基于日志分析的車載故障案例研究

孫士博

摘 要：車載日志反映了車載系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且記錄下了系統(tǒng)特定事件下的活動參數(shù)，為列車運行場景還原提供了很大的幫助。有效輸出日志內(nèi)容并對日志進(jìn)行分析是尋找故障源頭、處理故障的必要手段。對天津地鐵1號線信號系統(tǒng)的車載日志內(nèi)容進(jìn)行分析，對一些典型故障案例進(jìn)行研究，為后續(xù)故障處理及設(shè)備的維護(hù)保障提供建議。

關(guān)鍵詞：車載日志;地鐵;故障處理

中圖分類號：U279.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0062-02

1 系統(tǒng)概述

天津地鐵1號線的信號系統(tǒng)采用了西門子的軌旁區(qū)域控制器及車載系統(tǒng)，分別由軌旁ATP子系統(tǒng)和車載OBCU子系統(tǒng)2部分組成[1]，其中的移動授權(quán)與聯(lián)鎖邏輯由軌旁ATP計算，聯(lián)鎖輸入輸出由北京通號公司DS6-60實現(xiàn)。該車載系統(tǒng)能同時滿足移動閉塞列車運行控制要求和點式列車運行控制要求。該系統(tǒng)能滿足兩種列車控制級別之間的多種配置要求，分別指使用應(yīng)答器的固定閉塞點式列車控制級別和使用連續(xù)、雙向車-地數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)高精度列車定位和移動閉塞列車間隔的連續(xù)式列車控制級別。

“CDV”是由西門子開發(fā)的一款日志分析軟件。主要通過讀取ITF中存儲的數(shù)據(jù)記錄器，將列車的狀態(tài)以表格形式顯示出來。軌旁和車載子系統(tǒng)均使用一個軌道數(shù)據(jù)庫（TDB），該數(shù)據(jù)庫里存儲著描述軌道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)信息，比如應(yīng)答器安裝位置信息、軌道區(qū)段長度和軌道限速信息等。車載子系統(tǒng)在行駛中通過車底應(yīng)答器天線讀取軌旁應(yīng)答器報文、通過無線天線接收來自軌旁ATP子系統(tǒng)的發(fā)送來的移動授權(quán)然后在與儲在OBCU里的TDB中的數(shù)據(jù)進(jìn)行校對達(dá)到實時監(jiān)督列車行駛的功能。點式列車控制運行模式是基于固定閉塞列車分隔的原理，列車的間隔由基于傳統(tǒng)進(jìn)路監(jiān)督（當(dāng)允許列車進(jìn)入?yún)^(qū)間的所有進(jìn)路條件滿足時，通過信號機(jī)給出開放信號顯示）的進(jìn)路控制功能來保證。

2 常見故障分析及記錄

2.1 緊急制動

車輛緊急制動環(huán)路是涉及安全的主要列車線，信號系統(tǒng)OBCU作為一個“開關(guān)”也會有2個節(jié)點串入緊急制動的環(huán)路當(dāng)中。運行中當(dāng)發(fā)生車門或站臺門打開、站臺運行中觸發(fā)緊急停車按鈕、超速、自檢設(shè)備失效、闖紅燈、連續(xù)丟失兩個應(yīng)答器、無線系統(tǒng)通信中斷、移動授權(quán)回收、列車后溜、無司機(jī)室激活的移動等多種信號相關(guān)故障時，車輛緊急制動環(huán)路的2個節(jié)點同時斷開，向車輛輸出緊急制動[2]。

車輛立即施加氣制動停車。在日常運營中施加緊急制動的原因主要有以下幾項。

一是超速。在SM及RM駕駛模式下速度指針超過紅針（緊制速度）后會發(fā)生緊急制動。SM模式下超過黃針（推薦速度）會報警。在“CDV”中打開“Maintenanceviews”中“EmergencyBrakes”，可以通過“詳細(xì)的EB原因”查看具體的緊急制動原因。當(dāng)原因為“PORviolated”可以判斷為是超速引起的緊急制動。

二是屏蔽門異常打開。列車在站臺區(qū)域行駛時，由于屏蔽門異常打開導(dǎo)致信號門關(guān)閉切鎖緊繼電器落下，為了保證安全，站臺區(qū)域的列車將發(fā)生緊急制動。當(dāng)對應(yīng)的“詳細(xì)的EB原因”中顯示為“PSDXXOPEN”（XX為具體屏蔽門編碼）可以判斷為屏蔽門異常打開造成的緊急制動。

三是緊停激活。列車在站臺區(qū)域行駛時，為了保證行車安全，當(dāng)緊急停車按鈕被激活時，站臺區(qū)域的列車將發(fā)生緊急制動。當(dāng)對應(yīng)的“詳細(xì)的EB原因”中顯示為“POPCTCRAUZEMPXX”（XX為緊停激活站臺編碼）可以判斷為緊停激活造成的緊急制動。

