沈陽渾南70%低地板有軌電車TCMS系統(tǒng)的應(yīng)用

許東寧 朱恕冰

摘 要：本文主要介紹沈陽渾南70%低地板現(xiàn)代有軌電車列車控制和管理系統(tǒng)（簡稱“TCMS系統(tǒng)”）的硬件結(jié)構(gòu)以及功能特點(diǎn)。首先，分析TCMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及車輛控制單元的主控冗余方案；其次，詳細(xì)說明了TCMS系統(tǒng)通過CANopen總線通訊的方式對牽引、制動、廣播、空調(diào)、車門等子系統(tǒng)的控制方式；最后介紹TCMS系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控車輛主要系統(tǒng)及子系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)整車故障分析診斷、以及運(yùn)行記錄的功能。TCMS系統(tǒng)的應(yīng)用不僅減少了設(shè)備安裝和布線施工，還有效的提高了車輛的可靠性與安全性。

關(guān)鍵詞：有軌電車；TCMS系統(tǒng)；CANopen；實(shí)時監(jiān)控；故障分析診斷；運(yùn)行記錄

1沈陽渾南70%車TCMS系統(tǒng)簡介

沈陽渾南70%有軌電車TCMS系統(tǒng)采用中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心的成熟產(chǎn)品，與車輛非智能電器設(shè)備間采用硬線連接，采用一條CANopen總線作為列車主干網(wǎng)絡(luò)、并含有CAN、RS232、RS485等設(shè)備級總線，任何符合CANopen協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的設(shè)備，都可以在功能和接口上保證車上所有設(shè)備的互用性和可交換性。TCMS主要有控制、監(jiān)視及故障診斷三類功能，本監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對牽引、制動、輔助、空調(diào)、車門、廣播等子系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)視，將各個子系統(tǒng)的診斷信息顯示給司機(jī)及維護(hù)人員，同時對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，便于車輛的維護(hù)與保養(yǎng)。

2 TCMS的硬件和結(jié)構(gòu)

2.1TCMS硬件組成

TCMS系統(tǒng)主要包括VCU（車輛控制單元）、RIOM（遠(yuǎn)程輸入輸出模塊）、HMI（人機(jī)界面顯示屏）構(gòu)成，采用CANopen通訊與各個車載設(shè)備建立通訊連接。具體分布如表1：

2.2TCMS系統(tǒng)元件介紹

2.2.1VCU

車輛控制單元VCU完成列車總線CANopen網(wǎng)絡(luò)管理，同時實(shí)現(xiàn)對牽引、制動、空調(diào)、車門等設(shè)備或部件的控制功能。該模塊安裝位置位于Mc車司機(jī)室內(nèi)，整車安裝2個VCU，該兩個VCU互為冗余狀態(tài)，當(dāng)一個VCU故障時，另外一個VCU會行使網(wǎng)絡(luò)的主控功能，使CANopen網(wǎng)絡(luò)仍然能夠正常運(yùn)行。同時，VCU還與HMI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至HMI進(jìn)行顯示，也將HMI設(shè)定的一些參數(shù)（如輪徑，空調(diào)設(shè)定等）接收后轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的子設(shè)備。

2.2.2 IDU屏

在每列車的司機(jī)臺上各設(shè)置1 臺觸摸屏式司機(jī)臺顯示器?顯示器處理速度與診斷系統(tǒng)的性能相適應(yīng)，屏蔽性?抗干擾?耐震動能力滿足EN50155相關(guān)要求。IDU主要在車輛的運(yùn)行過程中顯示車輛狀態(tài)信息、故障信息和操作提示，同時完成行車數(shù)據(jù)記錄。司機(jī)通過查看IDU顯示的車輛狀態(tài)及故障信息，進(jìn)行相應(yīng)的安全操作，完成有軌電車的運(yùn)行控制。另外司機(jī)也可通過操作IDU屏設(shè)置車輛的參數(shù)和功能。

2.2.3 RIOM機(jī)箱

每側(cè)司機(jī)室內(nèi)安裝有1個RIOM箱（遠(yuǎn)程輸入輸出模塊），數(shù)字量輸入板卡內(nèi)部集成24路24V數(shù)字量采集單元。通過集成的CAN通信模塊與主控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了滿足TCMS系統(tǒng)中各子系統(tǒng)輸入信號地址不同的特點(diǎn)，板卡內(nèi)部采取分割參考地的設(shè)計(jì)方式。RIOM主要的功能就是接收司機(jī)室功能按鈕及系統(tǒng)指令，然后輸出給相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行命令。RIOM是TCMS系統(tǒng)與整車車載設(shè)備之間的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

3 TCMS系統(tǒng)CANopen通訊網(wǎng)絡(luò)圖

針對整車的TCU，HVAC，DOOR，PIS，HVAC，BCU等系統(tǒng)，通過CANopen接口接入VCU，就構(gòu)成了整車的TCMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D（如圖1）。所有外圍網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備只要滿足CIA對CANopen的相關(guān)規(guī)定就可以順利接入網(wǎng)絡(luò)。

TCMS系統(tǒng)不僅采用CANopen總線，還采用了雙線接入的方式：采用了RS232與VCU連接和RS485與RIOM連接。這種接入方式能夠增加TCMS的可靠性。在采用雙線接入的狀態(tài)下，如果兩端的VCU均為正常工作狀態(tài)，顯示器會與VCU進(jìn)行通訊；一旦出現(xiàn)了單個VCU故障或斷電，則另一端的VCU進(jìn)入到工作狀態(tài)，繼續(xù)完成車輛的控制。

4 TCMS系統(tǒng)的控制

列車的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是通過HMI觸摸屏，完成司機(jī)對一些輔助設(shè)備進(jìn)行控制，減少硬線和繼電器，也可以替代指令控制按鈕等。通過司機(jī)操作HMI屏運(yùn)行系統(tǒng)界面的按鈕，將指令傳送給RIOM，RIOM接到指令后相應(yīng)的控制相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。TCMS控制功能主要對牽引、輔助、制動、空調(diào)、乘客信息系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及功能控制，同時也通過屏幕按鈕執(zhí)行照明、無電區(qū)切換、調(diào)車模式啟動等功能的開關(guān)。通過IDU屏的參數(shù)設(shè)置，將車輛編號、時間日期、運(yùn)行總里程、輪徑值、發(fā)送到各系統(tǒng)，以便更方便的設(shè)置牽引系統(tǒng)參數(shù)。TCMS通過監(jiān)控各系統(tǒng)的狀態(tài)和司機(jī)的操作，能夠更加準(zhǔn)確的執(zhí)行各系統(tǒng)功能，保證列車安全平穩(wěn)的運(yùn)營。

5 TCMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控及故障診斷

TCMS系統(tǒng)通過CANopen總線，采集整車所有設(shè)備狀態(tài)、是否在線，工作是否正常，故障檢測等數(shù)據(jù)，包括司機(jī)室操作按鈕，將重要的指令和數(shù)據(jù)顯示在IDU屏上，司機(jī)能夠更加直觀的查看車輛的狀態(tài)。TCMS系統(tǒng)還負(fù)責(zé)各系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)的采集、故障分析、故障信息轉(zhuǎn)儲等。在列車發(fā)生重大事故時，可以通過TCMS系統(tǒng)故障記錄和事件記錄查看車輛故障狀態(tài)，以便更快的處理車輛故障，降低運(yùn)營延誤時間。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：沈陽渾南現(xiàn)代有軌電車運(yùn)營有限公司 車輛維修部）