城轨车辆常见网络故障分析与排查

城轨车辆常见网络故障分析与排查
摘要：地铁车辆MVB(MultifunctionVehicleBus多功能车辆总线)作为列车
网络总线，它既是重点也是难点，在提升列车技术性能的同时也带来许多故障点。

列车网络是车辆控制系统的一个重要组成部分，必须单独进行网络试验来保证车
辆的网络系统功能正常。

关键词：城轨车辆；网络故障；分析与排查
引言
随着自动化技术的不断发展，大量不同功能的设备的应用，对作为车辆控制
核心的列车通讯网络系统也不断提出新的要求。

同时，网络通讯系统布线简单，
占用空间少，标准统一，数据承载量大，可维护性强等优点，也在不断取代传统
硬线控制系统。

文章从硬件结构、传输速率、传输距离、抗干扰能力、冗余性等
各方面对城轨车辆上使用的列车网络系统做比较分析，总结得出常用网络的优缺
点和适用环境。

1列车网络通讯系统
为满足安全、快捷、舒适的要求，城轨车辆上安装了大量设备，包括牵引系统、制动系统、旅客服务系统、烟火报警系统、信号控制系统等。

列车通讯网络
将全列车辆的各个设备连接到一起，以统一处理设备状态检测、运行信息提示、
设备故障及维护信息等任务。

随着电子技术和计算机技术的发展，各种总线协议、接口硬件不断更新，车辆网络的组成也向着多样化发展。

1.1 RS485总线
RS485总线常用两线制传输方式，可提供高达10Mbit/s的数据传输速率，最
大通讯距离约1200m，但数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特
率成反比，两者无法兼得。

因采用平衡发送和差分接收的方式，抗共模干扰能力。

支持多点通讯，但只支持终端匹配的总线型结构，不支持环形或星型网络，一般
支持32个节点。

1.2 CAN总线
CAN总线为多主方式的串行通讯总线，采用双绞线来传输信号。

CAN总线可
提供高达1Mbit/s的数据传输速率，当信号传输距离达到10Km时，仍可提供高
达50Kbit/s的数据传输速率。

具有高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任
何错误。

CAN总线同样为终端匹配的总线型结构，理论上可以挂接无数个节点，
但在实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性限制。

1.3 MVB/WTB总线
列车通信网络TCN（Train Communication Network）由多功能车辆总线MVB （Multifunction Vehicle Bus）和列车总线WTB（Wire Train Bus）组成。

MVB
总线采用双绞线来传输信号，传输速率达 1.5Mbit/s。

按照采用的传输介质不同，传输距离也不一样。

轨道车辆多使用中距离传输介质EMD（Electrical Middle Distance），有效传输距离约200m。

同样为终端匹配的总线型结构，一般支持
32个节点。

WTB总线采用双绞线为传输媒介，传输速率达1.0Mbit/s。

可连接32
个节点，传输距离860m。

近年来随着相关设备国产化，MVB/WTB总线系统在城轨
车辆方面应用广泛。

1.4 以太网总线
工业以太网总线基于IEEE 802.3（Ethernet），采用4对双绞线传输信号。

五类、超五类双绞线传输速率为100-250Mbit/s，六类线更高达1Gbit/s。

网络
拓扑结构多样化，理论节点数不受限制。

六类线推荐使用星型拓扑结构，传输距
离90m。

2存在的主要问题
2.1智能化应用的适应性不足
智能运维系统从本质来说是产品全生命周期的管理，通过状态数据表征车辆
设备的劣化程度，数据和模型是其核心内容。

目前行业有一个观点：通过增加传
感器提升设备的数字化水平，采用人工智能、机器学习算法提升设备的故障诊断
及预测能力。

相关的研究趋于白热化，但从应用的结果来看不能有效解决关键设
备的寿命预测问题。

2.2智能诊断技术不成熟
当前的研究及应用多数从某一具体问题开展工作，没有从系统层面考虑来确
定研究内容、建立行业标准。

城轨车辆的智能运维系统是软硬件基础设施和运营
过程管理的信息集成，它不仅仅是技术平台，也是一个管理平台，其核心是业务
梳理、流程化的建模管理、故障诊断、运营管理、检修管理、专家知识和信息化
的有机结合，是一个长期验证过程，现有技术水平还无法有效支撑需求。

2.3功能扩展性和开放性不足
当前应用的城轨车辆智能运维系统的功能扩展性和开放性普遍存在以下不足：模块烟囱式开发、重用性低、开发迭代周期较慢和第三方的接口支持不友好。

