CTCS3-300T車載設備VDX時序問題分析與解決措施

常 斌

（上海鐵路通信有限公司，上海 200071）

CTCS3-300T 列控車載設備(簡稱ATP 設備)根據無線閉塞中心(Radio Block Center，RBC)提供的行車許可、測速測距、軌道電路及應答器等采集數據信息，并結合動車組運行參數進行運算，按照目標-距離連續速度控制模式，生成目標-距離連續模式速度曲線，對動車組進行監控及制動，從而保障動車組安全運營。

CTCS3-300T 車載設備的安全數字輸入/輸出單元（VDX-C），是CTCS3-300T 列控車載設備的重要組成部分，在車載設備中起著至關重要的作用。列車在運行中發生VDX 故障，將直接導致停車，且對于單VDX 系統，重啟后故障往往不能消除，從而造成晚點事故。

1 結構功能原理介紹

CTCS3-300T 車載設備包括兩個VDX，即VDX1 和VDX2。在列控車載設備運行時，VDX1、VDX2 同時工作。VDX 單元外觀如圖1 所示。

圖1 VDX單元外觀Fig.1 Photo of a VDX unit

在CTCS3-300T 列控車載設備系統中，VDX1與VDX2 是非冗余設置，它們完成各自的功能。VDX1 與VDX2 硬件結構完全一樣，安裝的軟件也是一樣，只是SID 不同。每個VDX 提供3 個故障-安全(FS)輸入、一個FS 輸出和兩個高可靠(HR)輸出通道。

VDX1 控制制動冗余繼電器（RBR），控制旁路繼電器(BPR)；監測緊急制動1繼電器（EB1R）工作狀態，監測緊急制動2 繼電器（EB2R）工作狀態。

VDX2 控制緊急制動1 繼電器（EB1R）；控制緊急制動2 繼電器（EB2R）；監測制動冗余繼電器（RBR）工作狀態；監測旁路繼電器（BPR）工作狀態。

VDX 與其他單元通過MVB 總線進行通信。

VDX1/VDX2 單元的所有信號均采用交叉回采機制，即VDX1 的輸出信號均通過VDX2 回采，VDX2 的輸出信號均通過VDX1 回采。若其中一路VDX 的輸出信號與另一路VDX 的回采值不同步時，系統根據故障導向安全原則，判斷為異常故障并導向安全側，死機停車。

2 VDX時序問題故障分析

2.1 具體故障案例一

故障數據記錄一，CRH380BL 車型站內發車前，DMI 報“緊急制動故障”。ATPCU AElog:制動測試第9 步失敗，SDP AElog:C019。故障數據如圖2所示。

圖2 故障數據記錄一Fig.2 Records of failure data (1)

2.2 具體故障案例二

故障數據記錄二，CRH380B 車型站內發車前，DMI 報“緊急制動故障”。ATPCU AElog:緊急繼電器反饋超時，SDP AElog:C019。故障數據如圖3所示。

圖3 故障數據記錄二Fig.3 Records of failure data (2)

2.3 VDX時序問題的判斷方法

1）故障時間點有緊急制動緩解（注：高電平變低電平是制動緩解），EVA 記錄中可對應查看DigIn_8（RB）、DigIn_9（EB2)；2） 在 滿 足 條件1 的情況下，若SDPlog 中報C019，基本可以判斷為時序問題；3）在滿足條件1 或2 的情況下，若ATPCUlog 中只報RB/EB2 feedback timeout，不報FS 端口或者報文無效，大概在40 s 多時發生，基本可以判斷為時序問題；4）在沒有SDP 數據和JRU 數據時，如果ATPCUlog 同時報RB 繼電器/EB2 繼電器 feedback timeout 和制動測試失敗（包括制動測試的第6 步、第9 步、第12 步中的任何一步），此情況下大多會報FS 端口無效，基本可以判斷為時序問題；5）ATPCU AELog 報告FS 端口無效，同時報告了第3、4 條報警信息，在沒有SDP 和JRU 數據時，基本可以判斷為時序問題。

