毕业设计 城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除 - 图文(10)

断。故障记录应能断电保存。故障等级和数据应向本车（本单元）节点报告。

②车辆诊断：节点通过MVB总线、RS485通信及输入、出端口获取本车（本单元）中各部件的诊断信息，以断电保存的方式存储这些数据，并将诊断故障等级和设备状态报告给主控节点。

③列车诊断：主控节点（司机所在的车辆的节点）对各车辆中设备故障情况以及对分布在列车中的牵引及制动设备工作的协调情况进行判断、综合评估、作出相应对策建议，并在显示屏上显示。为了转储故障信息，可采用RS232C、RS485或IC卡。

4.3 城轨列车网络控制系统对比

列车控制和诊断系统采用分布式控制技术（列车控制和诊断系统拓扑图见图4.2）。列车控制和诊断系统是一个集控制、信息采集、记录和显示的完全国产化的TCN网络系统，符合IEC61375标准，具有列车牵引、制动和其他辅助设备（如空调、HB、SIV等）的控制功能，能对列车主要设备的运行状态和故障进行自动信息采集和诊断、记录和显示，并可通过读出器将数据读出和打印。

整个列车控制和诊断系统网络划分为三级，由贯通全列车的列车总线、贯通一个车辆的车辆总线以及车辆内与部分子系统通信的局部总线组成。列车总线和车辆总线之间通过车辆控制模块VCM交换数据；车辆总线和局部总线之间通过MVB、RS485通信模块、RCM/HCM通信模块交换数据。

不论是MVB EMD列车总线还是MVB ESD+车辆总线，通信线路均采用双通道热冗余设计，当某一路通信线路出现故障时，系统可以自动切换到另一路通信线路。对于关键的车辆控制模块VCM，由于其主要实现重要的车辆控制、总线管理和网关功能，因此在每列车对VCM做了热冗余配置，在当前主VCM出现故障的时候，备用VCM将接管主VCM的职责，行使所有的控制功能。

列车控制和诊断系统还支持车辆的维护工作，包括支持检查功能和自诊断功能。通过设在司机操纵台内的数据读取接口或设在车下牵引逆变器、辅助逆变器等设备内的数据读取接口可方便地下载运行记录或故障记录数据，用于分析运状况或分析故障原因等。

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第5章 列车网络控制系统常见故障的分析与处理

采用基于 TCN 网络的控制系统的好处是不运行错误的信息（不论信息是否有效） 对于列车出现故障。时，司机通过故障提示响应正确故障处理，车辆检修人员利用维护软件下载表 1 所述的 VCU 存储数据信息，再根据逻辑设计原理迅速进行故障排查。相反地，列车线控制系统无效信息将不能被诊断。对于类似列车线有节点松动、虚接，继电器触头氧化、虚焊等电气部件隐患问题导致的短暂性故障，无法排查到最小故障点。

5.1 MVB总线通信网络中断

正常的 MVB 通信，每一个成员都在网络中得到定义好的地址，例如乘客信息系统（PIS）地址为 38、车门图5.1故障信息的传输原则系统(EDCU)地址为484，并通过令牌传递总线访问控制方式对整个通信网络的 A/ B 通道进行循环，确保通信网络的畅通

图5-1为利用MVB总线测试器对广州地铁3号线列车通信网络的检查情况，结果显示其中网络B通道断开，列车的故障表现为车门控制单元无法连接上MVB通信网络，同时无法设置乘客信息系统的广播路径。故障原因为EDCU的MVB插头针脚损坏。

图5-1 令牌传递总线访问控制 5.2列车控制和诊断系统

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图5-2列车控制和诊断系统拓扑图

列车控制和诊断系统采用分布式控制技术（列车控制和诊断系统拓扑图见图5-2）。列车控制和诊断系统是一个集控制、信息采集、记录和显示的完全国产化的TCN网络系统，符合IEC61375标准，具有列车牵引、制动和其他辅助设备（如空调、HB、SIV等）的控制功能，能对列车主要设备的运行状态和故障进行自动信息采集和诊断、记录和显示，并可通过读出器将数据读出和打印。

