高速动车组输入输出模块%28RIOM%29接地方式优化分析.pdf

2024 年第 1 期114中国高新科技道路交通|ROAD TRAFFIC高速动车组输入输出模块（RIOM）接地方式优化分析高盘龙新疆铁道职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 830011摘要：文章对在线运行动车组输入输出模块（RIOM）通信故障较高的问题进行了探究。为了有效降低输入输出模块（RIOM）的故障率，提高在线运行动车组的准点率，首先，对输入输出模块（RIOM）的控制原理进行了分析，对典型故障的输入输出模块（RIOM）进行现车数据分析、地面脉冲测试，分析故障原因；然后，对输入输出模块（RIOM）在两种接地方式工况下的通信抗干扰能力进行对比分析；最后，通过对比发现输入输出模块（RIOM）接地方式优化后的抗干扰能力明显增强，有效提升输入输出模块（RIOM）的可靠性。关键词：动车组；输入输出模块；抗干扰；接地方式文献标识码：A中图分类号：TM864文章编号：2096-4137（2024）01-114-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.33Optimization of remote I/O module(RIOM)grounding mode used in high-speed EMUGAO PanlongXinjiang Railway Vocational and Technical College,Urumqi 830011,ChinaAbstract:To study the high communication failure rate of remote I/O module used in EMU,effectively reduce the failure rate and improve the punctuality of EMU,the control principle of remote I/O module is firstly analyzed,the typical failure of remote I/O module is analyzed car data and tested ground pluse,and the cause of remote I/O module failure are summarized.Secondly,the communication anti-interference capability of remote I/O module under two different operating conditions are comparatively analyzed.Finally,the advantage of anti-jamming capability and reliability of remote I/O module are verified in optimization of ground mode.Keywords:electric multiple unit(EMU);remote I/O module(RIOM);anti-interference;optimization of ground mode高速动车组网络系统是一个智能化实体，主要实现网络设备的管理、运行信息采集、运行状态的监视和故障诊断，保证动车组安全可靠地运行，为司乘人员提供故障处理指南，为检修维护提供数据支持。高速动车组网络系统信号主要由列车级总线 WTB 和车辆级总线 MVB/CAN 进行传输。MVB 总线按动力单元设置网段，8 辆编组设置 2 个网段，16 辆长编组设置 4 个网段。为提高可靠性，重要部件采用均冗余设计。高速动车组网络系统部件主要包括 TCN 网关（GW）、微处理单元（MPU）、显示屏单元（TS/TD/LT）、中继器（REP）、输入输出模块（RIOM）、远程数据传输装置（DDU）、高压控制单元（CLT）等。其中，输入输出模块（RIOM）可与不具有车辆总线接口的输入输出信号进行连接，如对高压系统部件控制继电器、辅助系统扩展供电开关及控制继电器、火灾报警信号、安全环路状态继电器、电机轴承温度等进行采集与控制。1输入输出模块（RIOM）控制原理（机理）/机械安装结构分析高速动车组输入输出模块（RIOM）采用 24V 供电，通过MVB 总线接入列车网络控制系统，DI 板卡用于采集断路器、继电器、控制器等状态信号，DO 板卡控制继电器、指示灯等。1.1机械安装结构分析高速动车组输入输出模块（RIOM）由电源、CPU、DI、DO 等板卡组成，均为塑料外壳结构。动车组运行过程中输入输出模块（RIOM）因各类继电器、接触器、断路器频繁动作而处于复杂的电磁环境中。各板卡之间通过专用导轨固定安装，通过短接片进行连接实现模块接地，实物如图 1 所示。图1输入输出模块（RIOM）实物图输入输出模块（RIOM）为塑料外壳，抗外部电磁干扰的能力较弱。虽然各个 IO 板卡之间通过接地片与电源板卡的接地柱相连实现接地，但接地片不连续，更易被电磁信号干扰，实物如图 2 所示。