广佛线地铁列车车门显示红点问题分析与处理

丰茂圣

(广州地铁集团有限公司运营事业总部,510380,广州∥工程师)



广佛线地铁列车车门显示红点问题分析与处理

丰茂圣

(广州地铁集团有限公司运营事业总部,510380,广州∥工程师)

为解决广佛线地铁列车经常出现多个车门显示同时出现红点故障的问题,从车门显示控制原理、列车控制和车门通信协议等方面深入调查分析,查找故障原因。最终确认是由于软件通信协议存在缺陷,导致列车控制系统无法接收所有车门的实际状态信息,并通过修改列车控制及车门软件,实现列车MVB(多功能车辆总线)+RS485双总线冗余功能,使故障得以消除,效果显著。

地铁; 车门系统; 总线冗余; 通信故障

Author′s address Department of Operation Corporation,Guangzhou Metro Corporation,510380,Guangzhou,China

1 问题的提出

地铁广佛线列车客室车门采用的是南京康尼公司生产的外挂密闭门,车门系统的运动由电子门控器控制,电机驱动。电子门控单元(EDCU)是车辆电气和车门机械操纵机构之间的接口,由可编程序控制器实现,具有自诊断功能和故障记录功能,以及与列车总线网络进行通信的功能,并可通过列车总线网络对车门进行控制及故障监视,同时也可由司机通过硬线回路操作。

在运营过程中,广佛线列车多次出现列车显示屏(HMI)显示数个车门同时红点的故障。具体故障表现为，在一节车厢中,顺着车门系统内部通信网络的布线路径,从某个车门开始,其后续所有车门均报严重故障,HMI上显示红色(车门打开),导致列车晚点、清客并退出服务,给地铁正常运营造成了较大影响。

2 故障分析及调查

读取列车故障时的车门数据(如图1)中有大量的“通信中断”的故障信息,可能是主门控器(MDCU)与列车控制单元(VCU)的MVB(多功能车辆总线)通信中断,也可从门控器(LDCU)和主门控器的RS485通信中断。

图1 门控器数据

2.1 硬线问题查找

根据广佛线列车车门系统控制逻辑(见图2)，EDCU需同时收到零速信号、开门使能信号和开门信号才能执行开门过程,同样需同时收到零速信号、关门使能信号和关门信号才能执行关门过程。

图2 车门控制逻辑

通过查看列车故障期间的视频,发现出现红点故障的车门能够正常开关,因此,通过硬线传输的零速信号、开(关)门使能信号和开(关)门信号是正常的。虽然列车显示屏(HMI)上显示红色(代表车门打开),但实际开关门动作正常;通过对故障列车车门的硬线逐步检查,也未发现问题。因此,排除车门硬线方面的问题。

2.2 硬件故障查找

故障进一步确定为HMI上显示的车门状态与实际不相符,故障原因可能为:VCU硬件故障或是多个门控器同时故障导致。

广佛线列车的车门网络由MDCU与VCU构成的MVB一级网络和由MDCU与LDCU构成的RS485二级网络组成,如图3所示。LDCU的状态和故障等数据先传送给MDCU,MDCU 将收集到的数据封装,再通过MVB网络传输给VCU。

图3 车门通信网络

如果是VCU故障无法与MDCU进行通信,则应该是整节车8个车门全部报红点故障，甚至是全车的车门都出现红点故障,此种故障情况与实际情况不符;将出现红点一节车厢的全部门控器进行了返厂检测,检测结果为某个门控器的通信模块故障,其它门控器的功能均正常。理论上讲,多个门控器同时出现故障的机率也是极低的。因此也排除了VCU故障或是多个门控器同时故障的可能性。

2.3 软件问题查找

排除车门硬线及硬件的故障,只可能是VCU接收到车门状态信息或者是MDCU传递给VCU的车门状态信息错误,导致车门红点的产生。属列车控制软件和车门软件接口方面的问题。查看SIBAS-G里的逻辑(如图4所示)发现,在SIBAS-G里的逻辑中,VCU只接收MDCU传输的数据。查看列车控制软件和车门软件的接口协议，发现:

图4 SIBAS-G中车门逻辑

(1) 车门LDCU不与VCU直接通信,LDCU的状态和故障等数据先传送给MDCU,MDCU将收集到的数据封装,再通过MVB网络传输给VCU。当LDCU通信出现故障,MDCU无法收到该LDCU的数据,VCU也无法通过MDCU获取该LDCU的数据。

(2) 列车控制软件逻辑中关于对车门检测规定:当VCU接收到的MVB信号中有某个车门处于未关闭到位状态,则禁止车辆牵引;当某个车门的相关数据无效时,默认该车门处于打开状态。

(3) VCU只默认读取MDCU1传送的MVB数据,当VCU检测到MDCU1无效时,才会取MDCU2传送的MVB数据。

根据前两条协议,如果某个车门的门控器断电或通信模块出现故障时,MDCU无法收到其相关通信数据,因而MDCU发送给VCU的该故障车门的数据也将置为无效。VCU接收到无效数据后,将认为该故障车门是处于打开状态的,相应在HMI上显示为红点。