整个列车控制和诊断系统网络划分为三级，由贯通全列车的列车总线、贯通一个车辆的车辆总线以及车辆内与部分子系统通信的局部总线组成。列车总线和车辆总线之间通过车辆控制模块VCM交换数据；车辆总线和局部总线之间通过MVB、RS485通信模块、RCM/HCM通信模块交换数据。

不论是MVB EMD列车总线还是MVB ESD+车辆总线，通信线路均采用双通道热冗余设计，当某一路通信线路出现故障时，系统可以自动切换到另一路通信线路。对于关键的车辆控制模块VCM，由于其主要实现重要的车辆控制、总线管理和网关功能，因此在每列车对VCM做了热冗余配置，在当前主VCM出现故障的时候，备用VCM将接管主VCM的职责，行使所有的控制功能。

列车控制和诊断系统还支持车辆的维护工作，包括支持检查功能和自诊断功能。通过设在司机操纵台内的数据读取接口或设在车下牵引逆变器、辅助逆变器等设备内的数据读取接口可方便地下载运行记录或故障记录数据，用于分析运行状况或分析故障原因等。

5.3总线/列车线信号检测时间的限制

西门子SIBAS32列车网络控制系统需要对列车线信号和总线信号的反馈进行检测，如机械制动缓解状态、车门关闭状态等，诊断异常后触发牵引封锁作为

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安全保护。广州地铁3号线列车正线运营时“牵引封锁/激活故障”多出现进站台中部，此时列车电制动力不足需要由机械制动补充;另一情况出现的频率较低，是在列车出站启动时

列车VCU发出牵引命令或制动过程中气制动退出时，网关阀或智能阀控制相应制动夹钳缓解机械制动，同时将制动缓解信号通过MVB总线反馈给VCU。制动夹钳完全缓解机械制动后，阀内压力开关控制继电器动作，作为执行单元缓解机械制动的列车线反馈信号。

VCU监控机械制动缓解的总线信号和列车线信号，在3.5 s的检测时间内允许不同步，一旦信号不同步>3.5 s后，VCU判断列车机械制动未完全缓解，发出牵引封锁命令进行保护，信号逻辑判断如图5-3所示。

图5-3 机械制动未缓解

地铁检修人员对此问题做进一步验证，即在VCU软件中将机械制动缓解状态的检测时间缩短到1.5 s后，列车“牵引封锁/激活故障”不断发生。最终，车辆供货商西门子将检测时间延长到5.0 s后，解决列车“牵引封锁/激活故障”。

5.4 软件设计缺陷

列车网络控制系统故障普遍是由VCU软件设计缺陷所致，特别是在项目重新改造后暴露出的设计缺陷，包括列车参数偏差、控制命令传输或分配不同步、故 障管理级别定义缺失。

VCU软件作为列车网络控制的核心软件，其设计缺陷必然导致列车所属子系统出现问题。表2举例了广州地铁3号线列车，由于VCU软件设计缺陷，尤其是在2009年广州地铁3号线列车重联之后，运营时出现的一系列问题。

5.5北京地铁10号线故障分析

事件经过:北京地铁十号线于2012年5月27日下午5:40左右因为设备故障

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暂时停运，目前已全线封站。今晨8时27分，地铁运营公司对外宣布，地铁10号线一列车车载ATP出现故障退出运行，导致重点换乘站等车乘客较多。

事件分析:据海淀黄庄站工作人员介绍，车载ATP设备是列车重要的信号设备，其多项功能与乘客的安全息息相关。海淀黄庄站主要是换乘受影响较大，10号线站台乘客比平时多。10号线故障在很短时间内就已经排除，站内秩序很快恢复正常。

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