摘要:介紹了市域車列車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)列車控制及診斷系統(tǒng)的組成設(shè)備進(jìn)行了簡(jiǎn)介。對(duì)列車控制及診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及主要功能進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
關(guān)鍵詞:列車控制及診斷系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?;關(guān)鍵技術(shù);主要功能
市域車采用中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司自主研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的滿足IEC 61375-1標(biāo)準(zhǔn)要求的TCN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用MVB網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),具備中央控制功能、牽引控制功能和中央診斷功能。通過MVB實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)部子系統(tǒng)間的通信。通過示范性項(xiàng)目,打造智能化市域動(dòng)車組平臺(tái)。
1 列車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>
列車網(wǎng)絡(luò)控制及診斷系統(tǒng)(TCMS)是集列車的控制、監(jiān)控和診斷為一體的集成控制系統(tǒng),能為列車各子系統(tǒng)和模塊提供各種實(shí)時(shí)控制信號(hào),完成對(duì)列車的控制。
市域車列車控制及診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)劃分為兩級(jí):列車控制級(jí)、車輛控制級(jí)。其中列車總線由雙通道冗余MVB總線和環(huán)行以太網(wǎng)總線構(gòu)成。MVB總線用來傳輸列車間的過程控制數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)總線用來傳輸數(shù)據(jù)記錄文件,故障診斷信息,各系統(tǒng)程序下載及管理和整車調(diào)試等。
1.1 MVB控制網(wǎng)絡(luò)
列車控制級(jí)總線和車輛控制級(jí)總線均采用EMD電氣中距離介質(zhì)的MVB多功能車輛總線。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
車輛控制級(jí)總線采用EMD電氣中距離介質(zhì)的MVB多功能車輛總線,用于連接一個(gè)本車輛內(nèi)部的所有智能控制單元。RIOM實(shí)現(xiàn)本車輛內(nèi)部的硬線數(shù)據(jù)采集。
不論是列車級(jí)總線還是車輛級(jí)總線,均采用通信線路雙通道冗余設(shè)計(jì),當(dāng)某一路通信線路出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到另一路通信線路。
對(duì)于不具備MVB-EMD通信接口車載子系統(tǒng),RIOM具有RS485接口。
2 TCMS設(shè)備介紹
2.1 中央控制單元
中央控制單元VCU為TCMS的關(guān)鍵組成部分,它主要用于實(shí)現(xiàn)列車的總線管理功能、列車控制功能、故障診斷功能、事件記錄功能等。
2.2 遠(yuǎn)程輸入輸出單元
遠(yuǎn)程輸入輸出單元RIOM主要功能為采集列車數(shù)字量、模擬量信息,并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為MVB數(shù)據(jù)發(fā)送至VCU,參與列車牽引制動(dòng)等控制,同時(shí)該模塊還可以接受來自主VCU的控制命令,對(duì)外進(jìn)行相應(yīng)的輸出指令操作。
2.3 中繼器
中繼器REP可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的中繼放大、整形,以及傳輸通道的故障隔離,將故障點(diǎn)造成的影響降到最低。每節(jié)車的所有設(shè)備通過MVB總線互連成車輛級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)并通過REP與列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通。
2.4 人機(jī)交互單元
人機(jī)交互單元HMI主要用于向車輛駕駛?cè)藛T和維護(hù)人員提供車輛綜合信息,各設(shè)備的工作狀態(tài),故障信息的綜合與處理等功能,同時(shí)可以對(duì)輪徑值、站點(diǎn)、時(shí)間日期等參數(shù)進(jìn)行更改與設(shè)定,設(shè)置空調(diào)模式,控制車輛系統(tǒng)的自檢、啟動(dòng)以及切除。
3 TCMS關(guān)鍵技術(shù)
3.1 VCU熱備冗余技術(shù)
市域車TCMS對(duì)于列車中央控制單元VCU,采用熱備冗余的配置。正常情況下,兩個(gè)互為冗余設(shè)計(jì)的VCU通過競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制自動(dòng)選取一個(gè)作為總線管理強(qiáng)主,負(fù)責(zé)對(duì)列車總線的管理,另外一個(gè)控制單元作為熱備的弱主。弱主控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控強(qiáng)主的狀態(tài),當(dāng)強(qiáng)主控制器出現(xiàn)故障時(shí),例如在一定周期內(nèi)收不到強(qiáng)主的生命信號(hào),作為備用車輛控制模塊將接管主車輛控制模塊的職責(zé),行使所有的總線管理和控制功能。但是不論哪個(gè)車輛控制模塊為總線管理主,在控制邏輯上都以司機(jī)鑰匙激活端的控制指令為準(zhǔn),總線管理主權(quán)的交換不會(huì)導(dǎo)致控制指令來源的切換。