四是非信號系統(tǒng)施加的緊急制動。在車輛的緊急制動環(huán)路中信號只是其中的一部分，信號施加緊急制動會導(dǎo)致車輛的緊急制動繼電器落下，同樣的車輛系統(tǒng)也會施加緊急制動，例如客室門打開，完整性丟失等。信號系統(tǒng)采集車輛緊急制動繼電器的節(jié)點，通過繼電器狀態(tài)來判斷車輛是否施加了緊急制動。當(dāng)對應(yīng)的“詳細(xì)的EB原因”中顯示為“EBPASSIVE”可以判斷為車輛專業(yè)施加的緊急制動。

2.2 單端ATP故障（紅點）

西門子車載系統(tǒng)在1車和6車分別配置了一套獨立的OBCU車載機(jī)柜，每個機(jī)柜分為3層，從上而下分別為無線層、ATO層和ATP層。2套機(jī)柜通過ATO層的載波板引出的以太網(wǎng)通信線經(jīng)過每節(jié)車之間的貫通線，由一端連接至另一端，而實現(xiàn)互為熱備無縫冗余的功能。當(dāng)其中一端的車載設(shè)備檢測到本端設(shè)備故障或者異常時，會在信號HMI顯示屏標(biāo)注本端為紅色，即通常所說的單端ATP故障（紅點），大大降低了系統(tǒng)可靠性。

故障端可以是駕駛端也可以是非駕駛端，都不會影響列車正常運行，但是會使列車的可靠性降低，一般采取在折返軌重啟列車進(jìn)行排故。導(dǎo)致單端ATP故障的原因主要有以下3種。

一是無線丟失。為了保證車地通信正常，ATO層的ITF會對無線CPU發(fā)送來的心跳報文進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)超過9 s沒有收到心跳報文時，ITF就會認(rèn)為本端無線CPU故障，從而在信號HMI顯示屏上標(biāo)記本端為紅色，即紅點。圖1為ITF與無線CPU的鏈接結(jié)構(gòu)示意圖。此時列車發(fā)生冗余由另一端控車，即使本端ITF再次收到了無線CPU發(fā)來的心跳報文，紅點也不會恢復(fù)，只能重啟本端設(shè)備。但在正常運營中只有到達(dá)折返軌才有時間去重啟車載設(shè)備，同樣也會造成2 min左右的延誤，對運營效率影響較大。

通過分析大量的故障數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，無線CPU與ITF通信中斷的故障按其成因可以簡單地分為硬件故障與無線CPU重啟故障兩類。這兩類故障均會對列車可靠性造成一定影響[3]。

目前，對于因無線CPU重啟導(dǎo)致的ATP紅點故障，天津地鐵運營單位已得出較明確的結(jié)論，再經(jīng)過多次軟硬件排查后確定為無線CPU軟件重啟導(dǎo)致，主要的原因為無線CPU的底層軟件邏輯復(fù)雜繁瑣，在長時間運營過程中會產(chǎn)生很多無用的緩存數(shù)據(jù)，使無線CPU負(fù)載率提高，當(dāng)負(fù)載率到達(dá)設(shè)定的數(shù)值時就會自動重啟清理緩存，而無線CPU重啟無法在9秒內(nèi)完成，所以就會與ITF失去通信。

打開故障端日志，可以在“Maintenanceviews”中的“RadioCommunicationStatus”中查看。如果“無無線連接”發(fā)生的時間在列車ATP報紅時間之前，則可以判斷為無線丟失。

二是硬件故障。列車行駛中，任何一塊板卡或者車底設(shè)備故障都會造成ATP報紅。

可以在日志“LRUViews”中查看。

“OBCU_ATPLRUS”中顯示ATP層板卡及車底應(yīng)答器天線、測速電機(jī)、多普勒雷達(dá)的報警信息。

“OBCU_ATOLRUS”中顯示ATO相關(guān)板卡報警信息。

“OBCU_ITFLRUS”顯示ITF相關(guān)板卡報警信息，以及無線、ATP、ATO、HMI、相鄰OBCU之間的連接狀態(tài)。

“OBCU_HMILRUS”顯示近遠(yuǎn)端HMI連接狀態(tài)。

“OBCU_TMSLRUS”顯示車輛發(fā)來的制動電源及空轉(zhuǎn)打滑狀態(tài)。

三是頭尾通信丟失。列車行駛中，如某端的ITF無法收到對端ITF發(fā)來的心跳報文，系統(tǒng)就會標(biāo)記對端為故障造成ATP報紅。這類故障多由車底貫通線虛接造成。

