车载控制器设备故障处理浅析及维护建议

王鹏 吴亮

车载控制器设备故障处理浅析及维护建议

王鹏 吴亮

摘 要：结合北京地铁4号线和大兴线现场系统调试、维护工作经验，详细介绍了CBTC系统中的VOBC系统构成及工作原理，并对常见VOBC系统故障原因进行了具体分析。

关键词：车载控制器;设备故障;维护

北京地铁4号线及大兴线信号系统采用先进的Seltrac移动闭塞CBTC系统，列车控制信息由车载控制器 (VOBC)进行统一管理。如果VOBC系统出现故障，列车将切换到NRM(非限制人工模式)，导致列车丧失ATO和ATP功能，行调只能依靠计轴设备对列车粗定位，这样将加大人工介入排列进路操作的安全隐患，也大大降低了运营的效率，增加了列车运行的潜在危险。为此，围绕VOBC系统原理及构成，就其常见故障处理进行分析，以期缩短故障延时，达到提高运营效率的目的。

1VOBC系统概述

CBTC系统主要组成部分有：列车自动控制子系统 (ATC);列车自动监控子系统 (ATS);计算机联锁子系统 (CI);数据通信系统 (DCS)和维护支持子系统 (MSS)等。车载ATC系统的核心是能够根据冗余“三取二”原则执行每个ATP和ATO功能的VOBC装置。

1.1 VOBC系统构成

VOBC系统由以下部分组成：MPU、PPU/VIM子架、MRU(OBRU/CDU)子架和TI子架。车辆中为VOBC配备的外围设备包括：天线、接近传感器、速度传感器、司机显示屏 (TOD)、2个无线天线等。

1.2 VOBC工作原理

信号系统在CBTC模式下，VOBC通过天线探测轨道上的应答器，查找其在数据库中 (包含所有相关的轨道信息，如车站停靠、坡度、轨道限速、轨道转辙机位置和轨旁信号机位置等)的方位，及测量列车在2个应答器之间的运行距离，确定列车绝对位置。VOBC通过AP(无线接入点)通信，向地面ZC(区域控制器)报告本列车的精确位置，由ZC根据列车的当前位置、速度和行车方向，将LMA发送到VOBC，同时要考虑路线、道岔的状态、受限速度以及其他障碍物，确保列车间的安全距离。在确保列车控制灵活性的前提下，ATS通过无线通信方式来确定列车位置，并随之控制列车，使列车能够以更加接近的间距运行。

1.3 VOBC系统功能

1．可提供列车的持续定位。

2．配备有连续的双向通信无线电系统，能够为轨旁和中心设备提供连续通信。

3．能够确保连续的速度控制和列车监控。

4．能够控制在相同线路区间内以不同方向行进的列车，利用车载控制器，以自动和人工受保护模式，指挥列车正向和反向行车。

2 典型案例分析

故障现象：某日XX次列车在正线运行过程中紧急制动 (EB)，EB无法缓解。查看列车自动监控子系统 (ATS)报警信息为：里程XX.XXXkm处XX列车紧急制动，SSR检测到牵引使能输出故障。

故障分析：首先通过ATS报警信息来分析潜在含义。

VIM2为VOBC系统外围处理器单元 (PPU)/车辆接口模块 (VIM)子架上的板卡，而PPU/VIM子架作为其他用户子系统 (牵引、制动等)与VOBC设备之间的主要接口，其功能是收集来自各种车载设备的信息，并提供给主处理器单元(MPU)子架。另外，PPU/VIM子架还从MPU子架接收用于控制输出的已表决控制命令，表决命令传输给VIM2板卡后，VIM2将生成远程输出，并提供输出状态信号和实时安全控制单元(RTVCU)之间的接口 (如图1所示)。

图1 数字信号输出配置图

SSR为 VIM2板卡上的固态继电器，它对VIM2的信号传输起到决定性作用。如果牵引使能工作状态与VIM2输出信息不匹配，将导致VOBC系统进入被动 (PASSIVE)模式 (该模式下VOBC与车辆外部输出端口全部断开，列车EB，车载信号系统不再控制列车)。由于报警信息未提及车辆设备和VOBC之间的输出接口连线电路故障，所以先排除VOBC系统与车辆接口故障，使故障点基本锁定在VIM2板卡回检线路及SSR本身电子元器件上，具体分析如下。

1．首先查看VIM2板卡有无明显的损坏情况，然后确认VIM2与PPU/VIM子架的连接插针是否完好，并且无松动情形;再检查PPU/VIM子架与主处理单元MPU子架之间相应的线缆，如子架与输出命令连接线、电缆物理状态及插针工作电压任何一项出现异常，将致使子架功能性不稳定，VOBC输出系统命令有误。

