常州地铁1号线列车TCMS网络通道故障诊断分析

臧伟

摘要：以常州地铁1号线为例，分析了列车TCMS网络通道及其故障诊断分析。通过对网络通道故障的解决及分析，对网络通道故障排查提出了更高要求。

关键词：列车网络控制系统;司机显示单元;MVB网络;网络通道

一、引言

列车网络监控系统（TCMS系统），自身具备对列车牵引功能、制动系统及车辆各个设备运行状态进行实时监管和故障诊断等功能。在这些功能的作用下，实现了列车TCMS系统的运作。但是在应用列车TCMS系统过程中，因为受各种因素的影响，使得列车TCMS系统出现网络通道通讯故障，从而影响自身功能的发挥和车辆运行安全。因此，需要对列车TCMS系统网络通道故障高度重视，结合网络控制原理及故障产生原因，采取对应的处理措施，减少列车TCMS系统问题出现，保障车辆运行安全，确保服务质量。

二、列车TCMS系统基本概述

TCMS系统是一个综合性的列车控制和管理系统，采用分布式和模块化设计，对列车运行状态进行实时跟踪和控制。常州地铁1号线每列车的TCMS系统主要由以下设备构成：2个冗余的车辆控制单元VCU、两路互为冗余的MVB总线、2个司机显示单元DDU、8个远程输入输出模块RIOM、2个网络中继器Repeater等。TCMS主要控制检测下列系统：空调控制系统（HVAC）、牵引控制系统（PCE）、辅助供电系统（ACE）、车门系统（EDCU）、乘客信息系统（PIS）、烟火报警（FAU）、弓网监测（PCMU）、制动控制系统（BCU）等车辆系统。TCMS系统可以实现信息采集、逻辑运算、信息显示以及列车故障存储、列车事件记录、在线故障跟踪分析、故障/事件数据可视化等功能。还可以通过TCMS实现对牵引制动指令传输、空调工作模式、客室空调温度控制及自动报站等功能。详细的网络拓扑结构如图1所示。

三、网络控制诊断方式

列车通信网络由MVB总线构成，MVB总线贯穿整列车。车辆控制单元VCU连接在MVB总线上，能够监视、控制整列车，同时将诊断的信息发送到司机室显示器上。一列车的两个车辆控制单元互为冗余，当其中一个故障时，另外一个将自动接替它的工作，实现无缝切换。为了延长总线传输距离，确保长距离传输时信号的质量，在MP车设置了中继器，连接两端的 MVB 总线。车辆的每一个电子子系统（例如车门、制动系统等）集成了一个电子控制单元来监测自己，未集成电子控制单元的电子子系统则会被VCU进行检测。子系统的任何故障将被存储在各子系统本身当中，每个子系统发送他们当前的故障信息给主VCU。VCU根据各子系统发送的信息，进行综合处理诊断。VCU同时具备事件记录仪（即EVR）功能、集成故障记录仪（即FDL）功能，可为这些故障信息配置环境数据以辅助分析故障发生原因。在列车出现故障时，能通过故障提示，进行准确判断和处理，车辆人员通过PTU下载VCU存储的故障履历和事件记录，再根据故障及功能诊断逻辑表，迅速进行故障排查处理。

四、列车网络通道故障产生原因

4.1设备故障因素

常州地铁1号线列车TCMS系统MVB 网络线路采用MVB1、MVB2双通道结构，双通道互为冗余，图2为TC车MVB网络控制图。MVB1与MVB2又与多个设备相连，单个设备的网络故障可能导致DDU显示网络故障。

当MVB1 通道正常，MVB2 通道双线中有一条线路出现断开情况时，MVB1通道能满足正常运作;若MVB1通道同时出现故障时，DDU将显示黑屏。在常州地铁1号线多列车在正线运行和库内列车唤醒阶段，出现瞬间黑屏情况，并闪报“DDU通讯检查中，请稍候！” 故障，间隔几秒后故障恢复。在分别断开MVB1、MVB2通道进行故障排查故障中，发现以MP1车中继器为界TC1车、MP1车设备在线，M1、M2、MP2、TC2车设备掉线，检查MP1车中继器MVB2通道指示灯不亮，判断为中继器设备故障。

