TCN网关自监测技术研究
TCN 网关自监测技术研究
Abstract：Fault prediction and health management(PHM) is a technology to summarize,
analyze,evaluate, diagnose and predict the health status information of each component of the
monitoring system.Its core concept is condition-based maintenance.Combining PHM theory, relevant
standards and construction principles and starting from practical application,we propose a fault
detection and diagnosis method for TCN gateway of railway train network control system to reduce
equipment operation and maintenance costs,ensure real-time and reliable troubleshooting,and maintain
smooth operation.
Keyword：fault prediction; health management; self-monitoring;
根据 IEC61375-1 标准[1],绞线式列车总线 WTB[2]用于列车重联编组，多功能车辆总线 MVB[3]
用于车辆内设备通信。某型动车组(网络拓扑结构如图 1)TCN 网关是车载电子设备，实现
WTB/MVB 协议转换。该网关由 2组硬件完全相同、互为冗余的板卡组成，激活网关失效后，
备用网关冗余切换为激活网关。网关的 5种板卡中，任一板卡硬件或软件失效，都可能会影响
列车的正常运行。网关的自监测技术可以监测自身板卡软硬件状态，完成故障诊断和健康管
理。
1 自监测理论框架
TCN 网关自监测框架的建立主要参照 IEEE1856[4]、ISO13374[5]标准，以数据整合和多维度评
价为 PHM 构建原则。该框架按层次分为故障感知层、故障分析层和策略实施层，包括数据采
集、特征提取、状态监测、健康评估、异常处理 5个功能模块，如图 2所示。故障感知层对采
集的硬件数据和软件运行情况进行特征提取；故障分析层对提取特征在与期望值做比较和判断
(状态监测)后，完成健康评估，记录可能出现的问题和软硬件监测异常情况；策略实施层以保
证设备和车辆稳定运行为前提，根据故障等级进行异常处理。
2 网关典型故障分析
网关的 PHM 模型以典型故障为基础建立和完善[6,7],通过分析典型故障，可深入了解问题原
因，提高故障定位精度。网关典型故障包括线缆故障、硬件故障和软件故障。
(1)外接线缆故障：
包括 WTB/MVB 线缆故障、WTB/MVB 线缆与网关接口故障。WTB/MVB 线缆与网关接口故障
主要发生在网关与 WTB/MVB 线缆连接处，是由连接或器件导致的虚断问题。网关通过接收
WTB/MVB 数据帧判断通信质量，统计丢帧、错帧、数据超时等信息，做相应记录，指示故障
和预测故障。
(2)网关硬件故障：
包括元器件失效问题、电路老化问题或接触导致的通信问题。
(3)网关软件故障：
网关软件包括系统软件、通信协议软件、上位机软件及应用软件。通过监测软件运行情况，定
位软件漏洞，实时处理故障。
图1 某型动车组网络拓扑
图2 自监测框架
3 网关自监测硬件模型
对网关硬件实施自监测技术，具体来说，是在 WTB/MVB 通信板卡作为 WTB/MVB 协议分析
仪采集数据基础上，以 CPU 控制板卡为 PHM 中枢单元和故障诊断发起对象去监测其余板卡，
备份网关通过监测 CPU 控制板卡完成网关单元自监测闭环。硬件自监测模型如图 3所示。
图3 硬件自监测模型
以对 CPU 控制板卡和 WTB 通信板卡间背板通信监测为例说明：WTB 通信板卡开辟一段测试
背板内存空间，起始地址 0x70000,CPU 控制板卡向该地址空间分别写入数据
0x0000、0x5555、0xaaaa、0xffff, 再依次读出校验，作为背板通信判据维度之一，实现对地址
线、数据线、控制线信号数据采集。CPU 控制板卡对采集数据提取信号电平，与已知数据模型
摘要：
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TCN网关自监测技术研究Abstract：Faultpredictionandhealthmanagement(PHM)isatechnologytosummarize,analyze,evaluate,diagnoseandpredictthehealthstatusinformationofeachcomponentofthemonitoringsystem.Itscoreconceptiscondition-basedmaintenance.CombiningPHMtheory,relevantstandardsandconstructionprinciplesandstartingfr...
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作者：闻远设计
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