車載控制器設備故障處理淺析及維護建議

王鵬 吳亮

車載控制器設備故障處理淺析及維護建議

王鵬 吳亮

摘 要：結合北京地鐵4號線和大興線現場系統調試、維護工作經驗，詳細介紹了CBTC系統中的VOBC系統構成及工作原理，并對常見VOBC系統故障原因進行了具體分析。

關鍵詞：車載控制器;設備故障;維護

北京地鐵4號線及大興線信號系統采用先進的Seltrac移動閉塞CBTC系統，列車控制信息由車載控制器 (VOBC)進行統一管理。如果VOBC系統出現故障，列車將切換到NRM(非限制人工模式)，導致列車喪失ATO和ATP功能，行調只能依靠計軸設備對列車粗定位，這樣將加大人工介入排列進路操作的安全隱患，也大大降低了運營的效率，增加了列車運行的潛在危險。為此，圍繞VOBC系統原理及構成，就其常見故障處理進行分析，以期縮短故障延時，達到提高運營效率的目的。

1VOBC系統概述

CBTC系統主要組成部分有：列車自動控制子系統 (ATC);列車自動監控子系統 (ATS);計算機聯鎖子系統 (CI);數據通信系統 (DCS)和維護支持子系統 (MSS)等。車載ATC系統的核心是能夠根據冗余“三取二”原則執行每個ATP和ATO功能的VOBC裝置。

1.1 VOBC系統構成

VOBC系統由以下部分組成：MPU、PPU/VIM子架、MRU(OBRU/CDU)子架和TI子架。車輛中為VOBC配備的外圍設備包括：天線、接近傳感器、速度傳感器、司機顯示屏 (TOD)、2個無線天線等。

1.2 VOBC工作原理

信號系統在CBTC模式下，VOBC通過天線探測軌道上的應答器，查找其在數據庫中 (包含所有相關的軌道信息，如車站停靠、坡度、軌道限速、軌道轉轍機位置和軌旁信號機位置等)的方位，及測量列車在2個應答器之間的運行距離，確定列車絕對位置。VOBC通過AP(無線接入點)通信，向地面ZC(區域控制器)報告本列車的精確位置，由ZC根據列車的當前位置、速度和行車方向，將LMA發送到VOBC，同時要考慮路線、道岔的狀態、受限速度以及其他障礙物，確保列車間的安全距離。在確保列車控制靈活性的前提下，ATS通過無線通信方式來確定列車位置，并隨之控制列車，使列車能夠以更加接近的間距運行。

1.3 VOBC系統功能

1．可提供列車的持續定位。

2．配備有連續的雙向通信無線電系統，能夠為軌旁和中心設備提供連續通信。

3．能夠確保連續的速度控制和列車監控。

4．能夠控制在相同線路區間內以不同方向行進的列車，利用車載控制器，以自動和人工受保護模式，指揮列車正向和反向行車。

2 典型案例分析

故障現象：某日XX次列車在正線運行過程中緊急制動 (EB)，EB無法緩解。查看列車自動監控子系統 (ATS)報警信息為：里程XX.XXXkm處XX列車緊急制動，SSR檢測到牽引使能輸出故障。

故障分析：首先通過ATS報警信息來分析潛在含義。

VIM2為VOBC系統外圍處理器單元 (PPU)/車輛接口模塊 (VIM)子架上的板卡，而PPU/VIM子架作為其他用戶子系統 (牽引、制動等)與VOBC設備之間的主要接口，其功能是收集來自各種車載設備的信息，并提供給主處理器單元(MPU)子架。另外，PPU/VIM子架還從MPU子架接收用于控制輸出的已表決控制命令，表決命令傳輸給VIM2板卡后，VIM2將生成遠程輸出，并提供輸出狀態信號和實時安全控制單元(RTVCU)之間的接口 (如圖1所示)。

圖1 數字信號輸出配置圖

SSR為 VIM2板卡上的固態繼電器，它對VIM2的信號傳輸起到決定性作用。如果牽引使能工作狀態與VIM2輸出信息不匹配，將導致VOBC系統進入被動 (PASSIVE)模式 (該模式下VOBC與車輛外部輸出端口全部斷開，列車EB，車載信號系統不再控制列車)。由于報警信息未提及車輛設備和VOBC之間的輸出接口連線電路故障，所以先排除VOBC系統與車輛接口故障，使故障點基本鎖定在VIM2板卡回檢線路及SSR本身電子元器件上，具體分析如下。

1．首先查看VIM2板卡有無明顯的損壞情況，然后確認VIM2與PPU/VIM子架的連接插針是否完好，并且無松動情形;再檢查PPU/VIM子架與主處理單元MPU子架之間相應的線纜，如子架與輸出命令連接線、電纜物理狀態及插針工作電壓任何一項出現異常，將致使子架功能性不穩定，VOBC輸出系統命令有誤。

