一種輕軌車(chē)無(wú)電區(qū)受電弓及供電切換控制方法

姜仲昊　何勇　王建強(qiáng)　宋揚(yáng)

摘要：本文基于國(guó)內(nèi)某在建輕軌項(xiàng)目中含有多個(gè)無(wú)接觸網(wǎng)區(qū)的情況，設(shè)計(jì)了一種基于列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制的受電弓自動(dòng)升降控制方法，保證在列車(chē)通過(guò)無(wú)接觸網(wǎng)區(qū)的過(guò)程中便捷、及時(shí)、準(zhǔn)確的完成受電弓的升降與供電切換功能。

關(guān)鍵字：無(wú)接觸網(wǎng);列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng);升降弓;供電切換;

0.引言

在當(dāng)今提倡低碳城市發(fā)展的背景下，有軌電車(chē)交通的規(guī)劃建設(shè)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)低碳城市的重要一環(huán)[1]。然而，基于環(huán)境因素與安全因素，某些文物保護(hù)區(qū)、繁華商業(yè)區(qū)或特殊路段無(wú)法設(shè)置接觸網(wǎng)。由于通過(guò)這些區(qū)域時(shí)需要切換供電方式，若僅靠司機(jī)進(jìn)行切換，則難免有誤操作的幾率發(fā)生。

本文首先介紹了該輕軌車(chē)的列車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并基于該系統(tǒng)提出了一種受電弓及供電切換控制方法，使列車(chē)能夠在進(jìn)入與離開(kāi)無(wú)網(wǎng)區(qū)前自動(dòng)切換供電方式，并執(zhí)行升降弓。

1.?TCMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）用于監(jiān)視車(chē)載牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和列車(chē)內(nèi)各主要設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的管理、監(jiān)視和診斷功能。TCMS車(chē)輛總線采用符合IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的CANopen總線和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線，列車(chē)總線采用了WTB總線，其中主控單元具有熱備冗余功能，能夠最大程度的確保系統(tǒng)安全。

列車(chē)為5輛編組，兩動(dòng)兩浮一拖形式，編組方式：-Mc+F+Np+F+Mc-。

TCMS系統(tǒng)所屬設(shè)備主要包括中央控制單元VCU，主要用于實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的CANopen總線管理與列車(chē)運(yùn)行控制功能;數(shù)據(jù)記錄儀ERM，用于實(shí)現(xiàn)了故障數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)的記錄功能;遠(yuǎn)程輸入輸出模塊RIOM，用于實(shí)現(xiàn)TCMS與車(chē)輛硬線信號(hào)的交互（硬線信號(hào)的輸入與輸出）;顯示屏DDU，用來(lái)顯示車(chē)輛及子系統(tǒng)的狀態(tài)及提供人機(jī)交互的接口;WTB網(wǎng)關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)了列車(chē)總線WTB和車(chē)輛總線實(shí)時(shí)以太網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換功能;牽引、輔助等子設(shè)備配置作為示意。

列車(chē)數(shù)據(jù)記錄儀用于記錄列車(chē)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，并可通過(guò)便攜式測(cè)試單元PTU讀取與解析。TCMS系統(tǒng)車(chē)輛級(jí)總線VCU、RIOM等均具備兩路CAN接口，可以同時(shí)采集2路CAN總線的數(shù)據(jù)，能夠避免數(shù)據(jù)在2路CAN總線的轉(zhuǎn)發(fā)，降低負(fù)載的同時(shí)提高了冗余性能。

WTB網(wǎng)關(guān)、DDU、ERM在車(chē)輛級(jí)總線級(jí)別采用了以太網(wǎng)總線，通過(guò)WTB網(wǎng)關(guān)集成的機(jī)箱進(jìn)行連接，采用以太網(wǎng)總線連接可以大幅度的提升車(chē)輛總線級(jí)別的傳輸效率，并可以有效的降低總線負(fù)載。以?xún)绍?chē)重聯(lián)為例，WTB最大可傳輸雙向128字節(jié)，結(jié)合既往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在250Kbit/s的波特率下，可有效的降低負(fù)載率，保證各個(gè)總線段上的負(fù)載率小于40%。

