CTCS3-300T车载设备VDX时序问题分析与解决措施

常 斌

（上海铁路通信有限公司，上海 200071）

CTCS3-300T 列控车载设备(简称ATP 设备)根据无线闭塞中心(Radio Block Center，RBC)提供的行车许可、测速测距、轨道电路及应答器等采集数据信息，并结合动车组运行参数进行运算，按照目标-距离连续速度控制模式，生成目标-距离连续模式速度曲线，对动车组进行监控及制动，从而保障动车组安全运营。

CTCS3-300T 车载设备的安全数字输入/输出单元（VDX-C），是CTCS3-300T 列控车载设备的重要组成部分，在车载设备中起着至关重要的作用。列车在运行中发生VDX 故障，将直接导致停车，且对于单VDX 系统，重启后故障往往不能消除，从而造成晚点事故。

1 结构功能原理介绍

CTCS3-300T 车载设备包括两个VDX，即VDX1 和VDX2。在列控车载设备运行时，VDX1、VDX2 同时工作。VDX 单元外观如图1 所示。

图1 VDX单元外观Fig.1 Photo of a VDX unit

在CTCS3-300T 列控车载设备系统中，VDX1与VDX2 是非冗余设置，它们完成各自的功能。VDX1 与VDX2 硬件结构完全一样，安装的软件也是一样，只是SID 不同。每个VDX 提供3 个故障-安全(FS)输入、一个FS 输出和两个高可靠(HR)输出通道。

VDX1 控制制动冗余继电器（RBR），控制旁路继电器(BPR)；监测紧急制动1继电器（EB1R）工作状态，监测紧急制动2 继电器（EB2R）工作状态。

VDX2 控制紧急制动1 继电器（EB1R）；控制紧急制动2 继电器（EB2R）；监测制动冗余继电器（RBR）工作状态；监测旁路继电器（BPR）工作状态。

VDX 与其他单元通过MVB 总线进行通信。

VDX1/VDX2 单元的所有信号均采用交叉回采机制，即VDX1 的输出信号均通过VDX2 回采，VDX2 的输出信号均通过VDX1 回采。若其中一路VDX 的输出信号与另一路VDX 的回采值不同步时，系统根据故障导向安全原则，判断为异常故障并导向安全侧，死机停车。

2 VDX时序问题故障分析

2.1 具体故障案例一

故障数据记录一，CRH380BL 车型站内发车前，DMI 报“紧急制动故障”。ATPCU AElog:制动测试第9 步失败，SDP AElog:C019。故障数据如图2所示。

图2 故障数据记录一Fig.2 Records of failure data (1)

2.2 具体故障案例二

故障数据记录二，CRH380B 车型站内发车前，DMI 报“紧急制动故障”。ATPCU AElog:紧急继电器反馈超时，SDP AElog:C019。故障数据如图3所示。

图3 故障数据记录二Fig.3 Records of failure data (2)

2.3 VDX时序问题的判断方法

1）故障时间点有紧急制动缓解（注：高电平变低电平是制动缓解），EVA 记录中可对应查看DigIn_8（RB）、DigIn_9（EB2)；2） 在 满 足 条件1 的情况下，若SDPlog 中报C019，基本可以判断为时序问题；3）在满足条件1 或2 的情况下，若ATPCUlog 中只报RB/EB2 feedback timeout，不报FS 端口或者报文无效，大概在40 s 多时发生，基本可以判断为时序问题；4）在没有SDP 数据和JRU 数据时，如果ATPCUlog 同时报RB 继电器/EB2 继电器 feedback timeout 和制动测试失败（包括制动测试的第6 步、第9 步、第12 步中的任何一步），此情况下大多会报FS 端口无效，基本可以判断为时序问题；5）ATPCU AELog 报告FS 端口无效，同时报告了第3、4 条报警信息，在没有SDP 和JRU 数据时，基本可以判断为时序问题。