3.2 MVB雙通道冗余技術(shù)
市域車TCMS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇閮杉?jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):列車控制級(jí)和車輛控制級(jí),不論是列車控制級(jí)總線還是車輛控制級(jí)總線,均采用通信線路雙通道冗余設(shè)計(jì),當(dāng)某一路通信線路出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到另一路通信線路。
4 TCMS主要功能
4.1總線管理功能
TCMS具有MVB總線管理功能,對(duì)列車網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制,管理列車總線上的通信數(shù)據(jù)??偩€管理功能主要包括以下幾點(diǎn):
1、讀取配置文件:包括端口、周期、數(shù)據(jù)長度;
2、生成周期掃描表:定義循環(huán)列表、分解列表;
3、生成主幀:實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸;
4.2 列車控制功能
TCMS參與列車上各個(gè)子系統(tǒng)的控制,包括牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)等。主要控制功能有:牽引使能控制、防空轉(zhuǎn)滑行控制、并網(wǎng)供電控制、牽引制動(dòng)百分比控制、撒沙控制、空調(diào)模式控制、空調(diào)溫度控制、站點(diǎn)設(shè)置、緊急廣播控制等。
4.3 故障診斷功能
TCMS的故障診斷功能主要包括通信診斷、系統(tǒng)診斷兩個(gè)方面。
TCMS會(huì)實(shí)時(shí)的檢測(cè)與其他系統(tǒng)通信的每個(gè)MVB端口的生命信號(hào),根據(jù)不同的端口周期,隔一定的周期數(shù)沒有生命信號(hào)變化,系統(tǒng)會(huì)報(bào)該系統(tǒng)通信故障,幾個(gè)連續(xù)的周期均有生命信號(hào)變化則故障恢復(fù)。
TCMS會(huì)實(shí)時(shí)接收各個(gè)系統(tǒng)上報(bào)的故障,同時(shí)會(huì)通過內(nèi)部邏輯自身對(duì)一些整車級(jí)的故障進(jìn)行判斷,如:激活端同時(shí)有效、方向錯(cuò)誤等,故障發(fā)生后,對(duì)故障進(jìn)行存儲(chǔ)、分級(jí)處理顯示。
4.4 事件記錄功能
TCMS系統(tǒng)的ERM模塊配備了一個(gè)8G的內(nèi)存單元,用于記錄行車數(shù)據(jù)。TCMS將關(guān)鍵的行車數(shù)據(jù)按照一定周期記錄到ERM中,其中包括牽引系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)、制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)、信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)及RIOM采集的硬線數(shù)字量數(shù)據(jù)等。事件記錄中的數(shù)據(jù)可保留列車上電14天的數(shù)據(jù),采用先進(jìn)先出的方式循環(huán)記錄。
4.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能
TCMS可將總線上的所有數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備PTU,PTU可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并實(shí)時(shí)的顯示。對(duì)所有的數(shù)字量和模擬量都可以通過選取的形式進(jìn)行波形顯示,當(dāng)有故障發(fā)生時(shí),便于我們更直觀的解析故障發(fā)生時(shí)刻前后列車的環(huán)境變量的狀態(tài)。同時(shí),PTU還可以下載ERM中的行車數(shù)據(jù),便于列車回庫后對(duì)車輛的狀態(tài)進(jìn)行回放。
4.6 人機(jī)交互功能
通過TCMS人機(jī)交互界面,可以讓司機(jī)直觀的了解列車各個(gè)系統(tǒng)的健康狀態(tài)及列車的運(yùn)行環(huán)境,可以對(duì)空調(diào)模式溫度、列車輪徑車號(hào)等進(jìn)行設(shè)置。其主要包括:運(yùn)行界面、車輛界面、制動(dòng)界面、空調(diào)界面、網(wǎng)絡(luò)界面、幫助界面、檢修界面以及設(shè)置界面等這幾個(gè)主要的界面。
5 結(jié)語
市域車采用的TCMS列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)列車控制相關(guān)的所有功能,人性化的顯示器界面設(shè)計(jì)給用戶以更好的體驗(yàn),高性能的硬件配置讓行車安全更加可靠。通過一致性測(cè)試、功能測(cè)試以及地面靜態(tài)調(diào)試動(dòng)態(tài)調(diào)試,進(jìn)一步驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性和安全性。
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作者簡(jiǎn)介:
馬超(1986年年),男,山東省高密市,:漢族,碩士研究生,中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司,工程師,研究方向:列車網(wǎng)絡(luò)控制