基于TCMS的列車(chē)智能化研究

朱紅崗,張哲瑞

（日立永濟(jì)電氣設(shè)備(西安)有限公司技術(shù)中心,710018）

基于TCMS的列車(chē)智能化研究

朱紅崗,張哲瑞

（日立永濟(jì)電氣設(shè)備(西安)有限公司技術(shù)中心,710018）

針對(duì)基于列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）的列車(chē)智能化研究，本文給出了TCMS智能系統(tǒng)框架，介紹了TCMS數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）的數(shù)據(jù)傳輸、車(chē)輛段服務(wù)器數(shù)據(jù)接收和上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了TCMS系統(tǒng)對(duì)車(chē)載子系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到了通信的良好性能。

列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸單元；車(chē)載子系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通的迅速發(fā)展，地鐵、輕軌、低地板車(chē)等列車(chē)大規(guī)模運(yùn)營(yíng)，由于城軌車(chē)輛集機(jī)械、自動(dòng)控制和信息處理等于一體，對(duì)于列車(chē)車(chē)載子系統(tǒng)的維護(hù)，業(yè)主采用的方式是列車(chē)入庫(kù)后對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)人工下載，這種方式浪費(fèi)人力、物力，自動(dòng)化程度較低。因此，列車(chē)維護(hù)的智能化是一個(gè)可行的研究方向，其中，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制與管理系統(tǒng)（TCMS）的智能化是研究的熱點(diǎn)。

1 TCMS智能系統(tǒng)框架

地鐵車(chē)輛的車(chē)載子系統(tǒng)一般包括：列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)（ATO）、牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)（VVVF）、輔助供電系統(tǒng)（APS）、TCMS系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、空調(diào)、車(chē)門(mén)、乘客廣播（PA）裝置、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、火災(zāi)（FAS）裝置。TCMS系統(tǒng)作為列車(chē)的“大腦”及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)與列車(chē)其他子系統(tǒng)之間的信息傳輸、控制、故障判斷及處理提示等邏輯處理，在列車(chē)運(yùn)營(yíng)及維護(hù)階段承擔(dān)著至關(guān)重要的作用。TCMS智能系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)采用客戶端/服務(wù)器（C/S）模式，車(chē)輛段系統(tǒng)作為服務(wù)器端，車(chē)載TCMS系統(tǒng)作為客戶端，TCMS系統(tǒng)通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)將列車(chē)網(wǎng)絡(luò)中子系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送至地鐵車(chē)輛段服務(wù)器，在服務(wù)器端搭載地鐵車(chē)輛維護(hù)上位機(jī)軟件，通過(guò)該軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)載子系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障的存儲(chǔ)和分類(lèi)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取，并能打印相應(yīng)子系統(tǒng)設(shè)備信息。具體實(shí)現(xiàn)框架如圖1.1所示。

圖1.1 TCMS智能系統(tǒng)框架

2 TCMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送

TCMS系統(tǒng)中主要包含以下設(shè)備：中央處理單元（CCU）、遠(yuǎn)程輸入輸出單元（RIOM）、人機(jī)交互單元（HMI）、事件記錄儀（ER）和中繼器（REP）等。本文基于CCU設(shè)備實(shí)現(xiàn)串行通信，將其他子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）中，使用接口函數(shù)initSerial ()來(lái)完成基于RS485串行通信初始化，具體函數(shù)定義如下：

initSerial (char *port, int protocol, int line, int Encoding, int speed, int Length, int stopBits, int parity)

其中*port是指串行接口通道數(shù)，共3路，’’/dev/sccX”(X=1,3,4)；protocol是指通信協(xié)議，包括HDLC和UART兩種；line是指物理層傳輸介質(zhì)，包括RS485和RS232兩種；Encoding是指數(shù)據(jù)鏈路層編碼方式，包括NRZ、NRZI、FM0、MANCHESTER和DIFF_MANCHESTER五種編碼方式；speed是指通信速率，對(duì)于HDLC通信最大支持500kbps，對(duì)于UART通信最大支持115.2kbps；Length是指數(shù)據(jù)位數(shù)大小，包括5位、6位、7位、8位四種；stopBits是指停止位數(shù)，包含1位、2位兩種；parity是指校驗(yàn)位，有奇、偶、高、低四種校驗(yàn)方式。

3 DTU數(shù)據(jù)傳輸

本文中TCMS系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的通信為基于HDLC的RS485通信，通信速率最高為38.4kbps，TCMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是MVB，最高達(dá)1.5Mbps，LTE新一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸速率高，其通信速率達(dá)100Mbps，用LTE網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，帶寬足夠大。DTU設(shè)備作為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行載體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。

DTU上電后進(jìn)行自檢和初始化配置，待自檢通過(guò)和配置成功后，DTU通過(guò)CCU接收車(chē)載子系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部集成的TCP/IP協(xié)議棧打包，使用LTE網(wǎng)絡(luò)下的GPRS通信進(jìn)行數(shù)據(jù)可靠傳輸，將其發(fā)送至車(chē)輛段服務(wù)器上。DTU內(nèi)部每發(fā)送1個(gè)指令，數(shù)據(jù)透明傳輸模塊接收并執(zhí)行，并將其執(zhí)行狀態(tài)返回，如果超過(guò)2s沒(méi)有收到數(shù)據(jù)透明傳輸模塊的回復(fù)，則對(duì)其進(jìn)行復(fù)位，避免進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)。

