CRH1A-A动车组MIO故障冗余机制研究

邵迥 张少远

摘 要：针对CRH1A-A动车组MIO自检故障原因进行分析，通过具体故障案例的现象及数据，得出现有CRH1A-A动车组MIO自检故障冗余机制的缺陷，并提出了切实可行的改进措施。

关键词：MIO自检故障;冗余;CRH1A-A动车组

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.124

0 引言

MIO-DX（数字输入/输出单元）主要由控制模块和数字I/O模块组成，I/O模块可根据接口需求配置1到4个。分布在列车网络回路中，通过MVB（多功能车辆总线）与CCU-O（主控制器）进行通信，用于激活继电器、接触器，读取传感器状态等控制和监控功能[1]。

1 原理分析

1.1 MIO工作原理

MIO-DX如下图1所示：各个I/O模块的主要作用为：E0模块主要接收车组停放制动按钮、保持制动按钮状态信号及发送紧急制动指示灯、保持制动按钮指示灯等信号;E1模块主要接收EB、UB回路检测等状态信号及发送停放制动按钮指示灯、制动试验指示灯等信号;E2模块主要接收解钩、过分相按钮等状态信号及发送车组左右侧外门使能释放等信号;E3模块主要接收牵引安全回路等状态信号及发送车钩加热、车窗加热等信号。

MIO-DX（E0～3）设置有冗余模块MIO-DX（F0～3），其设计原理为当主模块出现故障时，TCMS启用冗余模块，冗余模块启动后不会对车组功能造成影响。

1.2 冗余机理

目前TCMS软件主/冗MIO之间的功能转换是通过主MIO通信信道的有效信号进行控制的，如下图所示，只有当主MIO通信信道有效信号为“0”的情况下，才会选择冗余MIO的通信信道输入输出信号。如图2所示。

库内模拟MIO自检故障时监控相关信号发现，当报出MIO-DX 自检失败（E2），故障代码8572时，其主MIO通信信道V_MIOE2_OUT2的有效信号仍为1没有变化，此时TCMS并不会采用冗余MIO-DX（F2）的信号值。

2 故障原因分析

2.1 MIO自检故障原因分析

MIO每个I/O模块的信道都会进行自测和控制模块的诊断测试。自测项包括输入状态、输出状态、高测试组、过热状态、失速继电器状态、内部总线状态。自测结果由STS（自测状态）位进行总结，当自检通过时，说明模块功能正常，STS为1;当发生自检失败时，STS变为0，并通过MVB发给TCMS报出MIO自检失败故障，同时STS状态会记录在ODBS数据里，MIO会进入相关的故障模式。

MIO的主要工作模式有：

（1）正常模式：STS=1，输入/输出信号工作正常。

（2）受限模式：STS=0，当输入自测失败，或输出自测失败状态为安全失效（即如果一个数字输出在要求激活时检测到了处于未激活状态）进入受限模式。在此工作模式下，模块仍像正常模式一样工作，仅故障信道的自检状态位显示为0。当故障信道再次自测通过时，模块恢复正常模式。

（3）安全保护关断模式：STS=0，输出自测失败状态为危险失效（即如果一个数字输出在未要求激活时检测到了处于激活状态），状态位SP_OK变为0。在此工作模式下，该装置的所有I/O模块中的SAR和数字输出失活。在断开电源之前，该装置会一直保持在这种状态。

按照I/O模块的类型，STS状态位是根据各个自检状态位进行逻辑计算的，任一项自检不通过，STS=0。

（1）E0（基址模块）的STS。

（2）E1～3（非基址模块）的STS。

基于以上MIO的自测原理，分别对发生的MIO自检失败原因分析如下：

（1）报MIO E3自检失败的环境数据可知，状态位E3_ST2发生了变化，由FDB8→E9B0，E3_ST1未发生变化。

将E3的ST1和ST2数据编译后具体状态位分布如下，黄色高亮部分为与自检状态STS相关的信道，可以看出，E3的OS[1]、OS[3]值为0，说明E3的输出端口1和3自测出现故障。SP_OK變为0，说明模块进入安全保护关断模式。

（2）12：38：36报MIO E0～3自检失败的环境数据如下，可见状态位E0～3_ST1发生了变化，由BFFF→B000，E0～3_ST2未发生变化（如图8）。

将E0～3的ST1和ST2数据编译后具体状态位分布如下，可以看出，SP_OK为0，模块仍处于安全保护关断模式，E0～3所有的输入自检状态IS[1..12]全部为0，自测不通过。此时E0～E3的输出信号被置0，TCMS的控制信号将无法传输输出（如图9）。

2.2 现场结论

MIO-DX（E3）内部故障，造成输出信号自检失败，使得MIO模块进入安全保护关断模式，模块输出信号被设置为0，导致TCMS相关控制信号（如外门释放使能、保持制动指示灯）等不能正常传输，出现外门无法集控打开，保持制动按钮闪烁等故障现象。

3 改进建议

在深入分析故障数据及MIO模块自检故障冗余机理的基础上，针对MIO主/冗转换的问题，建议当主MIO自检失败时，启用冗余MIO，这样完善了MIO模块的冗余机制，增强了动车组的稳定性。

参考文献：

[1]张曙光.CRH1型动车组[M].北京：中国铁道出版社，2007.