地铁车辆网络控制系统通信异常问题检修策略

秦 超

（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412001）

1 车辆网络控制系统介绍

1.1 车辆网络控制系统概述

地铁网络控制系统（TCMS）按照IEC61375标准规定的列车通信网络组建。它的网络结构划分为列车控制级和车辆控制级两级。列车控制级总线和车辆控制级总线均采用EMD电器中的MVB多功能车辆总线。网络中继器作为列车级总线与车辆级总线之间的网关，完成列车级总线到车辆级总线的数据转发任务，从而实现网络系统对列车各子系统和关键列车信号的控制和监测。

TCMS系统由一系列的功能模块或者控制单元组成。各功能模块通过MVB总线进行连接，如图1所示。TCMS系统采用MVB通信线路A/B通道冗余设计，任一通道故障时系统可自动切换另一路。整个系统包括车载硬件、操作系统、控制软件、监视软件、诊断软件以及维护工具[1]。

图1 TCMS系统实现与子系统MVB总线通信

1.2 网络拓扑结构

TCMS系统将分布于整个列车的各个功能模块或者控制单元，联结成一个列车网络。这些模块或单元可分别安装于车下设备箱体内、司机台以及车厢电气柜中。如图2所示，TCMS系统列车总线和车辆总线均采用双通道冗余结构，与网络通信的所有设备组成了网络拓扑结构。通过信号采集模块，采集司机的操作指令和列车各个工况下的状态等信号，并经过运算及逻辑处理，给出操作列车各部件的控制指令，最终通过MVB总线实现与牵引控制系统、空气制动控制系统、辅助供电系统、烟火报警系统、信号系统、空调控制系统、车门系统以及广播和视频监控系统等的数据交换。

图2 TCMS系统网络拓扑图

2 网络通信异常判断依据

一般情况下，网络通信异常可以通过如下方法判定。第一，查看网络中央控制单元的灯显，通过灯显含义可以较为直观地发现网络干扰现象。第二，通过软件工具连接网络中央控制单元，输入对应指令，可以判断A、B总线的状态和错帧率的变化情况，以此判断该车MVB网络状态。第三，通过人机接口单元-网络显示器提示判断网络通信状态。例如，网络显示器拓扑图显示对应设备为红色、灰色或闪红，显示器主界面提示网络通信不良故障，显示器事件记录界面显示设备通信不良故障等，从而判定网络存在通信异常。第四，通过软件工具监视功能模块或者控制单元的生命信号，若无生命信号或信号累积异常，则该设备出现通信异常。此类通信异常会在网络显示器上有所体现。第五，有些较为严重的网络通信问题会造成网络瘫痪，使得网络显示器无法进入常规界面并提示网络通信异常等提示条目。

3 网络通信异常问题检修策略

网络通信异常现象多样，存在的问题点较多。检修人员应形成较为系统和规范的排查思路，尽快定位问题点，解决问题。

3.1 网络通信异常现象

网络通信异常现象表现主要包括以下几种。第一，网络显示器上报某一个设备通信异常，同时网络拓扑图对应设备显红或显灰。第二，网络显示器上报某几个设备通信异常，同时网络拓扑图对应设备显红或显灰。第三，网络显示器上未报某个设备通信异常，但是网络拓扑图有某个设备闪红、某几个设备闪红或设备闪红但不固定为某个设备的情况。第四，网络显示器无法进入常规界面，并提示网络通信异常等提示条目。第五，网络显示器上无任何故障信息，但网络中央控制单元灯显提示网络异常。第六，网络显示器上无任何故障信息，网络中央控制单元灯显无异常，但软件监视错帧率偏高。

3.2 问题类型和故障树结构

根据以往车辆调试和检修经验，车辆检修中要定位故障点并排除问题，首先要了解造成异常问题的可能原因，并对这些原因进行分类，以便理清排查问题的着手点和思路，从而快速有效地解决问题。根据地铁车辆网络控制系统的控制原理和拓扑结构，结合以往的检修经验可知，造成网络通信异常一般可能是设备问题、线路问题、软件漏洞以及电磁干扰等造成的。

3.2.1 设备问题

设备问题主要指网络MVB通信的功能模块或者控制单元的硬件问题造成的通信异常。一方面，设备硬件问题造成自身通信异常，具体表现为显示器网络拓扑图上对应的设备显红、显灰或闪红。另一方面，设备硬件问题干扰其他设备通信，具体表现为显示器网络拓扑图上某个或者某些设备显红、显灰或闪红。

3.2.2 线路问题

线路问题主要指MVB线路的A/B通道接线问题及其配套的MVB连接器问题导致的网络通信异常，主要包括以下6种情况。第一，MVB线路交叉或者错接，无法构成线路直通。第二，MVB线路虚接、接地、短路以及断路，无法构成线路直通或造成线路干扰。第三，MVB终端连接器阻值异常，影响信号通过EMD介质进行正常传输。第四，MVB连接器屏蔽异常，导致感应电流在屏蔽层内产生电磁干扰。第五，MVB连接器电路板损坏，无法构成线路直通或造成线路干扰。第六，MVB线路误导入其他等级电压或电流，影响了线路中正常电信号的传输。以上6类情况的具体表现均为显示器网络拓扑图上某个或者某些设备显红、显灰或闪红。