4 車(chē)輛段服務(wù)器數(shù)據(jù)接收

數(shù)據(jù)接收服務(wù)器位于地鐵車(chē)輛段中，主要接收從TCMS系統(tǒng)中傳輸?shù)能?chē)輛各子系統(tǒng)的設(shè)備信息、故障狀態(tài)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等信息。

本文在服務(wù)端建立Socket通信，建立數(shù)據(jù)接收進(jìn)程。服務(wù)端Socket偵聽(tīng)主要分以下幾個(gè)步驟：創(chuàng)建IP實(shí)例，獲取車(chē)輛DTU設(shè)備IP地址，端口，用于Socket偵聽(tīng)時(shí)綁定；創(chuàng)建套接字，建立一個(gè)面向連接(TCP)的Socket；將已經(jīng)創(chuàng)建的套接字與IP實(shí)例進(jìn)行綁定；設(shè)置套接字為接收模式；在套接字上接收接入的連接，一旦接收到一個(gè)連接后，就新建一個(gè)線程，來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接收；在套接字上接收DTU設(shè)備發(fā)送的信息。

5 服務(wù)器端上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)

LabVIEW 是一款強(qiáng)大的上位機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，在數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制等領(lǐng)域有著廣泛用途，它使用靈活，完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收、處理、分析、存儲(chǔ)、顯示等功能。同時(shí)具備串行通信、TCP/IP、UDP、HTTP、藍(lán)牙、紅外線等多種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議驅(qū)動(dòng)及接口庫(kù)函數(shù)，ADO數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，功能十分完善。

Labview上位機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)流程圖，分為以下流程：創(chuàng)建TCP偵聽(tīng)，打開(kāi)TCP鏈接；讀取TCP數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，并對(duì)分離后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，包括子系統(tǒng)ID，設(shè)備ID，設(shè)備狀態(tài)、故障信息、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等信息；對(duì)子系統(tǒng)設(shè)備信息就行打印輸出；關(guān)閉TCP鏈接。

按照設(shè)計(jì)流程，完成TCMS系統(tǒng)與其他車(chē)載子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)處理。以TCMS與輔助供電系統(tǒng)（APS）之間的數(shù)據(jù)輸出為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖5.1所示。在圖中可以看出：子系統(tǒng)為APS；設(shè)備為4臺(tái)：分別位于2、3、4、5車(chē)，設(shè)備狀態(tài)為16字節(jié)，并做了包括電壓、電流、頻率等在內(nèi)的部分?jǐn)?shù)據(jù)解析功能；故障信息能準(zhǔn)確、清晰獲?。粚?shí)驗(yàn)結(jié)果為：空級(jí)測(cè)試和加電測(cè)試完成。

圖5.1 APS設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控

6 結(jié)語(yǔ)

本文實(shí)現(xiàn)了通過(guò)在TCMS系統(tǒng)中CCU設(shè)備上搭載DTU，DTU與車(chē)載子系統(tǒng)之間通過(guò)CCU進(jìn)行 RS485通信的數(shù)據(jù)交互。DTU運(yùn)行后注冊(cè)到無(wú)線GPRS網(wǎng)絡(luò)中去，負(fù)責(zé)將車(chē)載信號(hào)轉(zhuǎn)化為GPRS信號(hào)，通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)將GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送至車(chē)輛段服務(wù)器上，在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收，并且基于LabView開(kāi)發(fā)了一款地鐵車(chē)輛維護(hù)保養(yǎng)的上位機(jī)軟件，該軟件通過(guò)TCP/IP協(xié)議負(fù)責(zé)解析、分析、處理、存儲(chǔ)服務(wù)器上獲取的車(chē)載子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。后續(xù)工作將繼續(xù)完善上位機(jī)軟件功能，實(shí)現(xiàn)智能檢索等更多功能。

郭超勇.高速動(dòng)車(chē)組列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制若干問(wèn)題研究[D].北京:北京交通大學(xué),2012.

Research on the intelligent train based on TCMS

Zhu Honggang,Zhang Zherui
(Hitachi Yongji electrical equipment (Xi'an) Co., Ltd. Technology Center,710018)

Aiming at the train network control system(TCMS)based on the train of intelligence research, this paper presents TCMS intelligent system framework,introduces the data transmitting,TCMS data transmission unit(DTU)data transmission,data reception depot server and PC software development,realize the remote control of the vehicle subsystem equipment TCMS system to achieve good communication performance.

train network control system;data transmission unit;vehicle subsystem;remote monitoring and control system

TP223.339;TN91

B

朱紅崗(1990-)，男，漢族，西南交通大學(xué)碩士，日立永濟(jì)電氣設(shè)備(西安)有限公司，助理工程師。研究方向：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制。二作：

張哲瑞(1989-)，男，漢族，蘇州大學(xué)學(xué)士，日立永濟(jì)電氣設(shè)備(西安)有限公司，助理工程師。研究方向：列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制。