關(guān)于CRH1型動(dòng)車組TCMS系統(tǒng)故障分析方法的應(yīng)用

項(xiàng) 穎

(青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司 市場(chǎng)和檢修部，山東 青島 266111)

隨著動(dòng)車組技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的動(dòng)車組行駛在祖國(guó)的大江南北。動(dòng)車組列車每天運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、里程長(zhǎng)，在運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)遇到各種各樣的故障。因此，對(duì)故障進(jìn)行快速診斷、及時(shí)分析出故障發(fā)生的根本原因并針對(duì)性地及時(shí)處理解決所發(fā)生的故障是確保動(dòng)車組可靠運(yùn)行的根本保障。故障原因分析根據(jù)故障發(fā)生的性質(zhì)、位置、現(xiàn)象等不同的維度有各種不同的分析方法，本文主要介紹CRH1型動(dòng)車組列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TCMS系統(tǒng))所報(bào)故障的一些典型的故障原因分析方法。

CRH1型動(dòng)車組TCMS系統(tǒng)采用MITRAC電腦系統(tǒng)，用于列車的通信和控制。MITRAC電腦系統(tǒng)是一種分布式電腦系統(tǒng)，是由龐巴迪公司為地鐵、動(dòng)車組等所設(shè)計(jì)的通用電腦系統(tǒng)。MAVIS軟件是針對(duì)MITRAC系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的一款離線故障分析軟件，所分析的數(shù)據(jù)是由車載診斷系統(tǒng)(TDS)所記錄的車載故障/環(huán)境數(shù)據(jù)(ODBS)。MAVIS軟件對(duì)車載ODBS數(shù)據(jù)進(jìn)行的是基礎(chǔ)分析，提供了故障發(fā)生的位置、時(shí)間、描述以及故障發(fā)生前后相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)等信息。然而有很多故障還需要結(jié)合其他的手段進(jìn)行綜合分析，才能找到問(wèn)題的根本原因。下面介紹2種比較典型的TCMS系統(tǒng)故障分析方法的應(yīng)用。

1 結(jié)合ODBS數(shù)據(jù)和列車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓韴D對(duì)故障進(jìn)行分析

動(dòng)車組列車有一類比較典型的故障是網(wǎng)絡(luò)通信故障，往往此類故障的故障點(diǎn)可能很小，但給動(dòng)車組造成的影響卻較大。

例如，2019年1月25日，CRH1B-1059型動(dòng)車組在漢口站?？繒r(shí)發(fā)生列車網(wǎng)絡(luò)通信故障，經(jīng)主控復(fù)位、蓄電池接觸器斷電復(fù)位、網(wǎng)絡(luò)電源斷路器復(fù)位后，仍然不能恢復(fù)正常。列車回庫(kù)后，通過(guò)MAVIS軟件對(duì)下載的ODBS數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，自12:49:42開始至12:51:28這段時(shí)間內(nèi)，1、2、5、6、7、8車報(bào)出大量MVB網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通信故障，部分?jǐn)?shù)據(jù)節(jié)選見(jiàn)圖1。

圖1 CRH1B-1059型動(dòng)車組部分網(wǎng)絡(luò)通信故障數(shù)據(jù)

結(jié)合列車網(wǎng)絡(luò)設(shè)備拓?fù)湓韴D以及MAVIS軟件對(duì)故障發(fā)生期間ODBS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)，在這段時(shí)間內(nèi)，6、7、8車共有24個(gè)設(shè)備發(fā)生了MVB網(wǎng)絡(luò)通信故障，具體見(jiàn)圖2中標(biāo)黃的設(shè)備。從圖2可以初步看出，故障可能發(fā)生在標(biāo)記紅色箭頭線路的區(qū)段之內(nèi)。

DX.數(shù)字量輸入輸出單元；VC.列車控制單元；BCC.充電機(jī)控制單元；AX.模擬量輸入輸出單元；BCU.制動(dòng)控制單元；DCU95/96.外門控制單元；ACU.空調(diào)控制單元；GW.網(wǎng)關(guān)；DCU49/M1、DCU4C/M2.電機(jī)變流器；DCU41/L1.網(wǎng)側(cè)變流器；DCU51/A1.輔助變流器。

