助平臺增加邏輯關系顯示界面，輔助調試人員進行故障分析，快速定位，提高調試效率。

4.1 邏輯關系顯示

邏輯關系界面顯示IO信號的邏輯關系，在設備故障時，為調試檢修人員提供關鍵的排查故障思路，減少因先驗信息缺失而導致的盲排操作。通過讀取信號配置表，生成邏輯關系界面如圖2所示：IO邏輯關系界面通過對輸入信號和輸出信號采用與或非的關系進行顯示，輔助檢修調試人員快速了解列車信號狀態和邏輯關系，在故障發生時快讀定位故障，及時解決問題。

圖2 調試輔助單元IO邏輯關系界面圖

4.2 模擬調試

調試輔助單元通過讀取信號配置表的方式，生成調試操作界面(見圖3)，界面可模擬LCU輸出控制指令，實現車載繼電器動作和接觸器加電斷電，通過車載RIOM設備采集相應的硬線信號，并將采集信號實時傳輸至診斷顯示模塊進行實時監測。

如圖3所示，每個信號右側配備一個軟按鍵，調試過程中，操作人員通過點擊軟按鍵，設置該信號閉合或斷開(0代表斷開，1代表閉合)，點擊“測試”按鈕，即可發送本界面設置好的指令。調試人員對比診斷顯示模塊顯示的硬線信號狀態和預期狀態，即可判斷該條信號狀態是否正常。

圖3 自動生成模擬調試界面圖

5 CAN網診斷顯示模塊設計

CAN即控制器局域網絡，是一種全數字化、多主和雙向的現場總線。CAN總線在數據通信的可靠性、數據通信實時性以及數據通信的靈活性方面具備強大的優勢，其與以太網的組合構成車載網絡系統，具備高實時性和高可靠性[4]。

基于以上網絡環境，CAN網底架設備狀態數據經過CAN網傳輸至IOM機箱，IOM機箱進行CAN網數據至以太網數據的轉換，發送至診斷顯示模塊進行實時顯示，診斷顯示模塊界面布局如圖4所示。

圖4 診斷顯示模塊基本布局

圖4中，標題區顯示本車車號、當前界面名稱和時間信息。基本信息區顯示各子系統設備狀態，可通過點擊設備選擇區按鈕進行切換，顯示不同設備的狀態信息。故障信息顯示區顯示實時故障信息，司機點擊確認按鈕后進入下一條故障。底部按鈕區可以選擇不同界面顯示，包括事件信息、懸浮導向、電網和IO邏輯關系等。

6 應用效果

本平臺應用在200 km/h中速磁浮項目中，實現了由平臺輔助調試代替人工操作的方式，進行LCU網絡節點檢測的智能化調試。

應用本平臺之前，一列4編組的列車，在有500個IO節點的情況下，平均需要2個工人，花費18個工時完成整列車IO節點檢測。應用本平臺后，同樣在一列4編組的列車，有500個IO節點的情況下，只需要1個工人，平均花費4個工時完成整列車IO節點檢測，大大提高了調試檢修效率。

除此之外，該平臺的底架設備狀態監測功能對于底架設備的調試檢修效率也不同程度的提升。

7 結語

本文設計了CAN網診斷與調試平臺，包括CAN網診斷顯示模塊和調試輔助單元2個部分。

調試輔助單元通過讀取信號配置表的方式，生成可視化界面，可對IO信號進行邏輯關系顯示，并模擬LCU輸出指令強制節點閉合或者斷開，輔助開展調試工作，解決了磁浮列車調試人工操作為主導致的效率低下、錯誤率高的問題。

CAN網診斷顯示模塊主要對磁浮列車的底架關鍵設備進行實時監視，如懸浮控制器狀態、導向控制器狀態、渦流控制器狀態、電網電壓電流以及LCU的IO狀態等，輔助司乘人員進行列車狀態觀測診斷，解決了由于磁浮列車底架空間有限、設備繁多、結構復雜導致的底架設備監測困難的問題。

綜上所述，該平臺以可視化的界面，在不增加底架設備的基礎上，完成了對底架設備的實時監控，以信息化手段替代人工操作開展調試工作，具備可移植、便于擴展的優勢，可應用在出廠調試檢修和售后維護中，應用范圍廣、適應性強，簡化了調試流程，提高了調試效率，使得調試過程從人工走向了數字化、智能化。