摘 要: 有軌電車 TCMS 是車輛的神經系統，對所有的子系統的設備和數據通過主控制單元傳輸匯總到駕駛室主控顯示屏 上，讓每個司機及時了解并掌握車輛的運行狀況，以及維護人員下載故障數據進行分析維修。TCMS 總體設計原則是盡可能多地 由中央控制單元通過車輛網絡來完成監控功能，從而減少繼電器、接觸器、車輛布線和接線排等的數量。同時專注為行車和車輛 維護提供輔助來提高運能。本文通過分析和總結 CITADIS302 型有軌電車(即上海松江有軌電車)網絡控制系統機理和故障導向 原則，研究了 TCMS 系統的控制邏輯、故障診斷以及故障處理的方法。針對有軌電車的運用和檢修經驗，提出可行的故障處理方 法及檢修方式，提升了 TCMS 系統信息傳輸的可靠性、穩定性，同時簡化了故障處理流程，減短了故障的查找時間，提高了檢修能 力，降低了有軌電車運行檢修風險及成本，為有軌電車提供了安全保障。

　　關鍵詞：有軌電車;TCMS;網絡控制;故障診斷

　　1 概述

　　1.1 引言

　　現代有軌電車作為一種現代公共交通出行方式，適用于中 低客流強度的交通走廊而作為公共交通來發展。對于大中城 市，現代有軌電車可以與城市大中運量地鐵、常規公交等共同構 筑城市公共交通體系，這樣既加強了城市綜合交通體系的形成， 同時又提高了公交綠色出行的吸引力，符合城市公共交通體系 多元化的發展思路。

　　TCMS(Train Control&Monitoring System)系統 是車輛監測的重要組成部分，既保障著乘客在有軌電車內的安 全，也關系著有軌電車的正常運行，因此 TCMS 系統的可靠性， 響應時間非常重要。本文是基于松江有軌電車 TCMS 系統，對該 系統進行介紹和論述，并分析和總結。

　　1.2 TCMS 系統概述

　　TCMS 是有軌電車的中樞神經，對車輛各個子系統進控制 和監控，承擔著管理整車功能的責任，并為司機提供行車輔助， 以及為維護人員提供維護輔助。 各子系統具有計算機控制單元，專門用于執行車輛的某一 功能，該單元和 TCMS 相連。車輛上所有的計算機控制單元之間 的信息交互由 TCMS 的 RIOM和總線網絡完成。TCMS 的中央處 理器 MPU 執行車輛的監視和控制功能，其它子系統設備執行各 自的功能。車輛控制系統的控制層采用總線方式，符合標準IEC- 61375。

　　1.3 網絡冗余性分析

　　1.3.1 MVB 網絡冗余性分析

　　MVB 車輛主網絡符合 IEC61375 標準。MVB 電纜使用兩芯 屏蔽雙絞線。A 路和 B 路構成冗余網絡。松江項目中對 RIOM和 DDU 設備使用了專用的 MVB 總線 連接器，提高了網絡的可用性。每路傳輸介質有自己的 SubD9 連接器。即使有一路故障、線路損壞或連接器插頭松掉，另一路 繼續正常工作。 車輛總線(MVB)通過主處理器 MPU 監控，MPU 提供標準的 以太網接口與便攜式測試單元 PTU 進行通信，PTU 通過以太網 可訪問車輛的任何子控制系統，讀取其狀態信息(包括各功能模 塊的輸入 / 輸出波形)和故障信息，并實現相應的控制功能和數 據分析。專用連接器拓撲圖如下：

　　可見，專用的 MVB 連接器每個插頭有 2 個電纜引出口，可 以與 2 根 MVB 電纜連接，在插頭內部通過內置電路將兩根電 纜進行短接，這樣總線就可通過插頭處保持連續，當拔下插頭 時不會中斷傳輸介質。中 A 路數據線(進線與出線)共 用一個連接器，B 路數據線(進線與出線)共用一個連接器。

　　1.3.2 MPU 冗余性分析

　　有軌電車上電時，兩個 MPU 開始啟動，一個成為主 MPU， 另一個則成為從 MPU。主 MPU 的選擇是隨機的，取決于哪個 MPU 先被喚醒。當兩個 MPU 同時被喚醒時，這時默認 MPU1 是 主的，MPU2 是從的。 兩個 MPU 同時讀取 MVB 和以太網總線上的數據，但只有 主 MPU 才可以輸出數據到 MVB 和以太網總線上。

　　從 MPU 做主 MPU 所做的所有處理，以備能快速切換。 兩個 MPU 之間輸出數據的一致性，并不是由 MPU 內部管 理的，而是在兩個 MPU 數據交換時由應用軟件來實現的。 主 MPU 的識別信號被發送到 MVB 網絡上的各個設備以及 連接到以太網與 MPU 有數據交互的設備上。當主 MPU 故障時， 從 MPU 切換成為主。

