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TCNX2012A列车网络故障诊断仪在沈阳地铁的测试应用
来自:www.nanjingbjx.com    发布时间:2019-06-18    浏览次数:1237次

TCNX2012A列车网络故障诊断仪在沈阳地铁的测试应用

一、背景

随着轨道交通行业的发展,越来越多的列车的网络系统采用了列车通信网络(TCN - Train Communication Network)标准。作为TCN标准介质之一的多功能车辆总线(MVB - Multifunction Vehicle Bus)产品的市场获得长足的发展;截至2017年为止,国内所有新增城市轨道列车,无一例外使用MVB网络。TCN是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互联传送控制、检测与诊断信息的数据通信网络,我国是参与制定列车通信网络(TCN)标准的国家之一。引进国际列车网络标准IEC61375后国内进行十几年的消化与积累相关列车网络产品从早期的纯进口,到现在的完全自主已形成较为完善的产品应用体系。

然而,在现场故障排查及预警方面,国内的地铁运营公司迟迟未能形成突破,以往故障检修仅能通过替换设备,更换线缆的低效率排除方式,且在部分疑难故障上无法准确定位故障原因而导致反复复现,严重影响运营服务质量。

二、地铁列车网络故障预警及快速故障诊断的应用现状

车辆设备供应商网络接口的设计规范不完全一致,存在安全隐患。

不同TCN产品互联时,故障时有发生,但是鉴定手段单一,主要依赖于各个网络部件的供应商。

国内检测能力整体偏低,即便是设备厂家,由于缺乏底层数据依据很难快速定位故障原因,导致故障解决周期太长。

在列车调试过程中,由于设备兼容性、线缆磨损、接头松动等原因,网络通信的信号质量会持续逐步发生变化,进而引发新的故障。

一旦列车交付地铁运营使用,故障判断和处理将变得成本高昂。

列车网络整体调试没有形成一套完整的报告,调试结果的好坏也没有一套判断标准。

随着TCN行业的发展,专门用于快速故障检测与定位的测试工具显得逐渐重要起来。

三、列车网络故障预警及快速故障诊断方案

基于列车网络标准IEC61375相关参数要求,通过第三方检测工具,不依赖于网络或车辆厂家提供的简易结论分析工具,结合列车网络实际情况从网络物理层实时提取相关数据并对网络拓扑检查、网络端口配置表、帧头错误等十余项参数进行分析排查。其中以下六项功能内容实用性较高:

(一)帧错误

检测网络中是否存在帧头、帧尾错误。一般出现帧错误的原因有端口冲突、地址冲突、信号质量过差、车载设备网络接口设计不规范等原因

(二)过程数据测试

检测是否存在端口丢失、冲突、长度不符,端口周期是否与网络设计吻合,能够快速查看端口列表,查看端口数量、类型,能够快速查看各个端口的查询-应答情况,并对异常状况定位分析。

(三)帧间隔测试

测试主从帧之间的时间间隔。当间隔过小或过大时,可能导致网络设备无法识别从帧。网络设备的设计及中继器性能会影响这个测试结果。分析帧间隔情况,对超出设计要求的设备进行快速定位和分析,并定量分析中继器对帧间隔的影响。

(四)信号幅值

衡量远端网络的驱动能力,如果信号幅值过小可能造成通信异常。需要一种便捷的手段,快速衡量在网络中的不同位置的信号强度瓶颈,规避风险。

(五)信号上升沿时间

线缆老化、连接头松动、网络设计阻抗不匹配等原因都会导致信号边沿时间过长,进而引起各种不同的故障。

(六)干扰测试

列车通信网络中可能存在一些周期性或者非周期性的干扰,可能是车载设备内部产生的,也可能是从电网中引入的;上述部分测试项目(例如端口、帧头、CRC等)都可能由于干扰导致异常。通过测试,确认是否存在干扰信号;如果存在,需要能够分析其周期性,以方便定位干扰来源。

四、故障测试报告

1. 测试地点:沈阳动车检修基地车辆库

2. 测试工位一:06RIOM模块处

帧总览测试如下:

网络通信正常,无漏发主帧或从帧

示波器波形如下:

6TCU端口521发送主从帧波形如上图所示,由上图可知,中继器转发后的主帧波形幅值较高,但稳态幅值保持情况较差

依据IEC61375-3-2-20125.2.5.1.4 传输过程中测量信号波形,f) 两个连续脉冲的稳态振幅差不得超过 100 mV;i) 输出信号的过超量定义为最大振幅对静止振幅的比值,不得超过其静止振幅的 10%。该中继设备在信号转发后该两项指标较差。

3. 测试工位二:08VCU模块处

主从波形叠加,上述波形从帧幅值如下图所示为±1.3-1.4V,从标准接收器阈值设定满足接收要求,依据IEC61375-3-2-20125.2.5.1.6 接收器反应测试的临界值设为500 mV,该状态条件下IUT应对从帧进行接收响应

实际结果为主设备未响应,在超过最长传播延迟判断时间后主设备发送了下一帧主帧,如下图所示:

依据IEC61375-3-1-2012传播延时的规定如下

除B20端口对应的07车空调设备从帧波形以外,辅助、横向加速度网络模块从帧共性点在于幅值较低且不足2V,且该类型设备在运营过程中均有报过掉线情况,具体如下图所示:

05车辅助设备从帧经中继器转发后主从帧间间隔较长,转发前主从间隔2.5us,转发后接近17us。依据IEC61375-3-2-2012对中继器的转发延时规定如下:

IEC61375-3-2-20125.3.1g)

4. 测试总结

经沟通确认网络中7车空调网络模块从帧幅值按2V设计,发送从帧经过线路及设备衰减到达主设备时波形幅值为1.3V左右,按照标准要求传输衰减允许最大情况如下:

按照标准要求该传输幅值在标准允许衰减范围内(实际衰减为3.74dB)。

此时主设备识别不到从帧,超过最长时延后发送下一帧主帧,最终导致主从帧叠加,类似幅值较低设备包括07车辅助,07车空调设备及07车横向加速度网络设备。

中继器转发波形幅值较高,电平稳态幅值过冲较大,个别端口转发时主从帧间间隔过长。




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