列车故障自动识别开发研究

列车故障自动识别开发研究

邵立馨

中国中车集团长春轨道客车股份有限公司工程技术部 吉林 130062

摘要：鉴于列车的普及度、重要性和安全性，列车通信网必须满足以下几点要求：可靠性、安全性、通信的及时性。研制开发动车组网络故障自动识别设备可用于MVB的网络开发、网络集成调试、网络故障排查、整车通讯信号监控、一致性测试等应用领域。

关键词：网络，列车通信,网络故障识别

动车组网络故障自动识别是对动车组MVB网络通讯质量进行分析、测试的专业工具。在接入动车组MVB网络后，它可以实时采集链路层上的报文，并对信号质量进行监控，实现对报文特征、报文错误、网络组态等数据的分析功能，同时可以记录特定报文对应的物理波形，完成波形解码和质量分析。通过分析信号的波形特征、链路层的帧序列和协议数据，来捕获网络异常，提前发现风险和隐患，保证列车稳定可靠的运行。

1.TCN列车网络结构

TCN标准主要包括三个部分：实时协议、WTB和MVB(Multifunctional Vehicle Bus)。实时协议覆盖了传输层和网络层，WTB和MVB是并行的，处于数据链路层和物理层。

1.1 TCN主要任务及结构

列车通信网络的主要任务：各动力车的的重联控制；包括动车和拖车在内，实现全列车所有由计算机控制的单元联网通信和资源共享；全列车的制动控制、门控制、空调控制及轴温检测等功能；完成全列车的自检及故障诊断决策。

1.2 MVB概述

以多功能车辆总线（MVB）协议是列车通信网络（TCN）的重要组成部分，其已经成为高速电力列车控制系统的关键技术，可用于列车状态检测、故障诊断以及车载设备开发和调试等操作。MVB是一种主要用于对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线，它将位于同一车辆，或不同车辆中的标准设备连接到列车通信。其固定传输速率为1.5Mbit/s。

2.列车故障自动识别系统开发

动车组网络故障自动识别设备为一体式主机，需要上位机运行的软件配合使用，具体功能如下所示：

2.1.链路层数据采集功能；

能够采集 MVB 网络中的A/B线报文数据，报文信息包括帧数据、CRC 校验、异常标志，并标记帧开始时间戳，提供报文的柱状图和列表显示方式。

2.2.报文标记功能

支持报文类型标记和错误类型标记，其中报文类型包括 FCODE 范围为0x00~0x0F，报文错误类型包括帧头未定义、主帧尾错误、主帧非曼码、从帧尾错误、从帧非曼码、主帧长度错误、主帧校验错误、主帧 Fcode 未定义、从帧长度错误、从帧校验错误、主帧缺失、从帧缺失、从帧寂静、从帧超时、主从帧间隔过短。

每个报文提供错误标记，标明了报文中存在的各种错误信息。TCN 记录仪能够识别出 15 种报文错误。

2.3.能够测试 MVB总线，实时线速分析；

2.4.能够分析总线主的周期扫描表，包括端口号、轮询周期、轮询数量、响应数量和未响应数量；

2.5.能够设置丰富的过滤条件，包括采集过滤和显示过滤；

2.6.具备触发输出能力，所有高级触发都通过触发接口输出，可为其它设备（例如示波器）提供外部触发；

4 MVB协议解析软件识别故障

参照ICE61375标准，进行协议解析。根据现场应用的实际情况提供了更加实用的的协议解析功能。

4.1MVB协议解析功能

直接通过MVB解析软件解析采集到的端口数据，根据用户提供端口协议表格，分析整个端口的协议状态，更加有利于故障判别；也能够对设备内部的逻辑功能进行解析，了解设备工作原理。

4.2波形查看功能

该功能能够观察MVB总线上的MVB网络状态，用户通过诊断经验观察出故障现象。

应用场景：

A.车辆大面积端口通讯故障时，通过观察波形情况可观察出波形符合MVB的波形特点，但是跳变严重，出现很多尖峰的干扰情况，如下图所示MVB的波形瞬间下降到5000*0.1MV（500mv）以下。初步可以判定MVB屏蔽线缆故障，造成MVB 通信数据收到干扰。

图1 TCN网络波形

B.车辆大面积网路瘫痪，但是网络MVB波形的集体振幅降低。

出现两个MVB波形叠加，造成MVB的振幅集体降低，初步判断为总线调度出现问题，故障为两个冗余的MVB设备同时工作造成的故障。

4.3MVB通信故障识别功能。

能够识别多种类型的故障数据，报文错误类型包括帧头未定义、主帧长度错误、主帧校验错误、主帧 Fcode 未定义、从帧长 度错误、从帧校验错误、主帧缺失、从帧缺失、主从帧间隔过短等故障类型。

4.4列车协议变量状态采集功能。

该功能根据动车组故障中实际应用场景制作该功能，更具有实际的应用价值。该功能可以根据电路图及逻辑途中的变量名称直接监控该变量的状态。

4.5扫描在线设备功能

该功能更具有实际应用价值，在故障诊断过程中快速诊断列车MVB通信端口是否在线，用于快速定位故障点。

应用场景：

根据EXCEL格式的列车配置表，批量扫描MVB总线上的端口是否在线。配置表样如下（端口名称仅供参考）：

在使用软件扫描后快速定位故障设备是否在线，如果不在线直接定位故障设备。

4.6 MVB扫描功能

扫描MVB上的通讯设备及MVB的故障信息。

5.结论

本文认为作为列车神经网络系统的列车通讯网络TCN也越来越广泛应用，需要实现了车辆故障诊断智能化、自动化。负责列车现场调试的人员可通过此现场故障诊断方案对完成编组后的列车各系统进行自动或手动的故障诊断，并且可以记录整个故障诊断过程产生的数据。车辆故障诊断智能化、自动化项目能够实现了对列车组故障的自动识别、减轻检车人员的工作强度、提高了作业效率、保证列车的行车安全，在铁路运输安全保障中发挥了极大的作用。

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