4.2人为操作因素

人为操作因素主要有主要两方面原因：一是操作人员未严格按照网络布线工艺标准（TBT3153-2007 铁路应用机车车辆布线规则）执行，在接線过程中，存在接线反接、虚接、破皮等情况;二是操作人员采用的的试验方案存在缺陷，仅对型式试验列车及其他列车单个设备进行了耐压绝缘测试，未将整车网络通道功能测试纳入例行试验或调试预验收项点，导致列车在移交后存在带隐患运行问题。在常州地铁1号线及某地铁2号线都发生了MVB 网络通道插头接线因松脱、虚接情况，导致网络通道无法实现冗余功能。在单通道无法工作或者瞬间故障时，导致列车产生间断提示通讯故障。

4.3自身传输原因

从车辆TCMS系统自身角度来说，会由于受到网络干扰等因素影响，使得不能顺利进行各项信息信号的传递和接收。例如网络传输失误，因为本身传输质量不高，再加上信号干扰、噪声等因素，导致数据丢包、失真。此外在产品设计阶段，各设备之间接口协议未明确清楚，或者个别子系统设备未按照接口协议要求生产，导致无法数据传输错误，从而引发网络通道无法正常通讯故障。

五、列车网络通道故障的处理对策

采用TCMS网络控制系统的优点是不运行错误的信息。相反地，TCMS系统无效信息将不能被诊断。对于类似中继阀设备故障或虚接、破皮等接线隐患，导致的网络通道冗余性丢失，目前还无法通过网络显示出最小故障点。针对此类故障，制定了以下处理对策：

1、梳理排查方法

①当DDU显示黑屏或者网络通道故障时，可以通过DDU界面维护按钮查看网络状态显示，网络状态界面显示的是列车网络总线上所挂载设备的通讯情况。若单个设备故障，相应图标将显红。

②进行网络通道冗余性功能测试：分别将单通道断开进行测试，切换两端VCU设备，在DDU界面查看查看网络状态显示，再对显示有异常设备进行排查。

③对线路进行绝缘测试，使用万用表测量网络通道连接器阻值，并于正常MVB网络插头数值进行对比分析。

④测量终端电阻阻值，使用万用表测量MVB1/MMVB2通道连接器处阻值（常州地铁1号线MVB插头标准值为63Ω）。

2、规范作业流程

通过规范生产作业流程，能够有效的防止产品质量问题导致的网络故障。同时在现场安装过程中，加强质量管控，避免接线问题带来的安全隐患。在列车例行试验、调试预验收工作中，要增加网络通道功能测试项点，进一步验证列车网络控制系统运行的稳定性。并且现场采购适量的网络线缆状态诊断设备，对网络通道进行故障排查。此外，要定期对网络通信设备开展防静电除尘维护，降低安全风险系数。

3、定期加强检查

现场加强检修质量，要求定期开展检查，结合计划修修程对网络控制系统设备及柜体进行积灰清理。对VCU和RIOM等设备的工作环境进行优化，电气柜底部增设干燥剂，确保柜体内干燥;在电气柜柜门处设置通风口便于设备散热。同时加强对MVB插头接线检查，提前发现问题及时解决。

六、结语

随着社会的发展，城市轨道交通运行的安全性、舒适性和可靠性越来越受到乘客的广泛关注，这就对网络控制系统提出了更高的要求。网络通道冗余性丢失，存在重大安全隐患，容易导致DDU黑屏故障，给车辆运行带来重大影响。因此，需要结合车辆TCMS系统网络通道故障产生因素，及时做好网络通道问题排查工作，确保列车运用的稳定性和可靠性。运用部门在与车辆主机厂进行设计联络与设计审查过程中，对网络布线、接口协议、EMC测试、故障管理等网络控制标准必须严格规范。同时车辆主机厂对既有项目出现的问题，应该查明原因，极力避免在新项目中出现。

参 考 文 献

[1] 黄苏平.TCMS系统网络拓扑.南京：中车南京浦镇车辆有限公司，2017