廣佛線地鐵列車車門顯示紅點問題分析與處理

豐茂圣

(廣州地鐵集團有限公司運營事業(yè)總部,510380,廣州∥工程師)

?

廣佛線地鐵列車車門顯示紅點問題分析與處理

豐茂圣

(廣州地鐵集團有限公司運營事業(yè)總部,510380,廣州∥工程師)

為解決廣佛線地鐵列車經(jīng)常出現(xiàn)多個車門顯示同時出現(xiàn)紅點故障的問題,從車門顯示控制原理、列車控制和車門通信協(xié)議等方面深入調(diào)查分析,查找故障原因。最終確認是由于軟件通信協(xié)議存在缺陷,導(dǎo)致列車控制系統(tǒng)無法接收所有車門的實際狀態(tài)信息,并通過修改列車控制及車門軟件,實現(xiàn)列車MVB(多功能車輛總線)+RS485雙總線冗余功能,使故障得以消除,效果顯著。

地鐵; 車門系統(tǒng); 總線冗余; 通信故障

Author′s address Department of Operation Corporation,Guangzhou Metro Corporation,510380,Guangzhou,China

1 問題的提出

地鐵廣佛線列車客室車門采用的是南京康尼公司生產(chǎn)的外掛密閉門,車門系統(tǒng)的運動由電子門控器控制,電機驅(qū)動。電子門控單元(EDCU)是車輛電氣和車門機械操縱機構(gòu)之間的接口,由可編程序控制器實現(xiàn),具有自診斷功能和故障記錄功能,以及與列車總線網(wǎng)絡(luò)進行通信的功能,并可通過列車總線網(wǎng)絡(luò)對車門進行控制及故障監(jiān)視,同時也可由司機通過硬線回路操作。

在運營過程中,廣佛線列車多次出現(xiàn)列車顯示屏(HMI)顯示數(shù)個車門同時紅點的故障。具體故障表現(xiàn)為，在一節(jié)車廂中,順著車門系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)的布線路徑,從某個車門開始,其后續(xù)所有車門均報嚴重故障,HMI上顯示紅色(車門打開),導(dǎo)致列車晚點、清客并退出服務(wù),給地鐵正常運營造成了較大影響。

2 故障分析及調(diào)查

讀取列車故障時的車門數(shù)據(jù)(如圖1)中有大量的“通信中斷”的故障信息,可能是主門控器(MDCU)與列車控制單元(VCU)的MVB(多功能車輛總線)通信中斷,也可從門控器(LDCU)和主門控器的RS485通信中斷。

圖1 門控器數(shù)據(jù)

2.1 硬線問題查找

根據(jù)廣佛線列車車門系統(tǒng)控制邏輯(見圖2)，EDCU需同時收到零速信號、開門使能信號和開門信號才能執(zhí)行開門過程,同樣需同時收到零速信號、關(guān)門使能信號和關(guān)門信號才能執(zhí)行關(guān)門過程。

圖2 車門控制邏輯

通過查看列車故障期間的視頻,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)紅點故障的車門能夠正常開關(guān),因此,通過硬線傳輸?shù)牧闼傩盘枴㈤_(關(guān))門使能信號和開(關(guān))門信號是正常的。雖然列車顯示屏(HMI)上顯示紅色(代表車門打開),但實際開關(guān)門動作正常;通過對故障列車車門的硬線逐步檢查,也未發(fā)現(xiàn)問題。因此,排除車門硬線方面的問題。

2.2 硬件故障查找

故障進一步確定為HMI上顯示的車門狀態(tài)與實際不相符,故障原因可能為:VCU硬件故障或是多個門控器同時故障導(dǎo)致。

廣佛線列車的車門網(wǎng)絡(luò)由MDCU與VCU構(gòu)成的MVB一級網(wǎng)絡(luò)和由MDCU與LDCU構(gòu)成的RS485二級網(wǎng)絡(luò)組成,如圖3所示。LDCU的狀態(tài)和故障等數(shù)據(jù)先傳送給MDCU,MDCU 將收集到的數(shù)據(jù)封裝,再通過MVB網(wǎng)絡(luò)傳輸給VCU。

圖3 車門通信網(wǎng)絡(luò)

如果是VCU故障無法與MDCU進行通信,則應(yīng)該是整節(jié)車8個車門全部報紅點故障，甚至是全車的車門都出現(xiàn)紅點故障,此種故障情況與實際情況不符;將出現(xiàn)紅點一節(jié)車廂的全部門控器進行了返廠檢測,檢測結(jié)果為某個門控器的通信模塊故障,其它門控器的功能均正常。理論上講,多個門控器同時出現(xiàn)故障的機率也是極低的。因此也排除了VCU故障或是多個門控器同時故障的可能性。