由于MVB網(wǎng)絡(luò)通信受干擾所報(bào)出的故障通常為閃報(bào)，即受影響的設(shè)備故障時(shí)而發(fā)生時(shí)而結(jié)束，無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)的位置。通過(guò)對(duì)一個(gè)小區(qū)段故障數(shù)據(jù)的進(jìn)一步梳理，發(fā)現(xiàn)有一些設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信故障一直沒(méi)有結(jié)束，因此可以嘗試把故障已經(jīng)結(jié)束的和沒(méi)有結(jié)束的設(shè)備進(jìn)行區(qū)分以進(jìn)行進(jìn)一步分析。圖3為故障已結(jié)束和未結(jié)束的設(shè)備區(qū)分，在12:49:42—12:51:28內(nèi)，MVB網(wǎng)絡(luò)通信故障未結(jié)束的設(shè)備被標(biāo)記為紅色。

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，從6車DX7A以后，所有設(shè)備均發(fā)生MVB網(wǎng)絡(luò)通信故障，且故障持續(xù)存在，說(shuō)明故障點(diǎn)很有可能在DX7A或DX7A與DCU93之間的連接電纜上，這樣就在大量的網(wǎng)絡(luò)通信故障中縮小了故障點(diǎn)的范圍，為后續(xù)的故障查找大大節(jié)約了時(shí)間。后續(xù)經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)車仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，故障是由于DX7A的MVB插頭X2的1點(diǎn)虛接導(dǎo)致，驗(yàn)證了之前的分析是合理的。

圖3 MVB網(wǎng)絡(luò)通信故障已結(jié)束和未結(jié)束的設(shè)備區(qū)分

結(jié)合ODBS數(shù)據(jù)和列車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓韴D對(duì)故障進(jìn)行分析，是調(diào)查故障原因通常所采用的思路。這需要對(duì)整車系統(tǒng)的原理有較好的理解，同時(shí)也要不斷在動(dòng)車組運(yùn)用維修過(guò)程中積累大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能為后續(xù)的故障調(diào)查提供有力的技術(shù)保障。

2 結(jié)合現(xiàn)車模擬試驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行分析

某些故障只在特定的情況下發(fā)生，通過(guò)分析ODBS數(shù)據(jù)很難發(fā)現(xiàn)觸發(fā)故障的原因，因?yàn)楣收峡赡芨?dāng)時(shí)列車的工況、司機(jī)或機(jī)械師的操作等其他狀態(tài)密切相關(guān)。這種情況下，可以通過(guò)在現(xiàn)車做一些試驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行模擬和再現(xiàn)，同時(shí)利用監(jiān)控軟件DCUTerm實(shí)時(shí)記錄列車相關(guān)參數(shù)的變化，以便為后續(xù)的故障分析提供數(shù)據(jù)支持。

例如，2017年4月24日20時(shí)03分，CRH1E-1061型動(dòng)車組在運(yùn)行途中發(fā)生15車2軸軸溫超溫A類報(bào)警(故障代碼：2225)，列車因軸溫超溫停車，機(jī)械師下車點(diǎn)溫正常，司機(jī)發(fā)現(xiàn)智能顯示單元(IDU)上顯示該軸軸溫已恢復(fù)正常。按照《應(yīng)急故障處理手冊(cè)》要求，司機(jī)按下IDU軸溫界面的“復(fù)位報(bào)警器”按鈕后解除A類報(bào)警，同時(shí)緩解了最大常用制動(dòng)。在發(fā)車之前，該軸再次報(bào)出軸溫超溫報(bào)警故障，30 s后TCMS系統(tǒng)自動(dòng)施加最大常用制動(dòng)。司機(jī)點(diǎn)擊IDU軸溫界面的“釋放聯(lián)鎖”按鈕后，“釋放聯(lián)鎖”按鈕顯示被激活，最大常用制動(dòng)緩解，司機(jī)繼續(xù)行車。后續(xù)途中再次發(fā)生2次因溫超溫故障導(dǎo)致動(dòng)車組施加最大常用制動(dòng)停車的情況，第3次停車后司機(jī)主控復(fù)位，再次點(diǎn)擊“釋放聯(lián)鎖”按鈕后，緩解最大常用制動(dòng)，繼續(xù)后續(xù)交路運(yùn)行。