3 VDX时序问题原因分析及解决措施

3.1 原因分析

如图4 所示，电路中通过L2 两端完成故障-安全(FS)输出，为保证VDX 单元中FS 输出能够随时进入安全状态，VDX 单元每隔5 s 通过光耦（N7，N8）完成对FS 输出端口进行一次检测。在检测FS 端口时，会形成短暂时间间隔（3 ms）断开，同时该端口连接的继电器的供电电源断开（3 ms）后立即恢复。在3 ms 检测期间，若FS 输出端口电压高于门限电压值，系统根据故障导向安全原则，制动停车。ATP 缓解制动时，继电器会有一个励磁吸起的过程。若在3 ms 检测期间，恰好遇到ATP 正在缓解紧急制动，继电器励磁不充分的情况下，此时检测的FS 端口输出电压很可能会高于门限电压值，从而触发时序问题。

图4 FS输出及检测电路原理Fig.4 Schematic diagram of FS output and detection circuits

3.2 解决措施

1）更新VDX 固件程序

更新VDX 固件程序，延迟制动到缓解时进行5 s 3 ms 测试的时间，按照现有逻辑，3 ms 测试推迟16 ms。在某些特殊的制动缓解场景下，通过将该推迟16 ms 的逻辑修改为推迟48 ms，优化自检时序从而降低故障率。

2）调整继电器线圈电阻

经测试分析和数据统计，车辆提供电压高电压、VDX 单元的异常低电平以及继电器电阻阻值都会对时序问题产生影响。

a.车辆提供的电压越高越容易触发时序问题，当车辆侧输入电压超过130 V 时，时序问题的触发概率较高。

b.VDX 单元异常低电平会增大时序问题的触发概率。

c.与VDX 接口的继电器电阻越大，放电斜率也越大。当前使用的AG 继电器电阻阻值4 000 Ω左右，发生概率较低。当使用AMGS 继电器电阻阻值为6 000 Ω 左右，时序问题的触发概率将增大。

因此对VDX 控制的继电器阻值进行调整，将现场继电器线圈阻值减小，可以有效减少时序问题发生。

3）优化系统设计

目前，VDX 单元在系统中属于非冗余设计，一旦发生不可修复的硬件故障导致停车，降低了系统可用性，需要进一步优化系统设计，基于现有的ATP 设备，采用冗余VDX 系统。该冗余系统将增加一个VDX1 和一个VDX2 单元，同时增加与列车接口的继电器。由于只增加继电器和VDX1/2 单元，可以充分利用机柜的空间，增加可实施性。

CTCS3-300T 型ATP 车载设备采用分布式结构，以CRH3 型车为例的系统整体结构（冗余VDX 系统）如图5 所示。包括程序总线(Process Field Bus，Profibus)，用于车辆控制单元(Vehicle Control Unit，VCU)设备之间的通信，多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus，MVB)用于VCU、测速测距单元(Speed and Distance Unit，SDU)、VDX、应答器传输模块(Balise information Transmission Module，BTM)、 列 车 转 换 网 关(Train Switch Gateway，TSG) 设 备 间 的 通 信，车辆MVB 用于人机交互界面(Driver Machine Interface，DMI)、 司 法 记 录 单 元(Juridical Recording Unit，JRU)、TSG 设备间通信。CTCS3-300T 车载设备与动车组的接口采用继电器或MVB总 线 方 式，VDX1 和VDX2 挂 在 信 号MVB 总 线里，通过控制4 个单元模块电源。当冗余开关选择A 系统工作时，VDX1a 和VDX2a 处于工作状态，VDX1b 和VDX2b 处于失电冷备状态；当冗余开关选择B 系统工作时，VDX1b 和VDX2b 处于工作状态，VDX1a 和VDX2a 处于失电冷备状态。

图5 冗余VDX系统结构Fig.5 Structure of redundant VDX system

4 结束语

对VDX 的结构、原理与功能进行介绍，通过现场故障案例对VDX 时序问题进行了详细分析，提出VDX 时序问题的解决措施，在很大程度上减少VDX 故障发生。同时新造动车组300T 列控车载设备中均采用VDX 冗余系统的设计，使CTCS3-300T 车载设备运行更加稳定。有效降低因单系统设备故障导致的停车事故，为列车高速、高效、准点运营保驾护航。