广州地铁A3型车DXB模块超时改造分析研究

郭天星

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510000）

1 改造背景

广州地铁运营的A3型车是由长客庞巴迪生产，自出厂交付使用至今，频繁出现正线运营中DXB模块超时导致车辆高速断路器跳闸现象。对车辆的正常运营使用造成了严重的影响。

从A3型车控制逻辑图分析，当高速断路器合按钮2S03信号(B15_HscbOn-Cm)发出ON指令后，产生信号 VCU_HscbXcrStrCm，HSCB开关为ON。按下按钮后，开始执行高速断路器保压信号VCU_HscbX-crHdCm，此时高速断路器闭合。当VTCU与DXB通讯超时，导致VTCU不能从DXB得到高速断路器反馈信号DXB_HscbX-crSt。此时将产生高速断路器关闭故障信号VCU_HscbTrXcr。如果在1 800 ms内、由于通讯超时导致产生3次以上VCU_HscbTrXcr信号时，将产生高速断路器断路永久性故障信号VCU_Hscb-TrPmXcr。此信号将使VTCU控制DX模块停止对高断保持继电器供电。控制逻辑如图1所示。

图1 VTCU控制逻辑图

如图2所示，当VCU_HscbTrPmXcr输出信号设置为永久性故障时，DX模块输出的高断保持继电器110 V电将断开，高断保持继电器失电，导致高速断路器跳闸断开。如图2所示。

图2 DXB通讯超时引起跳主断

基于上述分析，可以判断A3型车正常跳闸的原因为DXB模块与VTCU通讯超时，导致VTCU不能接收到高速断路器反馈信号，从而引起高断跳闸。为解决该问题，需分析DXB模块通讯超时原因，并提出改造方案解决该问题。

2 网络超时原因分析

为查找列车DXB模块超时的真正原因，对A3型车进行了DXB网络通讯延迟测试实验。测试结果显示频繁出现因DXB超时跳主断列车的模块网络响应时间较大，网络延迟在160 ms以上，最大值达1 400 ms。而未出现过跳主断故障的列车DXB的网络响应时间在64 ms以内，而DXB模块在MVB网络中一个正常周期扫描时间应在64 ms内。为找到DXB模块与VTCU通讯超时的原因，现场通过使用自制DXB模块和MVB线进行DXB模块延迟测试实验，查找VTCU和DXB模块的通讯超时原因。

通过自制DXB模块和自制MVB电缆改变DXB与VTCU之间设备连接，分析判断延迟产生原因是否与模块设备及通讯电缆有关。A3型车现有MVB网络如图3所示，VTCU通过BCT与ECU、MCM、DXB、A/C进行总线通讯，DXB模块位于MCM模块和A/C模块之间，终端电阻地址块位于A/C控制器后端。

采用改变现有列车网络结构，进行测试如下：

（1）自制MVB电缆由BCT模块引出，直接进入PH箱内DXB模块，去除其余设备的影响，用电脑监控DXB模块是否超时，如图4所示。分析BCT设备对DXB模块的影响，测试表明DXB网络响应时间正常，未出现超时现象，即BCT未对DXB通讯产生影响。

（2）自制MVB电缆由制动模块引出，进入PH箱内DXB模块，去除MCM模块、空调模块的通讯影响，用电脑监控DXB模块是否超时。如图5所示，分析制动模块设备对DXB模块的影响，测试表明DXB网络响应时间正常，未出现超时现象，即制动模块未对DXB通讯产生影响。

图3 现有MVB网络

图4 DXB置于BCT后

图5 DXB置于ECU后

（3）自制MVB电缆由MCM模块引出，进入PH箱内DXB模块，用电脑监控DXB模块是否超时，如图6所示。分析MCM模块设备对DXB模块的影响。测试表明DXB出现响应超时，即MCM模块及电缆对DXB网络通讯产生影响，导致出现通讯延迟现象。

