【项目描述】本项目主要以日立公司的产品为例介绍轨道交通车辆控制与诊断系统结构及功能；控制与诊断系统的常见故障现象及原因；控制与诊断系统的一般常见故障的处理方法及日常检查与预防措施等。
【学习目标】通过学习要求熟悉轨道交通车辆控制与诊断系统结构及各部分功能；掌握控制与诊断系统的常见故障现象，能分析、处理一般的故障；掌握控制与诊断系统的故障分析、处理方法及日常的检查与预防措施等。
【技能目标】熟悉日立公司的控制与诊断系统结构；能处理一般的控制与诊断系统的故障；掌握一般日常的部件检查要点。
【活动场景】在车辆检修现场讲解（或使用多媒体展示）城轨车辆控制与诊断系统的组成。
【任务要求】掌握城轨车辆控制与诊断系统的组成及部件的主要功能。
【知识准备】
列车控制与诊断系统（或称列车管理系统）是将列车的各个子系统及相关外部控制电路的信息进行读取、编码、通信传递、数据逻辑运算及输出控制的一个计算机网络系统。该系统就好比人类的神经系统，能通过手和眼睛对自身所处的状态、外部环境进行感知和控制，并对不同情况作出一定反映。而在列车上，该系统则是对列车的供电状况、速度、列车运行模式等状态信息进行实时监控和识别，并根据读取到的列车驾驶人员发出的指令信息，对列车上各个子系统发出相关控制指令，进而使各子系统产生相应的调整控制，以符合设定的功能要求，从而实现对列车的有效控制。同时，对列车主要设备的运行状态进行自动检测、记录和显示。当这些设备在运行中出现故障时，通过人机直接对话形式达到短时间内有效的诊断列车故障的智能系统。受监控的设备包括VVVF逆变器、辅助电源装置、制动装置、空压机、空调装置、客室电动门和ATP等设备。
列车控制和诊断系统具有列车控制级和车辆控制级功能的多台计算机系统和一些专门开发的高处理速度的微机组成。目前，国内以西门子、庞巴迪、三菱、日立等公司的产品为主，国内南车株洲时代自主开发的列车网络监控系统也广泛应用于重庆、昆明等新兴的城市地铁车辆。本文列车控制和诊断系统以日立公司的ATI（Autonomous decentralized Train Integrated）系统进行结构、功能方面的主要讲解，其他产品在控制、网络传输方面有较大的不同之处，但其功能基本一样。
日立公司的ATI系统具有控制指令传输、列车状态显示、异常检测、车上检查等功能。实现此功能需通过串行传输与其他主要设备进行循环传输。ATI系统的主干传输为双重系统，当一处发生故障时可以通过迂回控制继续进行信息收发，以此确保车辆的冗余性。
（1）ATI系统由以下设备构成
1）列车级设备
●ATI中央控制单元（ATI中央局，位于Tc头车，见图9．1）
●ATI终端控制单元（ATI终端局，位于中间每节车，见图9．2）
●司机台显示器（位于Tc头车司机室，见图9．3）
图9．1 ATI中央控制单元
图9．2 ATI终端控制单元
图9．3 司机台显示器
2）车辆级设备
通过RS-485串行传输或接点信号主要与以下设备交换信息。
①电气牵引控制单元。
②空气制动电气控制单元。
③列车空调控制单元。
④列车车门控制单元。
⑤列车辅助电源控制单元。
⑥列车广播系统。
⑦乘客信息显示系统。
⑧ATO车载信号设备。
（2）ATI中央控制单元
ATI中央控制单元具有以下功能：
①通过主干传输与其他车辆的终端控制单元、中央控制单元进行信息交换。
②通过RS-485对设备传输与该车辆的主要设备进行信息交换。
③异常检测与显示、记录。
④牵引、制动指令的传输。
⑤累计行驶距离的记录。
⑥司机台显示器的信息显示。
⑦自检功能。
⑧通过RS-232C与PC机的接口。
⑨RS485接口。
⑩故障信息、检查记录、累计信息等记录数据可以通过便携式测试单元PTU读取。
ATI监控对象包括以下设备：
①VVVF逆变器系统。
②辅助电源系统。
③空气制动系统。
④空调系统。
⑤客室电动门。
⑥司机室侧门信号。
⑦列车广播设备和乘客信息系统。
⑧网压、网流及高速断路器的分／合状态（均由VVVF或SIV等其他设备传送过来）。
⑨司机控制器及其他控制信号。
⑩紧急报警信号。
ATO信号及车载ATP给出的接点信号。
（3）ATI装置系统构成
ATI装置系统构成如图9．4所示。
列车运行时，通过主控单元端的中央控制单元向其他车辆的终端控制单元、中央控制单元传输控制指令信息。基本上以Tc1（头车）端为主控单元，当检测到主控单元故障时，子单元作为主控单元开始工作。各车辆的中央控制单元、终端控制单元收发的数据通过基干传输通道向其他车辆的中央控制单元、终端控制单元发送。ATI将从司机控制器接收到的牵引、制动指令发送给各车辆的VVVF装置、制动装置。
ATI系统的基干传输为双重系统，当一处发生故障时可以通过迂回控制继续进行信息收发，以此确保车辆的冗余性。
【任务实施】
1．在车辆检修现场识别ATI系统各部件的名称及位置。
2．在车辆检修现场对ATI系统显示器的界面进行认知。
3．在车辆检修生产现场对ATI系统的网络控制进行认知。
【效果评价】
评价表