图2输入输出模块接地片连接方式1.2输入输出模块（RIOM）主要技术参数为研究输入输出模块（RIOM）通信故障的主要原因，对模块的性能参数进行分析，主要技术参数见表 1。2输入输出模块（RIOM）通信故障典型案例分析2.1动车组数据分析微处理单元（MPU）数据如表 2 所示。数据显示输入输出模块（RIOM）通信故障，随后自动恢复。远程数据传输装置（DDU）数据如表 3、表 4 所示。数据显示在故障时刻输入输出模块的 MVB 数据为 0XFF（当MVB 端口通信异常时，将数据设置为 0XFF）。2024 年第 1 期115中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通2.2故障样件脉冲群测试分析选取基本功能测试正常的 20 个输入输出模块（RIOM）进行脉冲群干扰试验，分析输入输出模块（RIOM）在脉冲群干扰下的工作状况。依次对电源线、MVB 线施加 2kV 和3kV 的脉冲干扰群，进行设备的脉冲群测试，每种工况测试3 次。测试结果见表 5、表 6。2.2.1电源线脉冲群测试表 5 中，L1-L2 表示正线-负线、L1-PE 表示正线-地线、L2-PE 表示负线-地线、L1-L2-PE 表示正线-负线-地线。2.2.2MVB 信号线脉冲群测试MVB 信号线脉冲群测试结果见表 6。2.3测试数据分析经过对故障样件进行脉冲群测试，得出以下结论：电源线脉冲群干扰。2kV 的线间干扰导致模块发生故障，2kV 线地干扰模块工作正常。3kV 的线间干扰模块发生故障，3kV 的线地干扰也导致模块发生故障。故障现象为模块表3RIOM通信故障时端口数值变为0 xFF时间riom_2A3_0riom_2A3_1riom_2A3_2riom_2A3_3riom_2A3_4riom_2A3_52018-02-03 10:41:5701700002018-02-03 10:41:5801700002018-02-03 10:41:5801700002018-02-03 10:41:582552552552552552552018-02-03 10:41:582552552552552552552018-02-03 10:41:582552552552552552552018-02-03 10:41:58255255255255255255表4RIOM通信恢复时端口数值恢复正常时间riom_2A3_0riom_2A3_1riom_2A3_2riom_2A3_3riom_2A3_4riom_2A3_52018-02-03 10:42:132552552552552552552018-02-03 10:42:132552552552552552552018-02-03 10:42:132552552552552552552018-02-03 10:42:132552552552552552552018-02-03 10:42:1406400002018-02-03 10:42:1406400002018-02-03 10:42:1406400002018-02-03 10:42:1406400002018-02-03 10:42:1406400002018-02-03 10:42:1406400002018-02-03 10:42:1501700002018-02-03 10:42:1501700002018-02-03 10:42:160170000表1RIOM主要技术参数尺寸长（不同车型配置）100mm130mm电源电压DC24V，电压波动范围符合EN50155的要求，电源中断符合EN50155定义的S2级要求电源功率50W工作温度EN50155 TX类（箱体内部温度：4070；PCB周围空气温度：4085）工作湿度年平均相对湿度：75%；最湿月月平均最大相对湿度不大于90%（该月月平均最低温度为25）振动冲击振动和冲击符合IEC60571的10.2.11，IEC 61373的9，10部分中的1类B级和EN50155的10.2.11部分及IEC60068-2-27的要求安装方式DIN标准35mm导轨防护等级IP20总线接口MVB表2RIOM模块发生通信故障，随后自动恢复时间车辆号所属系统故障代码所属等级故障描述操作指南2018/2/3 10:41:583网络牵引部分04643RIOM1通信故障检查BMVB模块和MVB配线4-642018/2/3 10:42:033牵引系统131243本地B100不可用检查启动司机台“Treroabilitato”线路供电和INDI模块13-1242018/2/3 10:42:034牵引系统161933DJ1开关状态的远程辅助触点不一致检查电气系统、断开开关的操作及受影响车辆上相应的INDI植块16-1932018/12/13 10:42:153网络牵引部分04523RIOM1通信恢复无指南4-52表5电源线脉冲群测试结果试验项点2kV/5kHz2kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次L1-L258s故障59s故障58s故障 40s故障 25s故障 27s故障L1-PEL2-PEL1-L2-PE57s故障56s故障58s故障试验项点3kV/5kHz3kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次L1-L259s故障58s故障59s故障 59s故障 58s故障 40s故障L1-PE57s故障59s故障26s故障L2-PE58s故障59s故障 56s故障L1-L2-PE59s故障58s故障59s故障 59s故障 59s故障 58s故障 2024 年第 1 期116中国高新科技道路交通|ROAD TRAFFIC的 MVB 通信异常，80%的故障可以自行恢复，20%的故障需断电才可恢复。