浅谈城轨车辆网络通讯故障处理

◆杨 海 肖贵平 邓志成

（成都地铁运营有限公司 四川 610051）

1 成都地铁3号线电客车TCMS系统组成

成都地铁3号线列车控制及监控系统TCMS（Train Control and Management System），采用分布式、模块化实时通信系统，主要用于实现列车各系统工作的控制与监控、故障诊断与记录等功能。系统有高冗余、可靠性高等特点，系统构成主要包括车载硬件、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具等。按照IEC-61375标准规定的列车通信网络组建，列车总线与车辆总线均采用MVB总线，将列车人机界面（HMI）、中央处理单元（CCU）等设备系统连接起来构成完整的TCMS网络，其他没有MVB接口的子系统可通过MVB总线协议转换模块连接到MVB网络中。

2 MVB网络介绍

成都地铁3号线列车TCMS系统网络结构，采用的网络拓扑以设备串联的方式连接各主系统设备，总线采用冗余传输形式，保证数据传输的可靠性。MVB总线的传输速率为1.5Mbit/s，可以主帧、从帧的区别来传输过程数据、消息数据和监视数据等数据类型，电气接口为EMD介质传送距离，要求每网段≤200米，每段最多支持32个设备，全网最多支持4095个设备，其中有256个是能参与消息传送的站。

MVB网络总线（EMD介质）采用两对互为冗余的双绞线，分别为线路A和线路B两个通道同步发送相同的数据，该冗余设计可以防止传输线、引脚接点以及收发器的错误引起的MVB传输故障。

3 MVB通讯故障分析与处理

在TCMS工作过程中MVB通讯故障主要表现在设备离线或网络不稳定、数据传输异常两个方面。如果出现个别设备网络通信中断，通常是由于离线设备本身问题导致的设备离线，当网络出现多个设备频繁闪报离线故障时，通常可断定为网络通信不稳定或网络通信受扰，此时需要对整个列车网络进行排查。导致网络不稳定的原因有很多，但多数是由于线缆或连接器问题导致，也有个别设备问题导致网络不稳定的可能性较小，对于冗余设计的MVB网络本身也会有冗余线路不稳定的情况发生，从而影响多个设备的通讯，对运营影响较大，因此需要对该类故障进行深入分析，找到切实可行的处理办法。

3.1 通讯异常通路报红故障概况

检修人员在对电客车进行检查试验过程中检查发现：TC1车MVB总线B通道持续显示红色故障，TC2车MVB总线B通道闪报红色故障，网络中无设备离线，初步判断为网络数据冗余传输异常，网络不稳定。

3.2 故障分析

HMI显示MVB总线A、B通道显红的诊断机制，是由安装于HMI内部的MVB通讯板卡底层A、B路状态检测函数判断，该函数的功能是实时判断A和B两路接收到的报文情况，对故障判定的逻辑条件为：

（1）正常情况下，A路和B路同时接受总线数据；

（2）当某一时刻，A路接收到一个报文，而B路未接收到报文或B路无法解析接收到的报文则认为该报文异常，即MVB板卡诊断到B路上有报文丢失或错误，则判断B路通道故障，在HMI界面引出该故障信息显示故障；

（3）当下一个报文A路和B路都能同时接受时，错误停止累加，B路状态显示正常。

在MVB网络中导致数据无法解析的原因很多，内部设备的影响或者外部信号的干扰都可能导致该情况出现，但是总体来讲分为三大类：

（1）挂接在MVB总线上的某个设备故障，在网络中发布了某些无法解析的错误帧，当网络中某个设备持续向网络中发送异常信息网络会屏蔽该地址设备，这种故障通常会导致HMI上某个通道闪红故障，并偶发报该设备离线；

