以太网功能在城市轨道交通车辆维保中的应用

以太网功能在城市轨道交通车辆维保中的应用

王传鲁 刘洋 蔡蓉燕

成都地铁运营有限公司 610000

1 列车控制及监控系统网络结构

目前地铁车辆控制及监控系统一般按照IEC61375标准规定的列车通信网络组建，列车级网络采用双网双线冗余结构。每列车包含两套对称冗余的列车总线控制系统，保证数据传输的可靠性。MVB总线的传输速率为1.5Mbit/s。MVB总线可以传输过程数据、消息数据和监视数据。多功能车辆总线(MVB)的电气接口为EMD介质。

连接到车辆总线(MVB)上各个子系统的控制单元主要包括：车载ATC装置、牵引控制单元、制动控制单元、辅助电源控制单元、空调控制单元、车门主控制单元、列车乘客信息系统控制单元等。其它没有MVB接口的子系统可通过MVB总线协议转换模块连接到MVB网络中。整个列车控制及监控系统包括车载硬件、操作系统、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具等。列车总线及车辆总线系统符合有关列车通信网络IEC61375标准及TB/T3035-2002标准，列车网络控制系统硬件满足EN50155标准。

以6辆编组的城市轨道地铁车辆为例，其控制及监控系统网络拓扑结构如图1所示。

该网络拓扑除具有大部分地铁车辆所能实现的常规网络控制功能外，提供以太网维护网，将网络、牵引、辅助、制动、PIS等系统控制器接入该网络用以程序下载，数据下载等。制动系统作为保障列车运行安全的最为关键的系统，由于其安全性要求非常高，不能通过以太网更新数据，但可下载全列车的故障数据。

各系统以太网方案及功能

2.1 牵引系统

牵引控制单元设置以太网接口，通过该以太网接口用PTU可以访问牵引控制单元DCU，读取故障数据，也可读取DCU内部数据，调整相关数值。列车TCMS配置以太网络，可通过IP交换机访问DCU。DCU中设置一个快速以太网接口，将重要的信号连到该接口上，该接口是标准的接口。通过PTU连接到牵引控制单元DCU以太网接口还可以下载应用程序。

牵引辅助故障诊断单元CCU-D提供快速以太网接口，可以实现故障数据的快速下载。

 DCUTerm是MITRAC家族中连接计算机单元且具有处理能力的终端程序。DCUTerm在电脑端使用串行端口，程序也可以使用USB/串行转接口进行工作，如果设备支持，也可以通过以太网连接（TCP/IP）完成。

 DCUTerm为维护人员提供以下功能：

 分析当前的系统状态和运行的软件

 以图像信息实时查看模拟和逻辑信号

 记录选择的实时信号和变量

 分析先前记录文件中的特别数据和时间段

 通过创建按钮和内容建立个性化的测试方法

 下载DCU中瞬态数据记录仪的数据

2.2 列车广播设备和乘客信息显示系统（PIS）

 （1）主机软件更新

维护人员使用安装PTU软件的电脑，通过列车维护网络将车载PIS主机软件进行更新。

 （2）设备在线监测及日志下载

维护人员采用列车维护网络，通过PTU实现各在线设备的状态监测及日志下载。

电子地图、乘客服务信息界面等软件更新可通过系统内部组建的以太网

2.3 空调系统

列车每节车厢设有车控器，控制每节车厢的2台客室空调。车控器上设有以太网维护端口。通过车控器以太网维护端口与每节车厢内的交换机（HUB）连接，将空调系统并入整车以太网。

车控器通过MVB网关接收TCMS下发的命令实现单节车厢内的两台空调机组功能控制，并将空调系统实时数据及故障信息上传TCMS，同时车控器与交换机（HUB）连接，实现空调系统的软件维护、更新及故障信息的下载等功能。

2.4 门系统

以太网连接门系统后，主要维护功能有查询当前门控器输入/输出口状态、参数查询与设置、故障下载、故障查询、故障清除、通讯信息查询、绘图等功能，这些功能与USB接口进行本地维护的功能是一样的。

通过以太网接口，可以访问一列车的所有门控器，但是不可以同时访问，每次只能访问一个门。通过以太网接口，只能一节车厢一节车厢地进行集控下载程序，且每节车厢内只有从门程序可以进行集控下载，主门程序还是要进行单个下载。集控下载程序的顺序是：先单个下载主门程序，然后集控下载从门程序。

2.5 制动系统

制动系统由于需要保证其安全性，不宜使用以太网对制动系统进行程序更新等操作，以免产生混乱，仅进行相关故障数据下载。在制动控制装置内增加以太网相关硬件设备，该设备自带 CPU、存储器等相关硬件，当 BECU 检测到车辆故障时，故障数据存储于 BECU 内存卡中，同时该故障数据传输存储于以太网故障传输系统内的存储器中进行备份，以太网存储器可存储 200 条故障数据，在达到存储上限后新故障数据可逐条更新，以太网中故障传输等相关运算由该系统自带 CPU 执行，而不再占用制动运算 CPU，确保行车安全。

当发生故障时，使用专用 PTU 设备在车辆读取口进行相关软件设置，即可读取每辆车的故障数据，亦可拔出 BECU 内存储卡读取相关故障数据。故障数据通过专用 PTU 设备可进行故障原因分析。省去了制动系统发生故障后在车下每辆车的对应位置进行数据下载的麻烦。

3 结语

轨道交通车辆各个子系统间建立以太网通讯方式，可以实现列车软件的快速更新。同时，在日常维护时，可以对列车存储的数据进行快速下载，提高工作效率，减少用户在日常运营维护中在人力资源上的投入，进而降低运营成本。列车控制及监控系统配置以太网络，通过以太网接口在车上与我方系统进行快速访问，节约维护人员的维护时间。