廣州地鐵A3型車DXB模塊超時改造分析研究

郭天星

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510000）

1 改造背景

廣州地鐵運營的A3型車是由長客龐巴迪生產(chǎn)，自出廠交付使用至今，頻繁出現(xiàn)正線運營中DXB模塊超時導致車輛高速斷路器跳閘現(xiàn)象。對車輛的正常運營使用造成了嚴重的影響。

從A3型車控制邏輯圖分析，當高速斷路器合按鈕2S03信號(B15_HscbOn-Cm)發(fā)出ON指令后，產(chǎn)生信號 VCU_HscbXcrStrCm，HSCB開關(guān)為ON。按下按鈕后，開始執(zhí)行高速斷路器保壓信號VCU_HscbX-crHdCm，此時高速斷路器閉合。當VTCU與DXB通訊超時，導致VTCU不能從DXB得到高速斷路器反饋信號DXB_HscbX-crSt。此時將產(chǎn)生高速斷路器關(guān)閉故障信號VCU_HscbTrXcr。如果在1 800 ms內(nèi)、由于通訊超時導致產(chǎn)生3次以上VCU_HscbTrXcr信號時，將產(chǎn)生高速斷路器斷路永久性故障信號VCU_Hscb-TrPmXcr。此信號將使VTCU控制DX模塊停止對高斷保持繼電器供電。控制邏輯如圖1所示。

圖1 VTCU控制邏輯圖

如圖2所示，當VCU_HscbTrPmXcr輸出信號設(shè)置為永久性故障時，DX模塊輸出的高斷保持繼電器110 V電將斷開，高斷保持繼電器失電，導致高速斷路器跳閘斷開。如圖2所示。

圖2 DXB通訊超時引起跳主斷

基于上述分析，可以判斷A3型車正常跳閘的原因為DXB模塊與VTCU通訊超時，導致VTCU不能接收到高速斷路器反饋信號，從而引起高斷跳閘。為解決該問題，需分析DXB模塊通訊超時原因，并提出改造方案解決該問題。

2 網(wǎng)絡(luò)超時原因分析

為查找列車DXB模塊超時的真正原因，對A3型車進行了DXB網(wǎng)絡(luò)通訊延遲測試實驗。測試結(jié)果顯示頻繁出現(xiàn)因DXB超時跳主斷列車的模塊網(wǎng)絡(luò)響應時間較大，網(wǎng)絡(luò)延遲在160 ms以上，最大值達1 400 ms。而未出現(xiàn)過跳主斷故障的列車DXB的網(wǎng)絡(luò)響應時間在64 ms以內(nèi)，而DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中一個正常周期掃描時間應在64 ms內(nèi)。為找到DXB模塊與VTCU通訊超時的原因，現(xiàn)場通過使用自制DXB模塊和MVB線進行DXB模塊延遲測試實驗，查找VTCU和DXB模塊的通訊超時原因。

通過自制DXB模塊和自制MVB電纜改變DXB與VTCU之間設(shè)備連接，分析判斷延遲產(chǎn)生原因是否與模塊設(shè)備及通訊電纜有關(guān)。A3型車現(xiàn)有MVB網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，VTCU通過BCT與ECU、MCM、DXB、A/C進行總線通訊，DXB模塊位于MCM模塊和A/C模塊之間，終端電阻地址塊位于A/C控制器后端。

采用改變現(xiàn)有列車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進行測試如下：

（1）自制MVB電纜由BCT模塊引出，直接進入PH箱內(nèi)DXB模塊，去除其余設(shè)備的影響，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時，如圖4所示。分析BCT設(shè)備對DXB模塊的影響，測試表明DXB網(wǎng)絡(luò)響應時間正常，未出現(xiàn)超時現(xiàn)象，即BCT未對DXB通訊產(chǎn)生影響。

（2）自制MVB電纜由制動模塊引出，進入PH箱內(nèi)DXB模塊，去除MCM模塊、空調(diào)模塊的通訊影響，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時。如圖5所示，分析制動模塊設(shè)備對DXB模塊的影響，測試表明DXB網(wǎng)絡(luò)響應時間正常，未出現(xiàn)超時現(xiàn)象，即制動模塊未對DXB通訊產(chǎn)生影響。

圖3 現(xiàn)有MVB網(wǎng)絡(luò)

圖4 DXB置于BCT后

圖5 DXB置于ECU后

（3）自制MVB電纜由MCM模塊引出，進入PH箱內(nèi)DXB模塊，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時，如圖6所示。分析MCM模塊設(shè)備對DXB模塊的影響。測試表明DXB出現(xiàn)響應超時，即MCM模塊及電纜對DXB網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)生影響，導致出現(xiàn)通訊延遲現(xiàn)象。