按照動(dòng)車組對(duì)軸溫超溫的控制邏輯，當(dāng)“釋放聯(lián)鎖”按鈕顯示被激活后，后續(xù)再發(fā)生因該軸超溫故障將不再施加最大常用制動(dòng)。此次故障造成較大影響是因?yàn)楹罄m(xù)途中該軸又連續(xù)2次發(fā)生軸溫超溫報(bào)警，司機(jī)雖然按照《應(yīng)急故障處理手冊(cè)》要求在IDU上操作“釋放聯(lián)鎖”按鈕，而且“釋放聯(lián)鎖”按鈕也顯示處于被激活狀態(tài)，但實(shí)際動(dòng)車組最大常用制動(dòng)并沒(méi)有被真正旁路掉，而直接導(dǎo)致動(dòng)車組后續(xù)在途中2次被迫停車。

動(dòng)車組回庫(kù)后，通過(guò)ODBS數(shù)據(jù)記錄及相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)無(wú)法分析出“釋放聯(lián)鎖”按鈕被激活后動(dòng)車組仍然施加最大常用制動(dòng)的原因。鑒于此類問(wèn)題可能跟列車的工況、司機(jī)的操作等因素密切相關(guān)，因此考慮通過(guò)現(xiàn)車模擬故障再現(xiàn)的方法進(jìn)一步調(diào)查故障原因。

使用DCUTerm軟件對(duì)動(dòng)車組的運(yùn)行速度、15車2軸的軸溫信號(hào)進(jìn)行更改，使動(dòng)車組故障與運(yùn)行途中一致，并試驗(yàn)“釋放聯(lián)鎖”按鈕的各種工況。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)，不同工況下使用“釋放聯(lián)鎖”按鈕會(huì)出現(xiàn)以下不同的情況：

(1) 當(dāng)動(dòng)車組軸溫尚未達(dá)到超溫值或者達(dá)到超溫值尚未觸發(fā)報(bào)警時(shí)(超溫持續(xù)超過(guò)30 s后報(bào)警)，按“釋放聯(lián)鎖”按鈕無(wú)效，“釋放聯(lián)鎖”按鈕灰色維持不變；

(2) 軸溫超溫觸發(fā)報(bào)警，但尚未觸發(fā)常用制動(dòng)時(shí)(報(bào)警后30 s觸發(fā))，按下“釋放聯(lián)鎖”按鈕，“釋放聯(lián)鎖”按鈕由灰色變?yōu)榘咨?表示“釋放聯(lián)鎖”按鈕被激活)，報(bào)警后30 s仍然觸發(fā)最大常用制動(dòng)，并且軸溫下降到正常溫度后，最大常用制動(dòng)依舊無(wú)法緩解；

(3) 當(dāng)軸溫超溫觸發(fā)最大常用制動(dòng)后，且軸溫仍在超溫范圍時(shí)，按下“釋放聯(lián)鎖”按鈕，可以解除制動(dòng)聯(lián)鎖，“釋放聯(lián)鎖”按鈕由灰色變?yōu)榘咨?表示“釋放聯(lián)鎖”按鈕被激活)，后續(xù)無(wú)論該故障軸溫如何變化均不會(huì)引起動(dòng)車組自動(dòng)觸發(fā)最大常用制動(dòng)；

(4) 當(dāng)軸溫超溫觸發(fā)最大常用制動(dòng)的同時(shí)按下“釋放聯(lián)鎖”按鈕，“釋放聯(lián)鎖”按鈕由灰色變?yōu)榘咨?表示“釋放聯(lián)鎖”按鈕被激活)，軸溫下降到正常溫度后，常用制動(dòng)緩解。當(dāng)該軸軸溫再次超溫時(shí)，再次觸發(fā)最大常用制動(dòng)，此模擬試驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)車組運(yùn)行途中發(fā)生的故障現(xiàn)象一致。