智
能运维系统涉及到城轨车辆的多领域，必须多方协同开发才能够完成，如智能运
维平台数据管理架构需要专业的大数据公司提供，业务功能则需要整车企业、运
营公司、供应商和高校院所等完成，因此系统架构需满足模块的快速迭代开发，
具备开放的的第三方接口。

针对当前存在的问题，需要确认智能运维系统的主要
研究内容，从业务、技术和管理的角度系统规划建立规范和行业标准，搭建智能
运维系统平台，在该平台上实现业务数据、诊断模型和各子系统功能模块的集成
及管理。

3故障原因分析及处理
3.1主供电回路结构
在受电弓升起后，接触网通过受电弓向整列车供电，城轨车辆主电路分两路
向各用电设备进行供电。

其中一路直接进入辅助逆变器，向辅助回路供电；另一
路经过高速断路器后进入牵引变流器，向牵引回路供电。

3.2故障数据分析
根据故障发生的时间点，导出故障诊断系统中的时段数据，其中，高速断路
器状态为0表示高速断路器断开。

在10：01：55，C1车高速断路器状态信号为0时，C1车检测到电网电压为1646V。

在高速断路器断开状态，车辆仍能检测到网压，此为异常现象。

经初步判断，出现此异常的可能因素有：1）高速断路器实
际并未断开，其状态反馈线路出现问题。

2）高速断路器实际已断开，但主电路
串电或者网压传感器出现问题，导致网压传感器仍能检测到网压。

3.3线路故障排查
针对上述两种可能的故障因素，首先检查高速断路器控制回路，结果未发现
高速断路器状态反馈线路故障。

每节动车的高压箱负责控制主供电回路至牵引变
流器的输出，由于此时仅C1车报出异常现象，故只对C1车的主供电回路进行检查。

检查过程中发现，C1车某端子排的1点位、2点位与3点位均被短接片短接，而正确的连接方式应该为：1点位单独供电，2点位和3点位短接供电。

短接片
错接导致C1车主供电回路串电，受电弓升起之后、高速断路器闭合之前，车辆
牵引变流器就已经有高电压输入。

短接片错接情况下。

此时，系统仍允许执行高
速断路器闭合的指令，微机显示屏无任何故障诊断信息显示，故导致高速断路器
失去其应有的保护作用。

辅助供电回路和主供电回路的线缆短接错误，使城轨车
辆在某种特定的运行条件下，辅助系统电流也流经高速断路器，且辅助系统也能
够对外回馈能量。

此种情况下流经高速断路器的电流较大，当其超过整定值后，
高速断路器将快速分断，以保护设备不被烧损。

按照正确的短接片安装位置进行
安装、接线后，系统正常运行，试验和运营过程中未再发生高速断路器分断故障。

因此，该故障的直接原因是主电路短接片安装位错误，间接原因是高速断路器的
控制和故障诊断方式存在纰漏。

3.4联轴节进水
城轨车辆用联轴节一般为齿式柔性联轴节，结构相对简单，通过润滑脂或者
润滑油润滑，安装在电机与齿轮箱之间，位置高于电机和齿轮箱底面。

一旦联轴
节内部进水，将对联轴节运行产生不利影响，主要如下：1）联轴节主要部件为
金属部件，进入的积水会使金属部件出现锈蚀。

2）积水及其所带杂质全使润滑
剂快速变质、失去润滑功能，继续运行会使轮齿啮合部位在失去润滑油保护的情
况下提前失效。

3）水与发热的联轴节外壳瞬间接触，导致外壳油漆退化、脱落。

需尽快对联轴节进行拆解，对拆解后的联轴节部件进行彻底清洁，检查各个部件
是否有锈蚀、磨耗。

更换损伤部件和必要的损耗件，并按照联轴节组装和测试流
程进行联轴节组装和出厂测试，如果联轴节油漆有脱落，需要修补或者重新涂覆
油漆，此后联轴节可以重新投入运营。

结语
城轨车辆网络结构复杂，故障种类繁多，车辆调试人员需要在众多的故障现
象中抽丝剥茧，快速准确地找出故障点。

在排查故障时应理清思路，熟悉原理图
与线表，平时多积累调试经验，仔细观察故障现象，从易至难地排查，迅速锁定
故障点，及时解决故障，以保证地铁车辆的安全运行。

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