2．排除外部接点电缆线路无异常后，基本可以断定SSR电子元器件异常，VIM2回检信息不通过，将不能保证表决命令信号正常输出。参照PPU数字信号输出原理及VIM2输出模块工作原理图得知：VIM2远程输出之间具有1000 V的绝缘电压，每个输出以最大200 mA的电流传输瞬态保护信号;配置跳线既可以选择外部电池的正、负极或24 V电压，以便应用到各个外部输出，还可以在16位宽端口中对输出进行分组 (见图1)。在主板上对3个输出信号 (每个PPU复制器中有1个)进行表决，以创建一个可以应用于VIM2板卡的信号受控输出。

通过把信息发送到输入输出端口 (I/O)插卡来启动输出外围接口通信和控制 (PICC)板卡，每个PICC控制2个选择性场效应晶体管 (MOSFET)。I/O插卡闭锁PICC信号，并使MOSFET保持打开或关闭状态，I/O插卡的输出均连接在PPU主板 (MB)上，实现三取二表决所需的电路。表决的输出应用于VIM2板卡上的SSR，它是一个双向电路，其中一端可以在3个触点之间进行选择：一个正电源 (图2中的+BT)、一个负电源 (图2中的-BT)和到插卡后连接器的一个引脚。SSR用于切换输出的“开”和“关”，跳线允许将继电器触点配置为安全、非安全或干触点，根据插卡的变体，在制造时间完成该选择 (如图2所示)。

SSR的其他端通常作为外界的输出，并且可以通过一个隔离强制动作继电器 (FAR)将其断开，在一个串行配置复查中，使用FAR的一个触点。各个VIM2有隔离FAR表决控制，并为所有3个PICC提供一式三份的状态复查，通过独立的电路将输出的状态反馈给3个I/O，然后再反馈给PICC。

PICC除接收固态继电器的命令，将外围数据发送到 MPU外，还接收来自系统内部的复查。PICC可以在启动时定期和隐式执行嵌入式测试(BIT)。由 PICC成功解码的生命周期监控器(LCM)信号为过程循环监控器/电源 (PCM/PS)模块上的PCM继电器供电，PCM/PS模块将VOBC置于活动模式;中断LCM信号的接收会切断PCM的电源，并将VOBC置于被动模式。

通过以上原理分析，列车VOBC自检信息无法通过是导致牵引使能继电器无法正常吸起的主要原因。

故障处理：为不影响线路正常运营，故障处理应遵循故障检修级别。在第一线路上，故障线路可替换单元 (LRU)被更换，故障处理后列车通过所有功能性测试返回服务状态;然后，故障LRU被带入第二线路维护设施，经维修过的LRU作为可用备件被送回仓库。故障处理完成后，需要将损坏的板卡和连接线做记录，再遇到同样的故障时，可以参照此次故障原因进行优先判断和处理，便于以后快速修复故障。

3 VOBC设备故障处理措施

如果CBTC系统出现故障，可通过ATS的告警信息确定故障点，直接分辨出是轨旁设备、中心设备或车载设备中哪一设备故障。当确定车载设备遇到影响服务的问题时，可登车收集VOBC系统报警信息，并对比ATS报警信息，以尽快判断VOBC故障点。在处理故障时应采取下列措施。

在重新启动VOBC时，观察VOBC的板卡LED灯显示及车载继电器的自检工作状态。如果VOBC不能顺利启动，则记录TOD上的故障信息，并使车辆返回维护区域进行维修;如果VOBC顺利启动，通过了位于轨道上的至少2个应答器，则尝试车辆在正线或试车线上重新进入系统，确定位置，并建立与 ZC的通信。如果车辆成功与ZC通信，让司机尝试ATPM模式和ATO模式操作 (否则，使列车返回维护区域进行维修)。如果VOBC不能正常运行，应将列车返回维护区域进行维修。在车辆故障得到修理后，在试车线上测试车辆，只有在通过所有测试后，才能重新投入运营。

4 结论

VOBC系统为车辆提供了可靠的ATP和ATO功能，因此保障VOBC系统设备的正常运行成为确保地铁车辆安全运营的先决条件。这就要求技术人员熟悉系统原理、积累现场故障处理经验，并加大检查设备或对潜在问题的定期维护，以避免故障发生，排除威胁地铁列车安全运行的故障隐患。

［1］朱敏，王菲菲．SelTrac移动闭塞系统VCC I/O输出错误故障原因浅析［J］．铁道通信信号，2012(4)：33－36．

［2］上海贝尔卡特大学．上海地铁项目信号系统维护培训教材．上海贝尔阿尔卡特大学，2007

Abstract:In combination with experiences in commissioning and maintenance of the field systems of Beijing Subway Line 4 and Daxing line，we elaborate the composition and working principle of the VOBC system in the CBTC system and analyze the reasons of common failures in the VOBC system．

Key words:VOBC;Equipment failure;Maintenance

王 鹏：北京市华铁信息技术开发总公司 助理工程师 100081北京

吴 亮：中国铁道科学研究院通信信号研究所 工程师 100081北京

2012-05-10

(责任编辑：温志红)