关于车载信号接口问题测试难点及解决方案的思考

关于 车载信号接口问题测试难点及解决方案的思考

解平平

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司， 陕西 西安 710000

摘要：车载信号作为地铁信号的关键子系统，设备安装于每列电客车之上，其功能的实现建立在车辆系统的响应之上。因此车载信号系统与车辆的接口问题及故障占据了车载信号日常故障处理的重头戏。由于其基本无法通过一方的数据进行实时全面的监控，且大部分的故障在库内静态情况下无法复现，给现场的问题排查造成了极大的困难，且对人力、物力的消耗极大。面对如此困境，开发出一种仪器，在库内静态情况下能够对设备的电器链路进行导通测试并且能够完成驱动相关设备的吸起落下，模拟完成信号指令发出情况下物力链路的所有动作。

关键词：地铁车载信号系统；与车辆及其他接口；完成物力链路测试

1.情况概述

车载信号系统作为地铁信号系统的重要的子系统，在当前各城市信号主要采用的CBTC系统中承载着接收轨旁ATP的运算结果驱动车辆运行，并将列车运行参数数据同步转发给轨旁ATP以便于ATP系统实时运算的功能。随着信号系统技术的进一步发展，在全自动运行系统（FAO）中车载信号将会承载除传统CBTC系统中的功能外，增加了更多关于综合监控等系统的接口功能。（简述接口功能排查的难点，列举具体的）

1.1 目前现状存在问题

以CBTC系统中列车上接口为例，目前相关接口主要存在于与车辆接口各功能之间的实现与反馈为主。在日常的检修维护及故障处理过程中主要存在以下问题，导致故障处理时间不可控、故障复现困难、人力物力耗费过大且申请困难等。具体情况如下：

⑴ 发生列车接口故障，列车在库内静态条件下无法验证电气元件的性能；只能进行简单的电路导通性测试。

⑵ 因在库内静态情况下无法对接口功能进行验证，必须申请试车线、正线进行动车作业，由于试车线、正线资源稀缺，申请协调流程较为复杂，存在多部门协商，导致故障处理时间延长或者暂时搁置，影响设备故障修复，进而对正线运行产生影响。

⑶ 试车线、正线动车测试局限性较大，需反复跑圈测试且必须特定的地点方能触发相应的条件，特别是针对偶发性故障不能实现高频次验证，导致故障现象难以复现，不能准确的判断故障的点位。

⑷ 接口故障在试车线、正线验证时存在大量人力、物力资源的消耗。

试车线动车将占用调车司机两人、调试司机两人，同时增加了维护人员作业劳动负荷（处理逻辑电路故障，因复杂性每次需要4人以上配合才可以完成接口性故障处理）。且调车期间该调车路线相应的股道必须按要求提前出清并进行封锁，轨道或场段信号专业将无法开展相关的检修作业；正线加开作业需要占用正线司机两名，且会延长收车时间，进而缩短整条线路夜间检修时间。同时动车时电力能源消耗较大（如每列车正线动车验证一圈来算，以全线大约83公里的线路举例，每公里耗能10度电，每一列车将使用830度电左右）。

1.2 对未来发展的影响

随着信号技术的进一步发展，各系统供应商对车载信号系统各项功能，如：双端冗余功能、对车辆控车参数更全面的监测等功能的进一步完善。同时全自动运行系统中增加了例如车载信号与综合监控等系统的接口功能。车载信号系统与其他系统间接口功能将会成倍数的增加，且系统间接口功能对整个信号系统平稳运行将产生的影响点位、概率将会大大增加。同时随着各城市轨道交通在市民出行选择中的占比的迅速增加、各城市地铁线路线网化程度越来越高以及信号系统整体技术的进一步发展，每条地铁线路运行密度将会进一步加大，单条线路列出数量将会成倍数增加。因此如何快速有效的在库内静态情况即可对接口故障链路进行相关的测试，模拟正常运行情况下的电路构通并能够驱动车辆相关继电器的吸起落下，进而对相关接口线路的导通性、硬件的功能及整个链路的情况进行测验，是车载信号系统面临的一个课题。

2.从现场实际出发，对该问题的思考

2.1 设备研发思路

带着这样的思考，为了解决和优化以上问题，西安地铁五号线车载研发小组在组长解平平的带领下开发出一套车载VOBC机柜外设装置测试仪，即一种地铁车载VOBC机柜外设装置测试仪，其特征是用户使用连接器与列车电路相连，操作测试仪电源开关进行电源模块PLC模块上电，待上电启动完成后进行相应验证操作。（以AR折返为例）：用户按下操作盘启动按钮，PLC采集到启动信号，驱动继电器模组间断性吸合控制列车上AR指示灯闪烁，用户按压列车上AR按钮后，PLC采集到AR激活信号，控制继电器模组吸起，同时控制列车上AR指示灯变为常亮状态、AR继电器吸起。即可判断被测AR折返逻辑电路中线缆导通性是否良好，相应按钮、继电器元器件是否存在功能性缺陷或损坏等问题。测试完毕，用户按压操作盘上启动按钮使其弹开（断开），PLC采集到弹开信号控制测试仪内继电器落下，列车上AR指示灯灭、自动折返继电器落下。封闭箱体将测试仪使用元器件罩住，在测试过程中可以减少人员与设备直接接触，保障人身安全。

2.2 设备结构特点

该车载VOBC机柜外设装置测试仪的结构特点如下：

⑴ 测试仪采用40*30*16的密封箱体，外形美观，重量轻，携带方便快捷，提高了维护人员故障处理效率。

⑵ 测试仪选用专用电源，可以将列车110V直接转换为24V为设备直接供电，避免了外部取电给人身带来的安全风险。

⑶ 测试仪与列车电路之间采用连接器，可以减少了人员与设备直接接触，保障人身安全。

⑷ 测试仪在库内可直接驱动相关接口功能链路中的按钮、继电器，可根据按钮、继电器动作状态，判断电路中线缆导通性是否良好，按钮、继电器元器件是否存在功能性缺陷或损坏等问题，减少了接口性故障需要动车验证的次数，降低了试车线、正线资源占用率，节约了能源消耗以及劳动力，从而大大节省了运营维护费用。

⑸ 此测试仪从设计角度出发没有使用局限性，可以使用于各种列车电气原理图中元器件驱动，在条件允许的情况下，经过转换器的连接可推广至其他地铁线路进行接口性故障测试。

3.现场实际应用情况

目前测试仪已实现16项功能应用：分别应用于模式升、模式降、ATO启动灯、司机室激活、自动折返按钮、左右门开/关按钮性能监测以及逻辑电路AR控车等，同时此测试仪预留可扩展端口，后期可根据系统接口的变化进行扩展，实现类似以下的接口功能：1、实现正线列车对标停车后模拟控制列车开/关门场景；2、实现模拟列车正线ATO运行逻辑关系场景；3、实现其他与车载信号有直接线路接口的功能，特别是针对需要条件激活触发继电器动车的相关功能。

结束语：

通过从现场实际需求出发，针对性的对每一项接口功能进行逐个分析，研发出的该车载VOBC外设装置测试仪，能够很好的应用于检修及故障处理。解决了在检修及故障处理过程中必须要动车才能构通相关链路的问题，极大的节省了人力物力，提高了处置效率。

参考文献：

[1]《地铁信号系统原理》

[2]薄宜勇 曹峰.《城市轨道交通信号监测系统运用与维护》.中国铁道出版社.2018.1；

[3]《信号系统与车辆系统接口协议》

[4]《信号系统维护手册》

[5]《信号系统用户需求》