國(guó)內(nèi)新型地鐵列車通信系統(tǒng)基本采用MVB網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)過程中對(duì)MVB網(wǎng)絡(luò)的診斷缺乏有效的檢測(cè)手段，更無法抓取到有效的數(shù)據(jù)，大多采用更換設(shè)備和線纜的方式排除故障。深圳地鐵1號(hào)線一期列車運(yùn)行超過10年，MVB網(wǎng)絡(luò)故障頻發(fā)，存在同樣的困擾。深圳地鐵結(jié)合國(guó)內(nèi)外各廠家網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)的應(yīng)用研究，利用MVB網(wǎng)絡(luò)故障診斷儀，分析波形，發(fā)現(xiàn)單個(gè)數(shù)字輸入輸出模塊產(chǎn)生了噪聲、雜波，成功鎖定了故障點(diǎn)，解決了早期列車TCMS網(wǎng)絡(luò)診斷功能不完善而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)故障查找困難的問題。

關(guān)鍵詞：列車網(wǎng)絡(luò) MVB 丟幀 快速故障定位

一、背景

隨著軌道交通行業(yè)的發(fā)展，越來越多的列車的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用了列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN - Train Communication Network）標(biāo)準(zhǔn)。作為TCN標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)之一的多功能車輛總線（MVB - Multifunction Vehicle Bus）產(chǎn)品的市場(chǎng)獲得長(zhǎng)足的發(fā)展；截至2017年為止，國(guó)內(nèi)所有新增城市軌道列車，無一例外使用MVB網(wǎng)絡(luò)。TCN是鐵路列車車輛之間和車輛內(nèi)部可編程設(shè)備互聯(lián)傳送控制、檢測(cè)與診斷信息的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，我國(guó)是參與制定列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家之一。引進(jìn)國(guó)際列車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEC61375后國(guó)內(nèi)進(jìn)行十幾年的消化與積累相關(guān)列車網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品從早期的純進(jìn)口，到現(xiàn)在的完全自主已形成較為完善的產(chǎn)品應(yīng)用體系。

然而，在現(xiàn)場(chǎng)故障排查及預(yù)警方面，國(guó)內(nèi)的地鐵運(yùn)營(yíng)公司遲遲未能形成突破，以往故障檢修僅能通過替換設(shè)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(zhǔn)確定位故障原因而導(dǎo)致反復(fù)復(fù)現(xiàn)，嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量。

二、地鐵列車網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警及快速故障診斷的應(yīng)用現(xiàn)狀

車輛設(shè)備供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)計(jì)規(guī)范不完全一致，存在安全隱患。

不同TCN產(chǎn)品互聯(lián)時(shí)，故障時(shí)有發(fā)生，但是鑒定手段單一，主要依賴于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)部件的供應(yīng)商。

國(guó)內(nèi)檢測(cè)能力整體偏低，即便是設(shè)備廠家，由于缺乏底層數(shù)據(jù)依據(jù)很難快速定位故障原因，導(dǎo)致故障解決周期太長(zhǎng)。

在列車調(diào)試過程中，由于設(shè)備兼容性、線纜磨損、接頭松動(dòng)等原因，網(wǎng)絡(luò)通信的信號(hào)質(zhì)量會(huì)持續(xù)逐步發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)新的故障。

一旦列車交付地鐵運(yùn)營(yíng)使用，故障判斷和處理將變得成本高昂。

列車網(wǎng)絡(luò)整體調(diào)試沒有形成一套完整的報(bào)告，調(diào)試結(jié)果的好壞也沒有一套判斷標(biāo)準(zhǔn)。

隨著TCN行業(yè)的發(fā)展，專門用于快速故障檢測(cè)與定位的測(cè)試工具顯得逐漸重要起來。

三、列車網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警及快速故障診斷方案

基于列車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEC61375相關(guān)參數(shù)要求，通過第三方檢測(cè)工具，不依賴于網(wǎng)絡(luò)或車輛廠家提供的簡(jiǎn)易結(jié)論分析工具，結(jié)合列車網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況從網(wǎng)絡(luò)物理層實(shí)時(shí)提取相關(guān)數(shù)據(jù)并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂z查、網(wǎng)絡(luò)端口配置表、幀頭錯(cuò)誤等十余項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析排查。其中以下六項(xiàng)功能內(nèi)容實(shí)用性較高：

（一）幀錯(cuò)誤

檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中是否存在幀頭、幀尾錯(cuò)誤。一般出現(xiàn)幀錯(cuò)誤的原因有端口沖突、地址沖突、信號(hào)質(zhì)量過差、車載設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)不規(guī)范等原因

（二）過程數(shù)據(jù)測(cè)試

檢測(cè)是否存在端口丟失、沖突、長(zhǎng)度不符，端口周期是否與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)吻合，能夠快速查看端口列表，查看端口數(shù)量、類型，能夠快速查看各個(gè)端口的查詢-應(yīng)答情況，并對(duì)異常狀況定位分析。

（三）幀間隔測(cè)試

測(cè)試主從幀之間的時(shí)間間隔。當(dāng)間隔過小或過大時(shí)，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法識(shí)別從幀。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計(jì)及中繼器性能會(huì)影響這個(gè)測(cè)試結(jié)果。分析幀間隔情況，對(duì)超出設(shè)計(jì)要求的設(shè)備進(jìn)行快速定位和分析，并定量分析中繼器對(duì)幀間隔的影響。