遇到這種故障在日志分析中要下載兩頭的日志，因為通常在報紅的日志中不會看到任何報警信息。只能在非報紅端的“OBCU_ITFLRUS”中可以看到相鄰的OBCU連接斷開，從而判斷為頭尾通信丟失故障。

2.3 司機(jī)誤操作

由于車載設(shè)備運行時間較長，信號、車輛等系統(tǒng)難免會發(fā)生故障，這時候就需要依靠司機(jī)進(jìn)行故障處理。按照“設(shè)備有問題，人防要補(bǔ)上”的原則，司機(jī)應(yīng)該憑借扎實的駕駛技術(shù)和經(jīng)驗，盡快地解決列車發(fā)生的故障，盡早恢復(fù)列車的正常運行，減小故障的影響范圍。但在實際處理故障的過程中，司機(jī)在關(guān)鍵作業(yè)流程的關(guān)鍵操作上常有所疏忽，或者由于自身的錯誤操作，造成沒有及時處理好故障，反而可能加大列車晚點時間，影響列車的正常運行，嚴(yán)重故障甚至造成列車無法啟動，下線、清客、引發(fā)救援。

通過多年的運營經(jīng)驗，歸納出司機(jī)的誤操作情況可以分為以下三大方面：錯誤按壓開關(guān)、按鈕、違反作業(yè)流程、錯誤判斷設(shè)備狀態(tài)。分析整理發(fā)生過的誤操作的案例和找到其中人員誤操作的原因，可以為提高司機(jī)排故能力，優(yōu)化行車操作流程，提高司機(jī)安全責(zé)任意識提供幫助。從而盡可能的減少因人為操作失誤帶來的晚點、清客、列車救援等情況的發(fā)生[4]。

接報的車載故障中很大一部分都是由于司機(jī)誤操作造成的，以3個最常見的誤操作為例。

一是列車無牽引。該故障多發(fā)生在小交路折返站。列車達(dá)到折返站后，“自動折返”指示燈會閃爍，司機(jī)誤操作激活自動折返，導(dǎo)致列車無牽引。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“Digitaliobuttons”自動折返按鈕操作記錄。

二是BTN打岔（ATO釋放按鈕沖突）。此故障多發(fā)于出站時，司機(jī)將手柄回0過程中，未正確放到0位，導(dǎo)致只有單路ATO釋放激活，10秒后會在HMI上報警，造成列車無法進(jìn)入ATO模式。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“DigitalioData”近端ATO釋放觸點是否正確輸入。

三是無法發(fā)車。造成列車無法發(fā)車的故障原因很多，此處列出一種最常見的操作失誤。列車正常進(jìn)站對標(biāo)乘降后，司機(jī)在關(guān)門的時候誤按了“重開門”按鈕，此時車門可以正常關(guān)閉，但是“重開門”按鈕是車輛專業(yè)為防止車門故障設(shè)置的防護(hù)按鈕與信號開關(guān)門電路無關(guān)，此時雖然車門都已完全關(guān)閉，但是信號設(shè)備未收到關(guān)車門信號導(dǎo)致開關(guān)門作業(yè)未正常完成，系統(tǒng)判定車門異常，無法釋放牽引導(dǎo)致列車無法發(fā)車。

日志中可以查看“Diagnosticsviews”中的“HMIDATA-DOORS”中的車門當(dāng)前狀態(tài)來查看在門全關(guān)后信號系統(tǒng)判斷的車門狀態(tài)。

同時要結(jié)合“ATOVIEWs”中“ATODIGITALINput”中查看車左右門關(guān)閉輸入的信息是否有效。

3 結(jié)語

以上就是幾種常見典型故障的日志內(nèi)容分析。分析車載故障除了要對車載日志熟練掌握外，信號其他系統(tǒng)的知識也必不可少，ATS回放、聯(lián)鎖日志、區(qū)域控制器日志都可以提供很大幫助。除了信號系統(tǒng)提供的幫助，車輛的電路圖、司機(jī)室的錄像也可以使故障化繁為簡。除了設(shè)備上的維護(hù)保障，司機(jī)的操作培訓(xùn)也是非常重要的，可以將一些故障快速處理方法編寫成文件對司機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)也可以達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅揚.西門子系統(tǒng)在天津地鐵信號1號線的主要運用[J].科技風(fēng)，2017（26）：93.

[2] 崔志民.信號系統(tǒng)與車輛緊急制動接口分析[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2020，17（2）：112-116.

[3] 陳卓雄.西門子TGMT信號控制系統(tǒng)車載控制單元紅點故障的解決方法[J].城市軌道交通研究，2020（23）：195.

[4] 孫建棟.廣州地鐵五號線客車司機(jī)常見誤操作的研究分析[J].科技展望，2016，26（12）：273+319.