2．排除外部接點電纜線路無異常后，基本可以斷定SSR電子元器件異常，VIM2回檢信息不通過，將不能保證表決命令信號正常輸出。參照PPU數字信號輸出原理及VIM2輸出模塊工作原理圖得知：VIM2遠程輸出之間具有1000 V的絕緣電壓，每個輸出以最大200 mA的電流傳輸瞬態保護信號;配置跳線既可以選擇外部電池的正、負極或24 V電壓，以便應用到各個外部輸出，還可以在16位寬端口中對輸出進行分組 (見圖1)。在主板上對3個輸出信號 (每個PPU復制器中有1個)進行表決，以創建一個可以應用于VIM2板卡的信號受控輸出。

通過把信息發送到輸入輸出端口 (I/O)插卡來啟動輸出外圍接口通信和控制 (PICC)板卡，每個PICC控制2個選擇性場效應晶體管 (MOSFET)。I/O插卡閉鎖PICC信號，并使MOSFET保持打開或關閉狀態，I/O插卡的輸出均連接在PPU主板 (MB)上，實現三取二表決所需的電路。表決的輸出應用于VIM2板卡上的SSR，它是一個雙向電路，其中一端可以在3個觸點之間進行選擇：一個正電源 (圖2中的+BT)、一個負電源 (圖2中的-BT)和到插卡后連接器的一個引腳。SSR用于切換輸出的“開”和“關”，跳線允許將繼電器觸點配置為安全、非安全或干觸點，根據插卡的變體，在制造時間完成該選擇 (如圖2所示)。

SSR的其他端通常作為外界的輸出，并且可以通過一個隔離強制動作繼電器 (FAR)將其斷開，在一個串行配置復查中，使用FAR的一個觸點。各個VIM2有隔離FAR表決控制，并為所有3個PICC提供一式三份的狀態復查，通過獨立的電路將輸出的狀態反饋給3個I/O，然后再反饋給PICC。

PICC除接收固態繼電器的命令，將外圍數據發送到 MPU外，還接收來自系統內部的復查。PICC可以在啟動時定期和隱式執行嵌入式測試(BIT)。由 PICC成功解碼的生命周期監控器(LCM)信號為過程循環監控器/電源 (PCM/PS)模塊上的PCM繼電器供電，PCM/PS模塊將VOBC置于活動模式;中斷LCM信號的接收會切斷PCM的電源，并將VOBC置于被動模式。

通過以上原理分析，列車VOBC自檢信息無法通過是導致牽引使能繼電器無法正常吸起的主要原因。

故障處理：為不影響線路正常運營，故障處理應遵循故障檢修級別。在第一線路上，故障線路可替換單元 (LRU)被更換，故障處理后列車通過所有功能性測試返回服務狀態;然后，故障LRU被帶入第二線路維護設施，經維修過的LRU作為可用備件被送回倉庫。故障處理完成后，需要將損壞的板卡和連接線做記錄，再遇到同樣的故障時，可以參照此次故障原因進行優先判斷和處理，便于以后快速修復故障。

3 VOBC設備故障處理措施

如果CBTC系統出現故障，可通過ATS的告警信息確定故障點，直接分辨出是軌旁設備、中心設備或車載設備中哪一設備故障。當確定車載設備遇到影響服務的問題時，可登車收集VOBC系統報警信息，并對比ATS報警信息，以盡快判斷VOBC故障點。在處理故障時應采取下列措施。

在重新啟動VOBC時，觀察VOBC的板卡LED燈顯示及車載繼電器的自檢工作狀態。如果VOBC不能順利啟動，則記錄TOD上的故障信息，并使車輛返回維護區域進行維修;如果VOBC順利啟動，通過了位于軌道上的至少2個應答器，則嘗試車輛在正線或試車線上重新進入系統，確定位置，并建立與 ZC的通信。如果車輛成功與ZC通信，讓司機嘗試ATPM模式和ATO模式操作 (否則，使列車返回維護區域進行維修)。如果VOBC不能正常運行，應將列車返回維護區域進行維修。在車輛故障得到修理后，在試車線上測試車輛，只有在通過所有測試后，才能重新投入運營。

4 結論

VOBC系統為車輛提供了可靠的ATP和ATO功能，因此保障VOBC系統設備的正常運行成為確保地鐵車輛安全運營的先決條件。這就要求技術人員熟悉系統原理、積累現場故障處理經驗，并加大檢查設備或對潛在問題的定期維護，以避免故障發生，排除威脅地鐵列車安全運行的故障隱患。

［1］朱敏，王菲菲．SelTrac移動閉塞系統VCC I/O輸出錯誤故障原因淺析［J］．鐵道通信信號，2012(4)：33－36．

［2］上海貝爾卡特大學．上海地鐵項目信號系統維護培訓教材．上海貝爾阿爾卡特大學，2007

Abstract:In combination with experiences in commissioning and maintenance of the field systems of Beijing Subway Line 4 and Daxing line，we elaborate the composition and working principle of the VOBC system in the CBTC system and analyze the reasons of common failures in the VOBC system．

Key words:VOBC;Equipment failure;Maintenance

王 鵬：北京市華鐵信息技術開發總公司 助理工程師 100081北京

吳 亮：中國鐵道科學研究院通信信號研究所 工程師 100081北京

2012-05-10

(責任編輯：溫志紅)