　　1.3.3 CAN 網絡冗余性分析

　　車輛 CAN 網絡連接到 RIOM2 和 RIOM5(分別位于 M1 和 M2 車頂低壓箱)每個 RIOM 都可以成為 CAN 總線管理器。根 據 RIOM 的通信狀態決定是哪個 RIOM 承擔總線管理器的任 務。默認為 RIOM2，當 RIOM2 故障時間超過 10S，RIOM5 接替 RIOM2,成為 CAN 總線管理器，從而實現冗余。為了避免無用的 切換，只有當 RIOM5 故障超過 10S 后，才會將 CAN 總線管理器 切回到 RIOM2。

　　2 有軌電車故障診斷分析研究

　　2.1 便攜式測試單元

　　PTU 大部分嵌入式電子設備都配有維護軟件工具，通過連接到 維護網絡或設備本身即可執行某些維護診斷。松江有軌電車所 使用的便攜式測試單元是阿爾斯通開發的維護工具—— TrainTracer，可緊密跟蹤列車運行狀態并對預防性和糾正性的 維護工作做出最有效的響應。

　　2.2 IOS 故障代碼

　　TCMS 檢測和收集各子系統的故障，通過內部邏輯判斷，生 成一個 IOS，并根據故障對車輛的影響分成不同的等級，并給出 了司機操作指南，故障項目和故障等級在司機顯示屏上顯示， 同時發出警報提醒司機注意。

　　2.3 故障案列診斷分析

　　2.3.1 IOS154 方向故障

　　有軌電車在行駛中 DDU 顯示屏上突然報 IOS 154 方向故 障，IOS168 2 個牽引隔離，IOS159 無速度測量，車輛可正常行 駛，按照 IOS 故障等級，掉線處理。 回到檢修庫，用 TrainTracer 下載故障進行分析，發現故障時 為 M1 端司機室激活，向前向后信號同時得電。先查看 M2 端司機室設備柜斷路器上下樁頭電壓是否正常， 發現電壓均正常。登頂檢查 M2 低壓箱二極管，發現 27V10 正負 極疑似搭接。

　　查接線圖為左轉向燈控制;到客室內模擬故障，將 M2 轉向 燈打到左轉位，M1 端激活并將轉向燈打到右轉位，故障出現。最后確認故障為 27V10 二極管正負極搭接導致。恢復二極 管后，方向故障消失，將 2 個牽引重置后，車輛正常。

　　2.3.2 IOS302 自牽引火災告警

　　有 軌 電 車 在 行 駛 中 報 IOS302 自 牽 引 火 災 告 警 ， IOS044HSCB 異常開合，IOS310DCDC 仍在自牽引模式，IOS043 高壓小故障，車輛掉線。 用 TrainTracer 下載故障進行分析下載 MPU 故障記錄，故障 前輔逆充電模塊 1 為 True，自牽引火災告警后該模塊為 False。 判斷上述故障主因是“自牽引火災告警”，檢查車頂 56K5 繼電器至 DCDC 箱一路接線，未發現異常。后注意到照片中 DDU 面板上超級電容顯示 XXXXXXX，懷疑 DCDC 箱無電，登 頂查看，DCDC 箱確實為無電狀態。

　　2.3.3 IOS094 車門狀態一致性故障

　　DDU 顯示“IOS094 車門狀態不一致故障”，在正常模式下列 車無法牽引，車門關好旁路之后，列車正常運行。在所有車門關 閉情況，M2 RIOM5 的 LI_DrsLoopRelay 信號為“0”, 正常為 “1”，車頂低壓箱內 36Q3 斷路器斷開。先測量車門關好的回路， 在門關好的情況下，測量 8 門開關 30S1 28、30S2 30 號腳的電， 量到無電，判斷車頂低壓箱到下面的供電斷開。檢查 M2 車頂低壓箱，車門關好回路的供電 36Q3 斷路器跳 掉，合上重啟車輛，開關門仍會跳開。

　　因此排查每扇車門的情況， 將所有車門關閉，從 8 門開始量取端子排上 30A- S2 開關線對 地電阻，發現 12 門的對地電阻為 0Ω 對地短路了，因此確認 12 門為故障門。 拆開 12 號門的門機構，發現 S2 的出線，被門機構上固定螺 絲壓住，導線損壞嚴重，導致了 S2 開關對地短路。

　　故障分析:關門一致性故障時是門關好回路的問題，首先查看車頂低壓箱到下面的供電有沒有，然后量取整個門關好回路 的對地電阻，如果是正常現象時，應該是無窮大的，阻值不會很 小。這次是將門一扇一扇打開，量取每一個門的對地電阻。以后應該先量總的電阻，如果是正常，可直接進行之后的排查，不用 一扇扇查，可以節約用時。

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　　2.4 總結

　　通過對實際案例的分析后我們可以發現列車網絡控制系統 的控制邏輯，故障診斷策略，以及故障處置，對實際檢修過程中 有巨大幫助，由于有軌電車所運用的工況、場地，條件等限制，本 文在邏輯分析的基礎上，結合 TCMS 下載的監控故障記錄進行 理論和故障案列的分析，為后續的應急處置提供指導。

　　參考文獻

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　　作者：張鑫磊