3 VDX時序問題原因分析及解決措施

3.1 原因分析

如圖4 所示，電路中通過L2 兩端完成故障-安全(FS)輸出，為保證VDX 單元中FS 輸出能夠隨時進入安全狀態，VDX 單元每隔5 s 通過光耦（N7，N8）完成對FS 輸出端口進行一次檢測。在檢測FS 端口時，會形成短暫時間間隔（3 ms）斷開，同時該端口連接的繼電器的供電電源斷開（3 ms）后立即恢復。在3 ms 檢測期間，若FS 輸出端口電壓高于門限電壓值，系統根據故障導向安全原則，制動停車。ATP 緩解制動時，繼電器會有一個勵磁吸起的過程。若在3 ms 檢測期間，恰好遇到ATP 正在緩解緊急制動，繼電器勵磁不充分的情況下，此時檢測的FS 端口輸出電壓很可能會高于門限電壓值，從而觸發時序問題。

圖4 FS輸出及檢測電路原理Fig.4 Schematic diagram of FS output and detection circuits

3.2 解決措施

1）更新VDX 固件程序

更新VDX 固件程序，延遲制動到緩解時進行5 s 3 ms 測試的時間，按照現有邏輯，3 ms 測試推遲16 ms。在某些特殊的制動緩解場景下，通過將該推遲16 ms 的邏輯修改為推遲48 ms，優化自檢時序從而降低故障率。

2）調整繼電器線圈電阻

經測試分析和數據統計，車輛提供電壓高電壓、VDX 單元的異常低電平以及繼電器電阻阻值都會對時序問題產生影響。

a.車輛提供的電壓越高越容易觸發時序問題，當車輛側輸入電壓超過130 V 時，時序問題的觸發概率較高。

b.VDX 單元異常低電平會增大時序問題的觸發概率。

c.與VDX 接口的繼電器電阻越大，放電斜率也越大。當前使用的AG 繼電器電阻阻值4 000 Ω左右，發生概率較低。當使用AMGS 繼電器電阻阻值為6 000 Ω 左右，時序問題的觸發概率將增大。

因此對VDX 控制的繼電器阻值進行調整，將現場繼電器線圈阻值減小，可以有效減少時序問題發生。

3）優化系統設計

目前，VDX 單元在系統中屬于非冗余設計，一旦發生不可修復的硬件故障導致停車，降低了系統可用性，需要進一步優化系統設計，基于現有的ATP 設備，采用冗余VDX 系統。該冗余系統將增加一個VDX1 和一個VDX2 單元，同時增加與列車接口的繼電器。由于只增加繼電器和VDX1/2 單元，可以充分利用機柜的空間，增加可實施性。

CTCS3-300T 型ATP 車載設備采用分布式結構，以CRH3 型車為例的系統整體結構（冗余VDX 系統）如圖5 所示。包括程序總線(Process Field Bus，Profibus)，用于車輛控制單元(Vehicle Control Unit，VCU)設備之間的通信，多功能車輛總線(Multifunction Vehicle Bus，MVB)用于VCU、測速測距單元(Speed and Distance Unit，SDU)、VDX、應答器傳輸模塊(Balise information Transmission Module，BTM)、 列 車 轉 換 網 關(Train Switch Gateway，TSG) 設 備 間 的 通 信，車輛MVB 用于人機交互界面(Driver Machine Interface，DMI)、 司 法 記 錄 單 元(Juridical Recording Unit，JRU)、TSG 設備間通信。CTCS3-300T 車載設備與動車組的接口采用繼電器或MVB總 線 方 式，VDX1 和VDX2 掛 在 信 號MVB 總 線里，通過控制4 個單元模塊電源。當冗余開關選擇A 系統工作時，VDX1a 和VDX2a 處于工作狀態，VDX1b 和VDX2b 處于失電冷備狀態；當冗余開關選擇B 系統工作時，VDX1b 和VDX2b 處于工作狀態，VDX1a 和VDX2a 處于失電冷備狀態。

圖5 冗余VDX系統結構Fig.5 Structure of redundant VDX system

4 結束語

對VDX 的結構、原理與功能進行介紹，通過現場故障案例對VDX 時序問題進行了詳細分析，提出VDX 時序問題的解決措施，在很大程度上減少VDX 故障發生。同時新造動車組300T 列控車載設備中均采用VDX 冗余系統的設計，使CTCS3-300T 車載設備運行更加穩定。有效降低因單系統設備故障導致的停車事故，為列車高速、高效、準點運營保駕護航。