MVB 信号线干扰。2kV 和 3kV 均会导致模块发生故障，但是 3kV 抗干扰的时间明显短于 2kV。故障现象为模块的MVB通信异常，60%的故障可以自行恢复，40%的故障需要断电才可恢复。3改进措施为降低输入输出模块（RIOM）通信故障的发生频率，减少高速动车组的运行影响，需采取相关改进措施。通过分析，现有输入输出模块（RIOM）接地片不连续，虽然能将各个子模块连接在一起，但无法将引入的干扰通过电源接地线有效释放。为有效释放电磁干扰信号，对输入输出模块（RIOM）接地方式进行优化，采用一体的接地片包裹机箱的边缘，并形成统一连贯的整体，如图 3 所示。图3优化接地设计的输入输出模块（RIOM）实物图将 20 个故障样件的接地方式按照上述方案优化后，再次进行脉冲群干扰试验，分析优化后的输入输出模块（RIOM）在脉冲群干扰下的工作情况。依次对电源线、MVB 线施加2kV 和 3kV 的脉冲干扰群，进行进行设备的脉冲群测试，每种工况测试 3 次。测试结果见表 7、表 8。3.1接地方式优化后样件脉冲群测试分析（1）电源线脉冲群测试。（2）MVB 信号线脉冲群测试。新接地方案 MVB 信号线脉冲群测试结果见表 8。3.2测试数据分析经过对改进接地方式的样件进行脉冲群测试，得出以下结论：电源线脉冲群干扰。2kV 的线间干扰和 2kV 线地干扰模块工作正常。3kV 的线间干扰和接地干扰设备工作正常。优化接地方式后的 RIOM 模块对电源线的脉冲群抗干扰能力明显增强。MVB 信号线干扰。2kV 的干扰下 RIOM 工作正常，3kV 的干扰下 RIOM 工作正常，3kV 的干扰下发生 2起 RIOM 模块故障，但故障复现时间明显加长，与采用原接地方式的 RIOM 相比，故障发生频次降低 90%，抗干扰能力明显增强。4结语接地方式优化后的输入输出模块（RIOM）工作情况跟踪显示，装有接地方式优化后的输入输出模块（RIOM）动车组运行两年以来，在线运行中输入输出模块（RIOM）通信故障占比由原来的 70%降低至 5%。结合高速动车组的网络部件冗余设计理念，为保障高速动车组网络系统的工作稳定性，输入输出模块（RIOM）在高速动车组上同样为冗余设计。综合分析，输入输出模块（RIOM）接地方式优化后，虽未彻底解决此类问题，但输入输出模块（RIOM）在线运行中的故障率明显降低，有效保障了高速动车组的运行可靠度，提高了信号传输的稳定性和安全性。作者简介：高盘龙（1989-），女，甘肃陇西人，新疆铁道职业技术学院讲师，研究方向：电气工程。参考文献1张曙光 CRH5型动车组M 北京：中国铁道出版社，2008.2GODIO ASISTEMA MODULARE“LORE”REGOLE D UTILIZZO ED INSTALLAZIONERSavigliano：Alstom Sesto S Giovanni，20043 杨继深现代工业中电能质量与电磁干扰控制 M北京：电子工业出版社，20114陈蕾，陈家斌 接地技术与接地装置M 2版 北京：中国电力出版社，20145 杨鹏列车通信网络远程输入输出模块研究 D北京：北京交通大学，2014（责任编辑：周羿廷）表6MVB信号线脉冲群测试结果试验项点2kV/5kHz2kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次MVB58s故障59s故障58s故障59s故障 59s故障 59s故障试验项点3kV/5kHz3kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次MVB8s故障21s故障11s故障28s故障 53s故障7s故障表8新接地方案MVB信号线脉冲群测试结果试验项点2kV/5kHz2kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次MVB3kV/5kHz3kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次68s故障表7新接地方案电源线脉冲群测试结果级试验项点2kV/5kHz2kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次L1-L2L1-PEL2-PEL1-L2-PE试验项点3kV/5kHz3kV/5kHz第1次第2次第3次第1次第2次第3次L1-L2L1-PEL2-PEL1-L2-PE