图6 DXB置于MCM后

（4）自制MVB电缆由空调模块引出，进入PH箱内DXB模块。即互换A/C和DXB在网络中的相对位置，用电脑监控DXB模块是否超时，如图7所示。分析空调设备对DXB模块的影响。测试表明DXB网络通讯正常，即当DXB模块位于网络终端时能消除网络通讯延迟。

（5）上述实验表明，VTCU与DXB通讯延迟与MCM模块与DXB模块这一段网络通讯有直接关系，但通过改变DXB模块在MVB网络中的相对位置可以避免延时现象的出现。为判断改变DXB模块在网络中的位置是否会对DXB与VTCU的通讯产生影响，使用自制DXB模块和自制MVB电缆改变DXB模块在网络中的位置。如图8所示。

图7 DXB置于A/C后

图8 改变DXB相对位置测试

将DXB模块置于ECU与MCM之间；BCT与ECU之间，DXB通讯延迟均处于正常范围内。

实验结果表明改变DXB模块在MVB网络中的位置可以解决通讯超时的问题。分析DXB通讯超时原因，怀疑为MCM至DXB这一段MVB线路的通讯介质质量较差，MVB的传输信号是高频信号（1.5 MHz），传输介质不良可能会导致数字信号传输受到干扰。改变DXB模块在MVB网络中的位置可以纠正由于传输介质原因导致的传输信号干扰，降低VTCU与DXB模块间的通讯延迟时间。

3 改造方案

根据测试结果并结合车辆实际布线情况，采取将DXB置于MVB网络的末端的方案。该方案可以有效降低DXB模块的响应时间，且改造方案布线简单，成本低，改造可行性大。将DXB模块与A/C模块网络相对位置互换，DXB模块置于MVB总线网络终端，终端电阻地址块置于DXB输出口：改造后的网络逻辑即如图9所示。

此方案布线简单，同时改造后的MVB网络中ECU和MCM作为牵引和制动系统的关键部件，在MVB总线网络中与VTCU相对位置不变。选取具有故障代表性的2A9695车进行改造，该车属于庞巴迪增购车，交车至今已经多次发生由于DXB模块超时导致的跳主断情况，且集中发生在2B95车，据不完全统计11年至今该车已出现24起DXB模块超时跳主断故障，对改造效果的评估较有代表性。改造前对2B95车进行MVB总线延迟测试，检测到该车DXB模块与VTCU通信超时情况严重，通信延迟时间普遍大于64 ms，检测到最大值为1 400 ms，测试一分钟内超时多达33次。

图9 利用备用线改造布线

改造后再次进行MVB总线测试，检测2B95车DXB与VTCU通信无超时情况。通讯延迟全部小于64 ms，检测测试十分钟内未发生一次超时情况。

通过延迟测试发现改造后可以明显将DXB超时减少到64 ms标准响应时间内，改造效果明显。目前该车已上线运行两周时间，未再发生DXB超时引起的跳主断，也未发生与DXB模块改造相关的故障，初步证明了改造方案是可行的。

4 结论

由于厂家设计缺陷，A3型车由于VTCU与DXB模块网络超时导致的跳主断问题一直长期困扰着车辆的正常运行。通过本次测试及改造，解决A3型车长期困扰车辆使用的难题，对现有网络进行了优化，消除了列车控制网络的延时，提高了车辆可靠性。同时为车辆维护人员自主解决车辆长期存在的惯性难题提供了宝贵经验，提升了列车服务水平。

［1］（美）约翰逊著，邓晖译.高速信号传输［M］.北京：电子工业出版社，2012.

［2］长春长客-庞巴迪轨道车辆有限公司.广州地铁1&2号线增购车辆微处理器控制用户手册：第一版［Z］.2006.

［3］张振淼.城市轨道交通车辆［M］.北京：中国铁道出版社，1988.

［4］龙志强，李迅，李晓龙，等.现场总线控制网络技术［M］.北京：机械工业出版社，2011.