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發表于 2017/11/9 22:50:22  |  來自 搜狐網  |  查看 3009
列車網絡故障診斷儀在深圳地鐵列車的應用

地鐵列車網絡故障預警及快速故障診斷的應用與研究


        國內新型地鐵列車通信系統基本采用MVB網絡,運營維護過程中對MVB網絡的診斷缺乏有效的檢測手段,更無法抓取到有效的數據,大多采用更換設備和線纜的方式排除故障。深圳地鐵1號線一期列車運行超過10年,MVB網絡故障頻發,存在同樣的困擾。深圳地鐵結合國內外各廠家網絡診斷系統的應用研究,利用MVB網絡故障診斷儀,分析波形,發現單個數字輸入輸出模塊產生了噪聲、雜波,成功鎖定了故障點,解決了早期列車TCMS網絡診斷功能不完善而導致的網絡故障查找困難的問題。

關鍵詞:列車網絡 MVB 丟幀 快速故障定位

一、背景

隨著軌道交通行業的發展,越來越多的列車的網絡系統采用了列車通信網絡(TCN - Train Communication Network)標準。作為TCN標準介質之一的多功能車輛總線(MVB - Multifunction Vehicle Bus)產品的市場獲得長足的發展;截至2017年為止,國內所有新增城市軌道列車,無一例外使用MVB網絡。TCN是鐵路列車車輛之間和車輛內部可編程設備互聯傳送控制、檢測與診斷信息的數據通信網絡,我國是參與制定列車通信網絡(TCN)標準的國家之一。引進國際列車網絡標準IEC61375后國內進行十幾年的消化與積累相關列車網絡產品從早期的純進口,到現在的完全自主已形成較為完善的產品應用體系。

然而,在現場故障排查及預警方面,國內的地鐵運營公司遲遲未能形成突破,以往故障檢修僅能通過替換設備,更換線纜的低效率排除方式,且在部分疑難故障上無法準確定位故障原因而導致反復復現,嚴重影響運營服務質量。

二、地鐵列車網絡故障預警及快速故障診斷的應用現狀

車輛設備供應商網絡接口的設計規范不完全一致,存在安全隱患。

不同TCN產品互聯時,故障時有發生,但是鑒定手段單一,主要依賴于各個網絡部件的供應商。

國內檢測能力整體偏低,即便是設備廠家,由于缺乏底層數據依據很難快速定位故障原因,導致故障解決周期太長。

在列車調試過程中,由于設備兼容性、線纜磨損、接頭松動等原因,網絡通信的信號質量會持續逐步發生變化,進而引發新的故障。

一旦列車交付地鐵運營使用,故障判斷和處理將變得成本高昂。

列車網絡整體調試沒有形成一套完整的報告,調試結果的好壞也沒有一套判斷標準。

隨著TCN行業的發展,專門用于快速故障檢測與定位的測試工具顯得逐漸重要起來。

三、列車網絡故障預警及快速故障診斷方案

基于列車網絡標準IEC61375相關參數要求,通過第三方檢測工具,不依賴于網絡或車輛廠家提供的簡易結論分析工具,結合列車網絡實際情況從網絡物理層實時提取相關數據并對網絡拓撲檢查、網絡端口配置表、幀頭錯誤等十余項參數進行分析排查。其中以下六項功能內容實用性較高:

(一)幀錯誤

檢測網絡中是否存在幀頭、幀尾錯誤。一般出現幀錯誤的原因有端口沖突、地址沖突、信號質量過差、車載設備網絡接口設計不規范等原因

(二)過程數據測試

檢測是否存在端口丟失、沖突、長度不符,端口周期是否與網絡設計吻合,能夠快速查看端口列表,查看端口數量、類型,能夠快速查看各個端口的查詢-應答情況,并對異常狀況定位分析。

(三)幀間隔測試

測試主從幀之間的時間間隔。當間隔過小或過大時,可能導致網絡設備無法識別從幀。網絡設備的設計及中繼器性能會影響這個測試結果。分析幀間隔情況,對超出設計要求的設備進行快速定位和分析,并定量分析中繼器對幀間隔的影響。