圖6 DXB置于MCM后

（4）自制MVB電纜由空調(diào)模塊引出，進入PH箱內(nèi)DXB模塊。即互換A/C和DXB在網(wǎng)絡(luò)中的相對位置，用電腦監(jiān)控DXB模塊是否超時，如圖7所示。分析空調(diào)設(shè)備對DXB模塊的影響。測試表明DXB網(wǎng)絡(luò)通訊正常，即當DXB模塊位于網(wǎng)絡(luò)終端時能消除網(wǎng)絡(luò)通訊延遲。

（5）上述實驗表明，VTCU與DXB通訊延遲與MCM模塊與DXB模塊這一段網(wǎng)絡(luò)通訊有直接關(guān)系，但通過改變DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中的相對位置可以避免延時現(xiàn)象的出現(xiàn)。為判斷改變DXB模塊在網(wǎng)絡(luò)中的位置是否會對DXB與VTCU的通訊產(chǎn)生影響，使用自制DXB模塊和自制MVB電纜改變DXB模塊在網(wǎng)絡(luò)中的位置。如圖8所示。

圖7 DXB置于A/C后

圖8 改變DXB相對位置測試

將DXB模塊置于ECU與MCM之間；BCT與ECU之間，DXB通訊延遲均處于正常范圍內(nèi)。

實驗結(jié)果表明改變DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中的位置可以解決通訊超時的問題。分析DXB通訊超時原因，懷疑為MCM至DXB這一段MVB線路的通訊介質(zhì)質(zhì)量較差，MVB的傳輸信號是高頻信號（1.5 MHz），傳輸介質(zhì)不良可能會導致數(shù)字信號傳輸受到干擾。改變DXB模塊在MVB網(wǎng)絡(luò)中的位置可以糾正由于傳輸介質(zhì)原因?qū)е碌膫鬏斝盘柛蓴_，降低VTCU與DXB模塊間的通訊延遲時間。

3 改造方案

根據(jù)測試結(jié)果并結(jié)合車輛實際布線情況，采取將DXB置于MVB網(wǎng)絡(luò)的末端的方案。該方案可以有效降低DXB模塊的響應時間，且改造方案布線簡單，成本低，改造可行性大。將DXB模塊與A/C模塊網(wǎng)絡(luò)相對位置互換，DXB模塊置于MVB總線網(wǎng)絡(luò)終端，終端電阻地址塊置于DXB輸出口：改造后的網(wǎng)絡(luò)邏輯即如圖9所示。

此方案布線簡單，同時改造后的MVB網(wǎng)絡(luò)中ECU和MCM作為牽引和制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在MVB總線網(wǎng)絡(luò)中與VTCU相對位置不變。選取具有故障代表性的2A9695車進行改造，該車屬于龐巴迪增購車，交車至今已經(jīng)多次發(fā)生由于DXB模塊超時導致的跳主斷情況，且集中發(fā)生在2B95車，據(jù)不完全統(tǒng)計11年至今該車已出現(xiàn)24起DXB模塊超時跳主斷故障，對改造效果的評估較有代表性。改造前對2B95車進行MVB總線延遲測試，檢測到該車DXB模塊與VTCU通信超時情況嚴重，通信延遲時間普遍大于64 ms，檢測到最大值為1 400 ms，測試一分鐘內(nèi)超時多達33次。

圖9 利用備用線改造布線

改造后再次進行MVB總線測試，檢測2B95車DXB與VTCU通信無超時情況。通訊延遲全部小于64 ms，檢測測試十分鐘內(nèi)未發(fā)生一次超時情況。

通過延遲測試發(fā)現(xiàn)改造后可以明顯將DXB超時減少到64 ms標準響應時間內(nèi)，改造效果明顯。目前該車已上線運行兩周時間，未再發(fā)生DXB超時引起的跳主斷，也未發(fā)生與DXB模塊改造相關(guān)的故障，初步證明了改造方案是可行的。

4 結(jié)論

由于廠家設(shè)計缺陷，A3型車由于VTCU與DXB模塊網(wǎng)絡(luò)超時導致的跳主斷問題一直長期困擾著車輛的正常運行。通過本次測試及改造，解決A3型車長期困擾車輛使用的難題，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化，消除了列車控制網(wǎng)絡(luò)的延時，提高了車輛可靠性。同時為車輛維護人員自主解決車輛長期存在的慣性難題提供了寶貴經(jīng)驗，提升了列車服務水平。

［1］（美）約翰遜著，鄧暉譯.高速信號傳輸［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［2］長春長客-龐巴迪軌道車輛有限公司.廣州地鐵1&2號線增購車輛微處理器控制用戶手冊：第一版［Z］.2006.

［3］張振淼.城市軌道交通車輛［M］.北京：中國鐵道出版社，1988.

［4］龍志強，李迅，李曉龍，等.現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.