現(xiàn)車模擬故障時(shí)通過(guò)DCUTerm軟件進(jìn)行相關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控如圖4所示。

F2225.超溫報(bào)警；F2273.軸溫預(yù)警；PLFSBHB.施加最大常用制動(dòng)；PLRELIDU.IDU“釋放聯(lián)鎖”按鈕激活；PLRELINT.釋放聯(lián)鎖(主控)；PLXRELIN.釋放聯(lián)鎖(本地)；PLXRELLK.IDU“釋放聯(lián)鎖”按鈕；PLOVTTRN.軸溫超溫狀態(tài)；PLXNEWOT.列車有新的軸溫超溫報(bào)警；PLXSPD0.列車速度為0；PLFSB505.下降沿延時(shí)；PLFSB510.上升沿延時(shí)；CTAI2204.軸溫；BLXPRS11.制動(dòng)缸壓力。

軟件邏輯中關(guān)于“釋放聯(lián)鎖”解除、激活及施加最大常用制動(dòng)的邏輯見(jiàn)圖5。

PLFSBPX.互鎖及常用制動(dòng)模塊；PLXRESET.主控復(fù)位；PLOVTMM. 列車超溫警報(bào)。

通過(guò)上述軟件邏輯分析可知，如果需要緩解由于軸溫超溫所施加的最大常用制動(dòng)需要滿足以下任意一個(gè)條件：

(1) 在列車靜止?fàn)顟B(tài)下，故障軸超溫的狀態(tài)持續(xù)恢復(fù)正常；

(2) 通過(guò)點(diǎn)擊IDU“釋放聯(lián)鎖”按鈕，激活釋放聯(lián)鎖功能并被鎖存。

由于故障軸的軸溫有時(shí)處于超溫狀態(tài)，有時(shí)又恢復(fù)正常狀態(tài)，第1條與實(shí)際情況不符。因此只有通過(guò)點(diǎn)擊IDU“釋放聯(lián)鎖”按鈕來(lái)激活釋放聯(lián)鎖功能并鎖存。結(jié)合模擬試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在車速為0、軸溫仍然處于超溫狀態(tài)且恰好有新的軸溫超溫報(bào)警工況條件下，在軸溫超溫報(bào)警后第31～36 s內(nèi)操作“釋放聯(lián)鎖”按鈕，此時(shí)雖然IDU顯示釋放聯(lián)鎖被激活，但控制系統(tǒng)內(nèi)的釋放聯(lián)鎖功能并未真正激活，下降沿延時(shí)和上升沿延時(shí)會(huì)通過(guò)RS鎖存器屏蔽IDU“釋放聯(lián)鎖”按鈕的信號(hào)，此時(shí)施加最大常用制動(dòng)的指令仍一直顯示被激活，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)旁路后續(xù)超溫導(dǎo)致的最大常用制動(dòng)的功能，如圖6所示。( )

圖6 “釋放聯(lián)鎖”信號(hào)被屏蔽

如果在有新的軸溫超溫報(bào)警后第36 s以后操作“釋放聯(lián)鎖”按鈕，釋放聯(lián)鎖功能被激活并鎖存，施加最大常用制動(dòng)的指令也同時(shí)被取消，列車最大常用制動(dòng)被緩解，如圖7所示。

圖7 釋放聯(lián)鎖功能被激活

通過(guò)結(jié)合現(xiàn)車模擬試驗(yàn)和深入分析，不僅找到了故障的根本原因，還發(fā)現(xiàn)了軟件邏輯設(shè)計(jì)中存在的一些缺陷，也為軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了實(shí)踐檢驗(yàn)的結(jié)果和優(yōu)化方案。因此，通過(guò)現(xiàn)車模擬試驗(yàn)查找故障或者是進(jìn)行功能驗(yàn)證的方法也值得大力提倡。