上海地铁9号线车载VOBC系统冗余问题分析

摘要：上海轨道交通9号线采用了泰雷兹提供的VOBC车载信号系统，这套系统以三取二冗余的方式来保证列车运营过程中设备工作的稳定、安全、有效、可靠，本文就VOBC系统的冗余功能进行介绍，并对其优点及局限性进行描述，对日常维护中冗余故障的现象、原因、故障处置方法做一定的分析和探讨。

关键词 车载VOBC3取2冗余优点局限性故障探讨

中图分类号： U231+.4 文献标识码： A 文章编号：

1、VOBC系统概述

车载VOBC系统是车载ATC的核心内容，VOBC采用冗余校验“3取2”的原则执行ATP和ATO功能。它不但对车辆的状态进行着监控，保证列车设备的功能处于正常状态，并且它通过TI天线探测轨道上的应答器和数据通信系统（DCS）与中央设备保持通信，确定列车运行的精确位置，下图1为VOBC的设备分布图。

图1

2、3取2冗余

2.1、冗余的功能

VOBC系统以“3取2”的冗余方式来确保设备工作安全。正常状态下，VOBC 的三个微处理器产生相同的指令给车辆系统，以及传送到ZC 的相同状态报文，每个处理器的输出同时与其它两个处理器的输出进行比较，最终以两路的形式进行输出。如果其中一个处理器输出与其他两个输出不同时，其将被关闭，并且该设备将按照“2取2”的模式继续运行。如果所有三个处理器输出都不相同，则整个设备将被关闭，这将禁止生成紧急制动缓解信号，并且VOBC 将处于死机状态。图2为车辆输出表决，图3为以太网输出表决。

图2图3

2.2、冗余的作用及优点

冗余的作用就像其功能所述，当VOBC设备中的信息指令输出发生不一致，或者VOBC本身硬件出现问题（如PICC、PCM PSU、CPU、MPU PSU等），导致其中的一个微处理器所输出的信息指令与其他两个微处理器不一致，在这种情况发生时，VOBC中的隔离板就会将指令不一致的那路处理器通道进行断电，使VOBC降级至“2取2”的工作模式。这样的设计方式优点在于可以确保设备安全的同时，也降低了故障的发生率，维护人员可以通过ATS数据或夜间日检工作发现冗余丧失故障并即使得以处理，不对正线运营造成影响。

2.3、冗余的局限性

除了以上的优点，VOBC的“3取2”功能也有其局限性，有时某些信号指令输出故障时，三个处理器通道无法通过表决来进行故障通道的隔离，而当第二个处理器通道也发出不同的指令时直接造成了VOBC死机的故障，给正线运营带来了影响。

除此之外，由于泰雷兹的这套VOBC系统“3取2”的冗余仅限于处理器单元，其输入、输出部分、车地通信部分及无线通信部分都不具备完全的冗余，当其中任意一部分出现问题时，都将使VOBC无法正常工作，简单的说，泰雷兹系统的“3取2”实则为“大脑”的3取2，而作为“手脚功能”的设备则是独一无二的，因此这也大大提高了维护人员对设备的检查要求及力度，只有设备的工况良好，才能体现VOBC系统“3取2”功能的价值。

3、冗余故障

3.1、冗余故障的现象

下图4中，红色框为微处理器通道1，绿框为通道2，粉色为通道3。当任一一个微处理器输出指令不一致时，黑色的隔离板就将断开其故障通道的供电，由此则转入“2取2”工作模式。当PPU子架板卡故障时，MPU子架对ZC的通信依旧保持“3取2”状态，而MPU子架板卡故障时，列车与ZC以及车辆系统的输出都将降级为“2取2”状态。

图4

3.2、特殊故障案例分析

在上文冗余的优点及局限性中提到某些故障发生时列车“3取2”的功能看似正常，但实际内部已经不具备“3取2”的功能，当有一路通道再发生故障时就造成VOBC死机，下面来介绍几类类似故障，并对此做一个简单分析和探讨。

3.2.1、VID故障

VOBC 识别号(VID)是一个编程到外部VID 插头的唯一12 位号码。VOBC 读取该VID 插头，并用该号码将自身识别到轨旁设备中。在正常工作状态下，VID位在三个副本中的表决状态是相同的，当其中一路副本出现故障时，其相应通道的VID译码就和其他两个副本不一致，VOBC系统内部已经失去了“3取2“的功能，但在这种情况下从硬件灯位上无法判断，往往会造成故障的疏漏。下图7为PPU VID分配表

图7

在日常故障处理中也曾发生过类似的故障，下面举两个VID的故障实例来更为形象的描述VID所造成的冗余丧失故障。

VID故障一：VIM3板卡所造成的VID故障

某列车正线发生VOBC死机，通过中央ATS数据筛查，发现报警显示VID存在信号表决不一致问题，随后对列车进行静调测试，发现通道2的参数确实存在异常，致使VOBC丧失冗余，随后更换PPU子架后，确认通道2参数恢复正常，故确认故障是PPU子架造成，对PPU子架进一步分析后，发现VID插头的信号输入是通过VIM3来接收的，VIM3为VID插头提供了接口，随后对VIM3板卡进行更换后，冗余功能恢复，因此也了解了VIM3在VOBC中起着实现冗余功能桥梁的作用。

VID故障二：VID自身硬件故障

由于VID自身硬件故障极为少见，所以故障发生时，起先以为是MPU子架或PPU子架故障导致的，但是将两类子架分别进行更换后，列车出库依旧发生死机故障，最后在对列车进行静调测试的时候发现其中有一位的VID位为低电位，而正常应该为高电位，随后通过对该位的查表，确认为副本通道3的VID故障，最终也通过断开通道1或2都会造成VOBC死机，通道3断开VOBC正常来确证了VID故障，从而了解了当VID硬件故障时会导致VOBC失去“3取2”的冗余。

以上两个VID的故障实例，让我们对VID与VOBC冗余的关系有了进一步的了解，为日后同类故障的处理积累了宝贵的经验。

3.2.2、PCM PSU故障

一般发生PCM PSU故障都会导致相应通道的PICC将被隔离，但是有一种情况会导致VOBC重启时直接造成VOBC无法通过自检，而并非从“3取2”降级至“2取2”,这种冗余的例外是由于VOBC在重启的过程中三个微处理器都会给各自通道的PICC发送一个生命周期监控（LCM）信号，并由PICC 成功解码生命周期监控器 (LCM)信号为过程循环监控器/电源(PCM/PSU)模块上的PCM继电器供电，使PCM/PSU 模块将VOBC 置于活动

模式，下图8为过程循环监控器功能图。当LCM 信号被中断时，会切断PCM的电源以及隔离继电器，并将VOBC 置于被动模式。所以当某一个副本的PICC无法成功解码（LCM）信号时，就造成了VOBC无法正常通过自检，导致VOBC启动失败。

图8

4、总结和展望

本文对上海轨道交通9号线车载VOBC系统的“3取2”功能进行了介绍，并对其在实际工作中的优点及局限性进行了描述与分析，对某些关于冗余的特殊案例展开了探讨。同时希望通过日常的总结为日后系统软件的升级提供可靠的依据，尽可能大的发挥“3取2”的优势，为日常的维护工作指明方向，为VOBC系统的稳定运行提供保障。

【参考文献】

上海贝尔阿尔卡特.上海城市轨道交通9号线ATC系统VOBC维护手册.2007

谭复兴，高伟君.《城市轨道交通系统概论》.北京:中国水利水电出版社，2007.22.25