3.2.3 其他问题

软件漏洞和电磁干扰也会造成网络通信异常。车辆在实际运行中因此类问题造成通信异常的问题并不多见。结合可能造成通信异常的各类原因可生成故障树。网络通信异常故障树结构如图3所示。

图3 网络通信异常故障树结构

3.3 检修策略

网络通信异常现象千变万化，但是掌握了网络通信机制和网络分布结构，就可总结出一套较为完整的排查策略。网络通信异常排查方法比较集中，按照以下检修策略进行排查，大多数通信异常问题基本可以定位并予以解决。

3.3.1 列车级与车辆级通信异常检修

根据网络拓扑结构可知，排查网络通信异常时，确定问题是来源于列车级还是车辆级是第一步。此时，需要一些排查方法进行定位。中继器作为列车级总线与车辆级总线之间的网关，问题排查应从此处着手。第一，拔掉疑似故障车中继器模块车辆级MVB连接器，即甩掉该车辆网络。第二，观察网络状态及错帧率，若网络通信问题消失且无错帧率，则网络干扰源来自该车。若网络通信问题未消除，则需用相同的方法依次排查相邻车节。若所有车辆级网络均甩掉，错帧率仍未消除，则网络故障来自列车级网络。

3.3.2 设备问题检修

结合以往经验，在网络通信异常问题中，因设备原因造成的通信异常占一定比例。因此，在确认通信问题来源于列车级还是车辆级后，定位设备问题是检修策略中必须考虑的部分。第一，拔掉疑似问题设备MVB连接器，观察网络通信异常和错帧率是否消除。若消除，则是由该设备干扰网络；若不消除，则需对照网络布线图依次排查。第二，确定是某设备干扰后，可直接更换该设备，并再次确认错帧率。

3.3.3 线路问题检修

线路问题在网络通信问题中所占比例最高。在排除设备问题后，需重点排查网络线路问题。

（1）因MVB通信线路A/B通道冗余设计，可先分别拔掉A和B任一通道MVB连接器进行观察。若拔掉某通道MVB连接器网络通信异常和错帧率消除，则该通道存在线路问题，可进一步排查。若拔掉A或B任一通道MVB连接器问题未消除，则两个通道均可能存在问题，或两个通道线路发生交叉，需详细排查。

（2）测量疑似问题通道的MVB线路阻值，如阻值异常，则判断为某MVB连接器存在终端电阻未剪断的情况，需进一步分段排查，定位问题插头[2]。

（3）若MVB线路通道阻值均正常，则需要测量MVB连接器通道点位对地或连接器外壳的阻值，正常均应该为无穷大。若有异常，需进一步分段排查，定位到问题点。

（4）测量MVB连接器通道点位对地和其他点位间的电压，若电压为零，则正常。测量MVB连接器各点位电流，若电流为零，则正常。若线路误导入电压或电流，则需分段定位，但此类问题发生概率较小。

（5）MVB线路无接地或接连接器外壳的情况下，需要进一步确认线路是否存在线路交叉、错接、虚接以及断路的问题。排查时可直接测量整个线路的通断情况进行初步判断。若同一通道出现偶数次交叉情况，无法通过测量整个线路进行判断时，则需逐段测量线路通断。

（6）对于MVB连接器电路板问题，有些可通过以上测线方法发现，有些则需进一步进行外观确认和仪器测量。如有问题，则需更换MVB连接器。

3.3.4 软件漏洞及电磁干扰问题检修

由软件漏洞及电磁干扰造成的网络通信异常问题并不常见。对于此类问题的定位及检修简述如下。

（1）软件问题造成的通信异常一般只出现在列车新造调试阶段，且出现问题的频率较少。出现问题后，软件工程师通过核对通信协议接口并优化软件，基本可以解决问题。

（2）电磁干扰造成的网络通信异常，并非属于单一的网络通信问题，而是属于整车级问题，需从整车角度进行考虑和排查。一般来说，主机厂在车辆新造阶段要做电磁兼容试验，因此在列车运用时因电磁干扰造成的网络通信异常问题并不常见。

通过上述检修策略基本上可以解决95%以上的网络通信异常问题故障。可见，有效的检修策略加之丰富的故障处理经验可以精准定位问题点，大幅提升问题解决的效率，为车辆安全稳定运行提供有力保障。

4 结 论

检修人员应全面了解网络控制系统，掌握其控制原理和拓扑结构，并通过实践掌握丰富的检修经验。网络通信异常问题虽然千变万化，但是面对实际问题时总是有迹可循，因此通过理论和实践便可形成一套较为完整的检修策略。上述总结的检修策略较为通用，对地铁网络系统问题的检修排查有一定的参考价值，能够帮助检修人员理清排查思路，提高检修效率，从而保障地铁稳定运行。