2無(wú)電區(qū)切換功能描述

根據(jù)供電模式狀態(tài)以及受電弓狀態(tài)的不同排列組合，總共有四種狀態(tài)，分別為：CM+弓降;CM+弓升;CFM+弓降;CFM+弓升。四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示：

根據(jù)實(shí)際線路情況，可將無(wú)電區(qū)分為有網(wǎng)無(wú)電區(qū)與無(wú)網(wǎng)無(wú)電區(qū)兩種情況，具體控制方式如下。

2.1有網(wǎng)無(wú)電區(qū)間功能

車(chē)輛初始上電后，初始狀態(tài)為受電弓供電模式（CM），受電弓處于弓降到位的狀態(tài)，即CM+弓降模式;車(chē)輛手動(dòng)升弓后，車(chē)輛的模式轉(zhuǎn)化為CM+弓升模式;當(dāng)車(chē)輛從有電區(qū)進(jìn)入無(wú)電區(qū)時(shí)，在離開(kāi)有電區(qū)會(huì)前會(huì)提前收到儲(chǔ)能供電模式（CFM）請(qǐng)求指令，該信號(hào)由位置檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)給TCMS，接收到該指令后，牽引系統(tǒng)進(jìn)入CFM模式，由超級(jí)電容對(duì)車(chē)輛進(jìn)行供電。此時(shí)車(chē)輛由CM+弓升模式轉(zhuǎn)化為CFM+弓升模式。車(chē)輛通過(guò)有網(wǎng)無(wú)電區(qū)后，進(jìn)入有網(wǎng)有電區(qū)，車(chē)輛收到位置檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的CM模請(qǐng)求指令（CFM指令為低電平時(shí)），牽引系統(tǒng)退出CFM模式，此時(shí)車(chē)輛處于CM+弓升模式;

2.2無(wú)網(wǎng)無(wú)電區(qū)功能

列車(chē)經(jīng)過(guò)該路段前，車(chē)輛處于CM+弓升狀態(tài)。在列車(chē)離開(kāi)有電區(qū)之前，TCMS系統(tǒng)會(huì)收到位置系統(tǒng)發(fā)送的“CFM模式請(qǐng)求”信息，并向TCU發(fā)送進(jìn)入超級(jí)電容模式的指令，使?fàn)恳到y(tǒng)進(jìn)入CFM模式，此時(shí)處于CFM+弓升模式;TCMS系統(tǒng)檢測(cè)位置系統(tǒng)發(fā)送的“降弓請(qǐng)求”信息后，系統(tǒng)將在條件滿(mǎn)足的情況下輸出降弓指令，此時(shí)車(chē)輛將處于CFM+弓降模式。TCMS系統(tǒng)接收到“升弓請(qǐng)求”信息后，系統(tǒng)將在條件滿(mǎn)足的情況下輸出升弓指令，此時(shí)車(chē)輛將處于CFM+弓升模式。列車(chē)進(jìn)入有網(wǎng)有電區(qū)時(shí)，TCMS會(huì)收到位置檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的CM模式請(qǐng)求指令，系統(tǒng)將向牽引系統(tǒng)發(fā)送退出CFM模式指令，此時(shí)車(chē)輛處于CM+弓升模式;

3.總結(jié)

列車(chē)通過(guò)無(wú)電區(qū)時(shí)，為保障安全，操作人員需要進(jìn)行升降弓操作與供電方式切換。本文提出了一種基于列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的無(wú)電區(qū)受電弓及供電切換控制方法，能夠安全、有效的保證列車(chē)在通過(guò)無(wú)網(wǎng)區(qū)時(shí)供電與受電弓的按時(shí)切換，減少操作人員誤操作帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢(qián)才云， 周揚(yáng). 從城市設(shè)計(jì)層面促進(jìn)城市有軌電車(chē)交通發(fā)展的必要性與策略研究[J]. 華中建筑， 2017（5）.