广州地铁集团有限公司 广东 广州 510308
摘要：本文对广州地铁二十一号线列车HMI通信故障的情况进行简要分析，并提出相关故障各类原因检测，为其他线路处理此类故障提供参考。
前言
在基于 MVB网络的地铁列车控制与诊断系统中，列车智能显示器HMI作为车辆显示界面，能对列车各项状态进行监控。[1]若HMI设备发生通信故障，将严重影响到司机对车辆实时监控，进而影响对列车状态的判断。广州地铁B8型电客车自2017年投入运营至今，随着电客车运营时间增长，HMI设备近期频繁发生通信故障故障。该设备发生通信故障后，司机将不能在司机室对列车实时状态进行观察，严重影响正线行车安全性。针对此类问题，本文从多个角度对广州地铁B8型电客HMI设备通信故障的原因进行分析，探索相关解决方法。
1 HMI设备介绍
二十一号线列车HMI型号为CRC-8121H，每列车装有2个显示器HMI，分别安装两个头车中，HMI通过多功能车辆总线MVB（EMD）与其他设备通信。HMI是TCMS的显示终端设备，是司机和维护人员操作机车的窗口，具备如下功能：1、信息显示：向车辆驾驶人员和维护人员提供车辆综合信息，各设备的工作状态，故障信息的综合与处理等功能。2、参数设定：对轮径值、列车重量、站点、时间日期等参数进行更改与设定。3、功能测试：进行列车运行时加速度、减速度、制动距离等基本参数的测试。4、数据转储：通过M12接口，将故障信息转储地面进行统计、分析。
二十一号线列车HMI的主要参数见表1：
表1 二十一号线列车HMI主要参数
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2 二十一号线列车网络通信
二十一号线列车列车通信网络划分为两级：列车控制级、车辆控制级。中继模块REP作为列车级总线和车辆级总线的网关，实现列车级总线到车辆级总线的数据转发功能。多功能车辆总线MVB用于连接各车辆内的电子部件和控制系统（也称为MVB段）。数据在车辆总线上可以双向传递。
车辆内MVB的电气线路是有通道冗余的，以提高可利用性。
MVB所使用的电缆是双绞屏蔽线。为防止反射及干扰，MVB在总线的每一端都设有终端电阻（120欧姆）。
MVB电缆是与电子控制单元内的MVB接口模块相连的。MVB接口模块进行总线管理和数据通信管理, 包括总线主控器（总线管理器）的定义及线路监控。
在列车内无论是列车总线还是车辆总线均采用MVB-EMD介质总线进行连接。二十一号线列车TCMS网络拓扑结构见图2。
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图1 TCMS网络拓扑图
3 通信故障可能原因分析
针对二十一号线列车HMI通信故障，广州地铁进行专项故障统计，仅2019年一年即发生相关案例20起。对相关故障进行专项分析，主要情况分为以下几类
3.1 HMI通信故障伴随HMI生命信号中断
以21A057车在2019年12月21日故障为例，列车故障履历显示，列车发生HMI通信故障同时，伴随HMI生命信号中断信息。
读取HMI生命记录文件，无异常情况发生。CPU记录正常，生命信号跳变正常。此类情况故障原因尚不明，需后续增加CPUlog记录，通过增加更多检测参数，进一步分析故障。
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图2 生命信号记录异常点
3.2 针对系统对时异常导致通信故障
二十一号线列车21A061车在2019年12月15日也曾发生一起HMI通信故障，下载故障数据分析，结果如下图。
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图3 21A061车生命信号记录
由数据可知，系统事件突然由17：19：10退回至17：18：54,共计16秒的数据进行重复记录，生命信号端口变化正常。判断本次通信故障是由于系统时间重置导致。优化系统对时机制可避免此类故障发生。
3.3 光感模块与HMI通信故障并发
根据统计，广州地铁二十一号线在车辆进出隧道时候光线明暗剧烈交替的情况下，容易发生卡屏和 MVB通信故障现象。为此，实验人员在实验室人为制造光感模块故障，复现了此类故障现象。判断此类通信故障原因为光感模块通信响应参数设置错误。优化光相应感模块通信响应参数后，再次试验，故障现象消失。
4 HMI通信故障整改建议
针对HMI通信故障各种可能原因，广州地铁同研华硬件研发，软件研发，以及系统应用专家进行专题会诊。确定如下整改方案 ：
1、拟增加CPU负荷状态跟踪机制，实时记录CPU负荷状态在CPU.log文件。利于通过更 多数据支撑来进行后续故障时刻点CPU负荷状态的追溯和分析。
2、在新版本的HMI软件针对系统对时机制进行优化。由此前的实时对时机制优化为开机 自动对时和手工对时。
3、在新版本的HMI软件针对光感模块和主板通信响应时间参数进行优化，避免光线激烈 变化导致的MVB通信故障。
4、为了实时记录MVB总线信号状态，加装D429S型MVB通信模块用于记录和采集 MVB总线的端口状态，历史数据，生命信号等有关数据。
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图4 加装D429S型MVB通信模块
5、一端发生故障的时刻，对端的HMI也会同时记录对方的故障状态。综合两端的故障记 录，有利于进一步判断故障原因。建议后续发生故障现象时，同时将I断和II端的该时刻 点的故障履历同时拍照存档，对照进行分析。
5 结论
城市轨道交通空调系统直接影响乘客服务质量。本文通过二十一号线B8型列车HMI通信故障深入研究，重点分析了造成HMI通信故障的各类原因及相关解决思路。针对上述HMI通信故障问题跟踪的现象，经研究得出以下结论：1、由于某些偶发性因素可能导致程序暂时性卡死，绝大多数情况下程序会在10秒内恢 复，这种情况下容易引发MVB通信服务程序中断。表现出来的现象就是闪报MVB通信故障。2、从现场故障类型的统计和分析，发现光感调节动作故障往往伴随MVB通信故障发生。 通过实验室人为制造光感故障，可以复现此类故障现象。优化光感模块通信响应参数后，再次试验，故障现象消失。3、系统时间重置也存在引发MVB通信故障的风险。
针对上述情况，广州地铁二十一号线列车对HMI程序做了相关优化：一是优化光感模块和主板 通信的响应时间，可以有效消除由于外部光线明暗激烈变化等因素导致的MVB通信故障。二是优化对时机制，避免对时操作可能引发的通信故障。经过长期跟踪，二十一号线列车近期HMI通信故障率显著下降。
参考文献
[1]彭冬良,段旭良等.城轨车辆HMI设备卡屏分析[J].电力机车与城轨车辆,2015,38(1):68-71.