(四)信號幅值

衡量遠端網絡的驅動能力,如果信號幅值過小可能造成通信異常。需要一種便捷的手段,快速衡量在網絡中的不同位置的信號強度瓶頸,規避風險。

(五)信號上升沿時間

線纜老化、連接頭松動、網絡設計阻抗不匹配等原因都會導致信號邊沿時間過長,進而引起各種不同的故障。

(六)干擾測試

列車通信網絡中可能存在一些周期性或者非周期性的干擾,可能是車載設備內部產生的,也可能是從電網中引入的;上述部分測試項目(例如端口、幀頭、CRC等)都可能由于干擾導致異常。通過測試,確認是否存在干擾信號;如果存在,需要能夠分析其周期性,以方便定位干擾來源。

四、故障處理成功案例

深圳地鐵1號線104車在運行過程中會出現TCC網絡通信中斷故障(如圖1),隨后立即恢復,沒有任何的規律。經反復調查,都未能確定故障點。借助武漢力德TCNX2002B網絡測試設備(圖2),成功鎖定了故障點—DX數字輸入輸出部件。

圖1 深圳地鐵1號線104車通信故障

圖 2 列車網絡診斷設備實物圖

(一)故障現象

深圳地鐵1號線104車在運行過程中會出現通信系統輪流報故障并顯示掉線狀態,沒有明確的規律性。經反復調查,都未能確定故障點。

(二)處理主要經過

借助武漢力德TCNX2002B網絡測試設備,逐步接入MVB網絡。

1.按照現有網絡拓撲結構,一級網絡為WTB總線,二級網絡為MVB中距離總線介質EMD類型,三級網絡為MVB短距離總線介質ESD類型,詳細協議標準請參考IEC61375,推薦先進行二級網絡接入測試,接入位置拓撲及二級網絡總覽狀態。如圖3:

圖 3 二級網絡接入拓撲示意圖

在2級網絡中通過未響應數量排序,發現端口A00,AA0,A80,A70,A60,A20等有丟幀現象存在,該類型端口主要集中在A車AX及DX模塊三級網絡區域,如圖4。

圖 4 二級網絡幀總覽概況

2.在出現故障車輛的A車,將列車網絡故障診斷儀按照圖5所示的位置接入總線。

圖 5 三級網絡接入拓撲示意圖

通過幀總覽模式對總線上所有端口的數據進行采集,幀總覽結果如圖6:

圖 6 三級網絡幀總覽情況

通過幀總覽得知三級網絡中通信質量較差,有較多端口存在幀響應異常,進一步通過波形模式了解具體波形質量如圖7:

圖 7 當前A車三級網絡波形質量

前期通過其他車輛測試到的標準三級網絡波形質量如圖8:

圖 8 正常三級網絡波形質量

通過波形質量對比可知,網絡中存在較為明顯的噪聲干擾,導致通信異常,該噪聲來源于該三級網絡中,后續通過短接排查的方式(如圖9所示),確認主要異常模塊編號為4A22的DX模塊,端口地址為A70H。

圖 9 故障排查短接模式

三級網絡不帶任何子模塊時波形質量如圖10:

圖10 BCT網關狀態

僅將4A22接入網絡時,波形如圖11:

圖 11 4A22模塊故障現象

三級網絡中去除4A22后波形質量,波形如圖12:

圖 12 104車A車三級網絡恢復狀態

(三)測試結果

A車三級網絡中由于4A22編號的DX模塊隨機向外發噪聲導致網絡工作異常及設備掉線。更換4A22 DX模塊后,此列車功能恢復正常。

總 結

早期地鐵列車長期運營后,由于通信設備板卡老化、連接頭松動、線纜表皮磨損等原因,造成列車通信網絡信號質量逐步變差,影響列車運營服務質量。在列車TCMS系統網絡診斷功能不完善的情況下,需要借助網絡通信狀態測試儀等設備,提升此類通信故障的處理時效性和準確性,從多個維度的指標和閾值來確定故障原因,及早更換狀態較差的設備,提升列車的技術狀態,充分保障列車運行安全。

作者:深圳地鐵集團有限公司 謝述武、黃初平、謝玲玲

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