2.3 軟件問題查找

排除車門硬線及硬件的故障,只可能是VCU接收到車門狀態(tài)信息或者是MDCU傳遞給VCU的車門狀態(tài)信息錯誤,導(dǎo)致車門紅點的產(chǎn)生。屬列車控制軟件和車門軟件接口方面的問題。查看SIBAS-G里的邏輯(如圖4所示)發(fā)現(xiàn),在SIBAS-G里的邏輯中,VCU只接收MDCU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。查看列車控制軟件和車門軟件的接口協(xié)議，發(fā)現(xiàn):

圖4 SIBAS-G中車門邏輯

(1) 車門LDCU不與VCU直接通信,LDCU的狀態(tài)和故障等數(shù)據(jù)先傳送給MDCU,MDCU將收集到的數(shù)據(jù)封裝,再通過MVB網(wǎng)絡(luò)傳輸給VCU。當(dāng)LDCU通信出現(xiàn)故障,MDCU無法收到該LDCU的數(shù)據(jù),VCU也無法通過MDCU獲取該LDCU的數(shù)據(jù)。

(2) 列車控制軟件邏輯中關(guān)于對車門檢測規(guī)定:當(dāng)VCU接收到的MVB信號中有某個車門處于未關(guān)閉到位狀態(tài),則禁止車輛牽引;當(dāng)某個車門的相關(guān)數(shù)據(jù)無效時,默認該車門處于打開狀態(tài)。

(3) VCU只默認讀取MDCU1傳送的MVB數(shù)據(jù),當(dāng)VCU檢測到MDCU1無效時,才會取MDCU2傳送的MVB數(shù)據(jù)。

根據(jù)前兩條協(xié)議,如果某個車門的門控器斷電或通信模塊出現(xiàn)故障時,MDCU無法收到其相關(guān)通信數(shù)據(jù),因而MDCU發(fā)送給VCU的該故障車門的數(shù)據(jù)也將置為無效。VCU接收到無效數(shù)據(jù)后,將認為該故障車門是處于打開狀態(tài)的,相應(yīng)在HMI上顯示為紅點。

由于車門的數(shù)量眾多且動作頻繁,因此車門是故障率最高的系統(tǒng)。為避免上述發(fā)現(xiàn)的“(2)”中因某個車門故障而導(dǎo)致列車清客退出服務(wù)的嚴重情況,車門軟件中采取了相關(guān)措施加以彌補,即MDCU檢測到某個車門出現(xiàn)通信中斷時,強制置其狀態(tài)為關(guān)閉到位狀態(tài),并設(shè)置其相關(guān)數(shù)據(jù)為有效,同時報知VCU該門存在故障。既解決了車輛禁止?fàn)恳膯栴},又及時提示司機對該故障車門進行相應(yīng)處理。

根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)的“(3)”,由于未開放通信端口用于兩個MDCU之間數(shù)據(jù)交換,車門系統(tǒng)未實現(xiàn)RS485總線冗余功能。因此,當(dāng)某個門控器出現(xiàn)通信故障(如圖5中LDCU5通信故障),MDCU1接收不到斷點后面門控器(LDCU2至LDCU7)的通信數(shù)據(jù),將強制置這些車門的狀態(tài)為未關(guān)閉到位狀態(tài),強制置這些門的數(shù)據(jù)為有效,并上報VCU這些門均存在通信中斷故障。此時,VCU誤認為LDCU2至LDCU7均存在嚴重故障,在HMI上顯示上述5個車門的圖標(biāo)為紅色,出現(xiàn)多個車紅門閃的故障。這就是某個門控器故障會導(dǎo)致多個車門顯示紅點的故障的原因所在。

圖5 RS485總線斷路示意圖

由此可以得出:是由于列車控制系統(tǒng)和車門系統(tǒng)軟件缺陷,車門通信網(wǎng)絡(luò)只有MVB冗余,未實現(xiàn)MVB+RS485雙總線冗余功能,從而某個門控器發(fā)生通信故障后,車門無法實現(xiàn)RS485總線斷路故障冗余功能,引起多個車門顯示紅點的故障。