由于车门的数量众多且动作频繁,因此车门是故障率最高的系统。为避免上述发现的“(2)”中因某个车门故障而导致列车清客退出服务的严重情况,车门软件中采取了相关措施加以弥补,即MDCU检测到某个车门出现通信中断时,强制置其状态为关闭到位状态,并设置其相关数据为有效,同时报知VCU该门存在故障。既解决了车辆禁止牵引的问题,又及时提示司机对该故障车门进行相应处理。

根据上述发现的“(3)”,由于未开放通信端口用于两个MDCU之间数据交换,车门系统未实现RS485总线冗余功能。因此,当某个门控器出现通信故障(如图5中LDCU5通信故障),MDCU1接收不到断点后面门控器(LDCU2至LDCU7)的通信数据,将强制置这些车门的状态为未关闭到位状态,强制置这些门的数据为有效,并上报VCU这些门均存在通信中断故障。此时,VCU误认为LDCU2至LDCU7均存在严重故障,在HMI上显示上述5个车门的图标为红色,出现多个车红门闪的故障。这就是某个门控器故障会导致多个车门显示红点的故障的原因所在。

图5 RS485总线断路示意图

由此可以得出:是由于列车控制系统和车门系统软件缺陷,车门通信网络只有MVB冗余,未实现MVB+RS485双总线冗余功能,从而某个门控器发生通信故障后,车门无法实现RS485总线断路故障冗余功能,引起多个车门显示红点的故障。

3 处理措施

为解决单个车门控器通信故障导致多个车门红点的故障,需要对列车控制软件和车门软件分别进行如下修改。

(1) 修改列车控制系统和车门控制系统接口文件,在MVB端口的空余字节中添加LDCU状态的RS485总线控制信号。实现2个MDCU通过MVB总线传输RS485总线的控制信号,2个MDCU同时向VCU发送和接收端口状态的数据。2个MDCU均将出现通信中断的车门的状态数据置为无效,并置该门的故障标志为“通信中断”故障,实现在HMI上给出“车门严重故障”提示。

(2) 修改列车控制系统软件,开放用于2个MDCU之间数据交换的通信端口,同时读取2个MDCU传送的MVB数据,实现2个MDCU通过MVB总线传输RS485总线的控制信号。将MVB通信数据均无效的车门的状态强制置为隔离状态,以保证列车不会因为某个车门断电或通信模块故障而引发列车禁止牵引等问题。

完成上述软件修改后,VCU可同时读取2个MDCU传送的RS485总线断点两侧的门控器数据,实现MVB+RS485双总线冗余功能。如果出现图5中的RS485总线通信故障后,MDCU1无法接收到断线另一侧的LDCU(LDCU2至LDCU7)通信数据,但VCU可通过读取MDCU2的数据获得。2个MDCU通过MVB总线传输RS485总线控制信号,通过比对各自获取的所有门控器的通信状态标志数据,可计算出RS485通信线路的断点位置为LDCU7,由MDCU1将断点前一个门控器的故障标志置为通信总线故障,由此可立即判断为LDCU5的RS485总线通信故障,解决了与LDCU5相连后续车门红点的问题。

此外，还对列车控制系统和车门系统的软件作了修改,并在列车上进行测试,测试方法及结果如下:

(1) 所有车门处于关闭状态,打开1号门并打下门控器电源,手动关闭1号门,然后牵引列车,HMI上报1号门车门严重故障,显示红色,其它车门状态正常。列车可以正常牵引;打开1号门并打下门控器电源,列车不能牵引。

(2) 所有车门处于关闭状态,打开3号门并打下门控器电源,手动关闭3号门,然后牵引列车,HMI上报3号门车门严重故障,显示红色,其它车门状态正常,列车可以正常牵引;打开3号门并打下门控器电源,列车不能牵引。

测试结果显示,修改后的软件可有效解决多个车门红点的问题。通过对一列车软件更新及两个月的跟踪测试,目前所有列车的控制及车门软件已全部更新,多个车门同时显示红点的问题得以解决。

4 结语

通过修改列车控制系统和车门系统的软件,实现了车门系统控制的MVB+RS485双总线冗余功能,解决了多个车门同时红点的问题,有效避免了因多个车门同时红点故障导致的清客、退出服务等问题,提高了运营服务质量。

[1] 广州市地铁集团有限公司.珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段车辆采购项目[G].广州:广州地铁集团有限公司,2008.

[2] 西门子(中国)有限公司.SIBAS-G-Reader逻辑功能描述[G].株洲:株洲西门子(中国)有限公司,2009.

[3] 朱士友.车辆检修工[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2009.

Analysis of Door Red Dot Fault on Guangzhou-Foshan Metro Line and Solutions FENG Maosheng

The multiple door red dot faults often appear on Guangzhou-Foshan Metro Line,to solve this problem, the door control principle,train control and door communication protocols and so on are investigated in depth, to find the causes of the malfunction.Finally, flaws in the software communication protocol are confirmed, which led to the train control system failure in receiving all the information about the actual status of doors. By modifying the train control and the door system software, the train MVB + RS485 dual bus redundancy is achieved, and the fault is fundamentally solved with remarkable effect.

metro; door sytem; bus redundancy; communication fault

U 270.38+6

10.16037/j.1007-869x.2016.05.026

2014-10-20)