（四）信號(hào)幅值

衡量遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)能力，如果信號(hào)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(wǎng)絡(luò)中的不同位置的信號(hào)強(qiáng)度瓶頸，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

（五）信號(hào)上升沿時(shí)間

線纜老化、連接頭松動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)阻抗不匹配等原因都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)邊沿時(shí)間過長(zhǎng)，進(jìn)而引起各種不同的故障。

（六）干擾測(cè)試

列車通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的，也可能是從電網(wǎng)中引入的；上述部分測(cè)試項(xiàng)目（例如端口、幀頭、CRC等）都可能由于干擾導(dǎo)致異常。通過測(cè)試，確認(rèn)是否存在干擾信號(hào)；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(hào)線104車在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)TCC網(wǎng)絡(luò)通信中斷故障（如圖1），隨后立即恢復(fù)，沒有任何的規(guī)律。經(jīng)反復(fù)調(diào)查，都未能確定故障點(diǎn)。借助武漢力德TCNX2002B網(wǎng)絡(luò)測(cè)試設(shè)備（圖2），成功鎖定了故障點(diǎn)—DX數(shù)字輸入輸出部件。

圖1 深圳地鐵1號(hào)線104車通信故障

圖 2 列車網(wǎng)絡(luò)診斷設(shè)備實(shí)物圖

（一）故障現(xiàn)象

深圳地鐵1號(hào)線104車在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)通信系統(tǒng)輪流報(bào)故障并顯示掉線狀態(tài)，沒有明確的規(guī)律性。經(jīng)反復(fù)調(diào)查，都未能確定故障點(diǎn)。

（二）處理主要經(jīng)過

借助武漢力德TCNX2002B網(wǎng)絡(luò)測(cè)試設(shè)備，逐步接入MVB網(wǎng)絡(luò)。

1.按照現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一級(jí)網(wǎng)絡(luò)為WTB總線，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)為MVB中距離總線介質(zhì)EMD類型，三級(jí)網(wǎng)絡(luò)為MVB短距離總線介質(zhì)ESD類型，詳細(xì)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參考IEC61375，推薦先進(jìn)行二級(jí)網(wǎng)絡(luò)接入測(cè)試，接入位置拓?fù)浼岸��?jí)網(wǎng)絡(luò)總覽狀態(tài)。如圖3：

圖 3 二級(jí)網(wǎng)絡(luò)接入拓?fù)涫疽鈭D

在2級(jí)網(wǎng)絡(luò)中通過未響應(yīng)數(shù)量排序，發(fā)現(xiàn)端口A00,AA0,A80,A70,A60,A20等有丟幀現(xiàn)象存在，該類型端口主要集中在A車AX及DX模塊三級(jí)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，如圖4。

圖 4 二級(jí)網(wǎng)絡(luò)幀總覽概況

2.在出現(xiàn)故障車輛的A車，將列車網(wǎng)絡(luò)故障診斷儀按照?qǐng)D5所示的位置接入總線。

圖 5 三級(jí)網(wǎng)絡(luò)接入拓?fù)涫疽鈭D

通過幀總覽模式對(duì)總線上所有端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，幀總覽結(jié)果如圖6：

圖 6 三級(jí)網(wǎng)絡(luò)幀總覽情況

通過幀總覽得知三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中通信質(zhì)量較差，有較多端口存在幀響應(yīng)異常，進(jìn)一步通過波形模式了解具體波形質(zhì)量如圖7：

圖 7 當(dāng)前A車三級(jí)網(wǎng)絡(luò)波形質(zhì)量

前期通過其他車輛測(cè)試到的標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)波形質(zhì)量如圖8：

圖 8 正常三級(jí)網(wǎng)絡(luò)波形質(zhì)量

通過波形質(zhì)量對(duì)比可知，網(wǎng)絡(luò)中存在較為明顯的噪聲干擾，導(dǎo)致通信異常，該噪聲來源于該三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，后續(xù)通過短接排查的方式(如圖9所示)，確認(rèn)主要異常模塊編號(hào)為4A22的DX模塊,端口地址為A70H。

圖 9 故障排查短接模式

三級(jí)網(wǎng)絡(luò)不帶任何子模塊時(shí)波形質(zhì)量如圖10：

圖10 BCT網(wǎng)關(guān)狀態(tài)

僅將4A22接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，波形如圖11：

圖 11 4A22模塊故障現(xiàn)象

三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中去除4A22后波形質(zhì)量，波形如圖12：

圖 12 104車A車三級(jí)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)狀態(tài)

（三）測(cè)試結(jié)果

A車三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中由于4A22編號(hào)的DX模塊隨機(jī)向外發(fā)噪聲導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)工作異常及設(shè)備掉線。更換4A22 DX模塊后，此列車功能恢復(fù)正常。

總 結(jié)

早期地鐵列車長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)后，由于通信設(shè)備板卡老化、連接頭松動(dòng)、線纜表皮磨損等原因，造成列車通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量逐步變差，影響列車運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量。在列車TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)診斷功能不完善的情況下，需要借助網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)測(cè)試儀等設(shè)備，提升此類通信故障的處理時(shí)效性和準(zhǔn)確性，從多個(gè)維度的指標(biāo)和閾值來確定故障原因，及早更換狀態(tài)較差的設(shè)備，提升列車的技術(shù)狀態(tài),充分保障列車運(yùn)行安全。

作者：深圳地鐵集團(tuán)有限公司 謝述武、黃初平、謝玲玲