3 處理措施

為解決單個車門控器通信故障導(dǎo)致多個車門紅點的故障,需要對列車控制軟件和車門軟件分別進行如下修改。

(1) 修改列車控制系統(tǒng)和車門控制系統(tǒng)接口文件,在MVB端口的空余字節(jié)中添加LDCU狀態(tài)的RS485總線控制信號。實現(xiàn)2個MDCU通過MVB總線傳輸RS485總線的控制信號,2個MDCU同時向VCU發(fā)送和接收端口狀態(tài)的數(shù)據(jù)。2個MDCU均將出現(xiàn)通信中斷的車門的狀態(tài)數(shù)據(jù)置為無效,并置該門的故障標(biāo)志為“通信中斷”故障,實現(xiàn)在HMI上給出“車門嚴重故障”提示。

(2) 修改列車控制系統(tǒng)軟件,開放用于2個MDCU之間數(shù)據(jù)交換的通信端口,同時讀取2個MDCU傳送的MVB數(shù)據(jù),實現(xiàn)2個MDCU通過MVB總線傳輸RS485總線的控制信號。將MVB通信數(shù)據(jù)均無效的車門的狀態(tài)強制置為隔離狀態(tài),以保證列車不會因為某個車門斷電或通信模塊故障而引發(fā)列車禁止?fàn)恳葐栴}。

完成上述軟件修改后,VCU可同時讀取2個MDCU傳送的RS485總線斷點兩側(cè)的門控器數(shù)據(jù),實現(xiàn)MVB+RS485雙總線冗余功能。如果出現(xiàn)圖5中的RS485總線通信故障后,MDCU1無法接收到斷線另一側(cè)的LDCU(LDCU2至LDCU7)通信數(shù)據(jù),但VCU可通過讀取MDCU2的數(shù)據(jù)獲得。2個MDCU通過MVB總線傳輸RS485總線控制信號,通過比對各自獲取的所有門控器的通信狀態(tài)標(biāo)志數(shù)據(jù),可計算出RS485通信線路的斷點位置為LDCU7,由MDCU1將斷點前一個門控器的故障標(biāo)志置為通信總線故障,由此可立即判斷為LDCU5的RS485總線通信故障,解決了與LDCU5相連后續(xù)車門紅點的問題。

此外，還對列車控制系統(tǒng)和車門系統(tǒng)的軟件作了修改,并在列車上進行測試,測試方法及結(jié)果如下:

(1) 所有車門處于關(guān)閉狀態(tài),打開1號門并打下門控器電源,手動關(guān)閉1號門,然后牽引列車,HMI上報1號門車門嚴重故障,顯示紅色,其它車門狀態(tài)正常。列車可以正常牽引;打開1號門并打下門控器電源,列車不能牽引。

(2) 所有車門處于關(guān)閉狀態(tài),打開3號門并打下門控器電源,手動關(guān)閉3號門,然后牽引列車,HMI上報3號門車門嚴重故障,顯示紅色,其它車門狀態(tài)正常,列車可以正常牽引;打開3號門并打下門控器電源,列車不能牽引。

測試結(jié)果顯示,修改后的軟件可有效解決多個車門紅點的問題。通過對一列車軟件更新及兩個月的跟蹤測試,目前所有列車的控制及車門軟件已全部更新,多個車門同時顯示紅點的問題得以解決。

4 結(jié)語

通過修改列車控制系統(tǒng)和車門系統(tǒng)的軟件,實現(xiàn)了車門系統(tǒng)控制的MVB+RS485雙總線冗余功能,解決了多個車門同時紅點的問題,有效避免了因多個車門同時紅點故障導(dǎo)致的清客、退出服務(wù)等問題,提高了運營服務(wù)質(zhì)量。

[1] 廣州市地鐵集團有限公司.珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段車輛采購項目[G].廣州:廣州地鐵集團有限公司,2008.

[2] 西門子(中國)有限公司.SIBAS-G-Reader邏輯功能描述[G].株洲:株洲西門子(中國)有限公司,2009.

[3] 朱士友.車輛檢修工[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2009.

Analysis of Door Red Dot Fault on Guangzhou-Foshan Metro Line and Solutions FENG Maosheng

The multiple door red dot faults often appear on Guangzhou-Foshan Metro Line,to solve this problem, the door control principle,train control and door communication protocols and so on are investigated in depth, to find the causes of the malfunction.Finally, flaws in the software communication protocol are confirmed, which led to the train control system failure in receiving all the information about the actual status of doors. By modifying the train control and the door system software, the train MVB + RS485 dual bus redundancy is achieved, and the fault is fundamentally solved with remarkable effect.

metro; door sytem; bus redundancy; communication fault

U 270.38+6

10.16037/j.1007-869x.2016.05.026

2014-10-20)