（2）线路故障或者受到外部干扰，导致在传输过程中，传输得越远故障现象越明显；

（3）信号经过RPT时，由于中继器本身故障导致信号中继过程中发生畸变，使后续设备无法解析。

3.3 故障点排查与处理

结合上述故障现象与分析初步判断，在靠近TC2端附近的某一设备或线路出现故障或受到干扰，TC1接收到的数据经过RPT信号中继后使报文畸变加剧，TC1端B通道永远无法解析或接收到与A通道一致的数据，从而导致TC1端一直显示红色。而TC2端闪红可能是故障引起的报文仅经过一次RPT信号中继或未经过中继从而畸变较小，故出现闪红现象。因此通过以下方式进行故障点排查：

（1）根据以往经验在线路中甩开可能影响到网络运行的设备，并预防性更换MP1、MP2车RPT，故障未消除，排除中继器RPT故障引起的网络数据异常；

（2）通过断开MP1车中继器电源空开，观察TC1车故障消除，TC2车故障依然存在，因此判断故障点不在TC1车，且TC1车主设备无故障，恢复MP1车中继器空开，断开MP2车中继器电源空开观察，TC2车故障存在、TC1车故障依然存在，因此判断除TC1车外其余车均有故障存在的可能性；

（3）逐一断开除TC车挂接在MVB网络中各设备的MVB连接线，甩开设备逐一确认故障情况，逐一排除设备故障导致的MVB通讯故障，把车载设备全部甩开故障没有恢复；

（4）在TC1车MVB网线末端HMI处连接TCN协议分析仪，通过MVB抓取TC2车ACU、EDCU、PIS等设备均发生了从帧错误，且TC2车其他各设备波形均不太正常，分析可能是由于TC2车至TC1车传输中途某处受到干扰导致从帧波形异常，存在该异常会导致众多设备从帧错误，因此导致B路一直显色红色故障。断开MP1车中继器空开后所有波形均正常，恢复MP1车中继器空开并断开MP2空开波形依然完成正常，因此判断故障点在MP2车中继器后端至TC2车HMI之间的线路或设备中。

图1 TC1端通过MVB抓取TC2设备从帧异常波形

（5）TCN协议分析仪换端到TC2车，并且断开MP2车中继器空开后，抓取MVB通讯波形发现，在一个完整的MVB帧数据中，主帧与从帧的间隔时区内，在B通路中出现了一个异常的正弦波形，该波形在TC2端被检测时会显示B数据错误出现闪报红色（故障）的现象。导致该波形产生的原因是B路信号与A路信号产生了串线或接地或受到严重的外部干扰，且该波形经过MP2及MP1两次RPT中继放大后生成一个无法识别的错误数据帧，从而干扰其他设备的从帧，使TC1车无法识别该数据，因此TC1车HMI报B通道常红（故障）。

图2 TC2端抓取主帧与从帧间隔区异常波形

（6）根据上述处理结果表明导致信号干扰的具体故障点，在MP2车中继器（RPT）后端至HMI之间，且排除搭载设备的影响则只有线路可能导致其故障发生，因此使用外接旁路线缆根据车辆布线图逐网段排除，当旁路至MP2车中继器后端RIOM（PM2车与TC2车连接的首设备）与TC2车HAVC（TC2车与PM2车连接的末端设备）时故障恢复，波形正常且HMI界面显示绿色（工作正常），由此判断出故障点在此之间，此段线路中包含了车端渡线与车下分线箱，对分线箱与渡线插头进行分解检查发现：插头4号针在A-3位置存在毛刺裸露在外，且与2号针在A-2位置搭接，4号针正好是B路数据传输线缆，B路信号通讯受到4号针毛刺影响将信号传导至TC2车DIV处与A路信号串线。处理4号针毛刺后恢复插头，确认故障消除，读取MVB数据帧波形正常。

4 总结

通过上述处理后，该列电客车在后续运行中未再出现A、B通道显红故障，证明上述故障分析、处理有效，并形成此文供后续检修人员学习参考。TCMS系统中MVB网络，作为车辆通讯传输的“中枢神经”属于非常重要的设备组成部分，主要用于运行过程中列车过程数据、消息数据和监视数据的传输。