【活动场景】使用多媒体展示城轨车辆控制与诊断系统的常见故障，并就故障进行分析。
【任务要求】熟悉控制与诊断系统的常见故障现象，对故障发生的原因能简单分析、说明。
【知识准备】
列车通信网络在轨道车辆上的广泛应用，不仅可以减少配线，提高生产效率，同时也能提高列车运行的安全性、可靠性。通过列车通信网络可对列车的故障进行快速诊断与维护，大大提高了维护效率。车辆控制与诊断系统由于其在车辆中的重要性，其故障影响程度较大。因此，本身系统一般都采用冗余设计，在系统1故障时，可自动切换到系统2上。如果列车整个网络故障，车辆设计时也应考虑硬线的备份，以确保列车的安全运行。
车辆控制与诊断系统的常见故障一般有监控显示屏故障、控制板卡故障、连接插头故障以及控制软件故障等。
（1）监控显示屏故障
监控显示屏故障有触摸无应答、显示屏黑屏、亮度不能调整、显示屏蜂鸣器不响或者是连响以及显示屏表面破损等常见故障。
显示屏黑屏现象的原因有两种可能：一种是显示屏本身的故障；另一种是显示屏控制电源的故障。
触摸无应答、亮度不能调整、显示屏蜂鸣器的故障需要更换显示屏，或者对其中功能失效的部件进行更换处理。
显示屏显示车号和图形不完整、信息有错误等现象，一方面要检查控制系统软件；另一方面检查显示屏是否存在故障。
显示屏表面破损一般属人为破坏，通常是使用了硬质东西敲击所致，如图9．5所示。
图9．5 显示屏表面破损
（2）控制板卡故障
控制与诊断系统经常会误报一些故障，俗称“假故障”，这可能是控制系统板卡存在一定的设计缺陷，需要调整板卡电子元件的设定参数，使之不受外界环境的影响，工作状态保持平稳。
控制板卡故障还表现在维护过程中，作业人员未按照标准执行人为造成板卡电路方面的损伤、电子器件的击穿等。
（3）连接插头故障
通信电缆插头与板卡连接松动、插针插接不良等也是一种常见的故障现象。这种故障隐蔽性强，故障点不便于查找，故障现象也时有时无，在运营中值得重视。
（4）控制软件设计故障
软件故障通常表现在系统工作不稳定、运行中易出现黑屏、系统重启、死机、某些功能失效等现象。软件的修改要经过反复的试验证明才能安装应用。
【任务实施】
1．在车辆检修现场对列车监控系统的显示屏进行操作。
2．在车辆检修现场对系统的板卡进行拆卸、安装。
3．在车辆检修生产现场对系统的故障现象进行认知。
【效果评价】
评价表
【活动场景】使用多媒体展示城轨车辆控制与诊断系统常见故障的处理方法。
【任务要求】通过学习掌握城轨车辆控制与诊断系统常见故障的处理方法，并根据检查要点对该系统进行日常的检查作业。
【知识准备】
城轨车辆控制与诊断系统具有自诊断功能，可以识别系统部件的异常状况，进行判定。故障发生时通过系统显示屏来提示司机和维修人员。系统所记录的事件、跟踪的数据等信息可以通过中央控制单元的RS-232端口进行下载。事件故障附带速度、牵引／制动指令、车门状态等环境数据，通过读取软件将下载的数据还原成可用于分析故障的故障记录表和相关的模拟量／数字量图形，可以在通用的PC机上完成。
监控显示屏故障，目前还需返回厂家或有专业资质的厂家进行故障修复。而控制板卡类的故障在运营维修单位通过备件互换的方式恢复车辆故障，故障的备件需返回生产厂家进行维修、测试。
网络控制系统中一种常见的故障处理方法就是对系统断电后重新上电启动，系统大多数具备复位功能按钮。在日常运营中，控制与诊断系统故障时，司机一般通过该种方法来恢复故障。如果故障消除，继续运营；否则，有可能是系统本身硬件方面发生了故障，需要车辆回库后检查。
网络控制系统的连接插头在运营中由于震动或其他人为因素导致松动，有可能会造成通信时断时续、故障时有时无的情况发生，这类事件必须引起运营维护部门的重视。
控制与诊断系统在日常维护中进行外观及功能性的检查，一般检查的要点有以下几种：
图9．6 列车控制系统外观
①控制单元外观良好、各连接插头螺丝紧固、板卡无松动，如图9．6所示。
②定期对控制单元板卡进行除尘清洁。
③控制单元拆连接插头时，均等地松开两端的螺钉保持水平拆下连接插头。另外，安装时也要均等地拧紧两端的螺钉，水平安装。连接插头倾斜状态安装会导致接触不良及连接器的损伤。
④控制板卡检查时不要触碰印刷电路，注意避免撞击、避免滴上水、油等液体。
⑤检查控制单元箱内布线是否有损伤的情况，如有则进行更换。
⑥检查控制单元显示屏外观有无异常，屏表面有无明显损伤，触摸开关的应答灵敏度。
【任务实施】
1．在车辆检修现场下载列车监控系统的故障存储信息。
2．在车辆检修现场按要求对列车监控系统进行外观检查。
3．在车辆检修生产现场对模拟列车监控系统故障进行认知。
【效果评价】
评价表
续表
通过本章学习，掌握轨道交通车辆控制与诊断系统的结构及部件功能；掌握控制与诊断系统常见故障和故障原因；掌握控制与诊断系统常见故障处理方法及预防措施等。
1．举例说明轨道交通车辆控制与诊断系统常见的故障现象。
2．说明控制与诊断系统控制单元板卡检查的要点。
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