厦门地铁2号线列车控制及诊断系统

厦门地铁 2号线列车控制及诊断系统

蒋鹏

中车长春轨道客车股份有限公司 ，吉林 长春， 130062

摘要：介绍了厦门地铁2号线列车控制及诊断系统(TCMS)的网络拓扑、系统构成单元、系统功能设计以及系统冗余设计。设计分析表明：本套列车控制及诊断系统的设计方案较为成熟，将批量用于后续项目。

关键词：厦门地铁2号线；列车控制及诊断系统；系统功能设计；系统冗余设计

列车网络控制系统（TCMS，Train Control and Monitoring System），是车载分布式的计算机网络系统，通过列车总线、车辆总线将分布在不同位置的、具有独立工作能力的计算机系统相互连接，并按网络协议进行数据通信和实现资源共享。TCMS经常被称为是列车的“大脑”，通常由主控单元、事件记录模块、远程输入\输出模块、人机接口单元、交换机等网络设备组成^[1-2]。

本文主要介绍厦门地铁2号线列车控制及诊断系统的方案设计、详细设计、功能开发、冗余设计等，为城市轨道车辆网络控制系统的集成开发提供了经验。

1 网络拓扑

厦门地铁2号线项目车辆为6辆编组，4动2拖的地铁车辆。车辆编组形式：

+Tc – Mp– M + M – Mp– Tc +

按照不同的功能与硬件配置分为三种车型：有司机室的拖车Tc车、无司机室带受电弓的动车Mp车、无司机室的动车M车。不同车型由数量不同的网关模块EGWM、中继器REPs、数字量输入输出模块DXMe、数字量输入模块DIMe、模拟量输入输出模块AXMe、人机接口模块HMI组成。

TCMS采用分布式控制技术，划分为两级：列车控制级、车辆控制级。列车控制级总线和车辆控制级总线均采用EMD电气中距离介质的MVB多功能车辆总线。中继器实现列车级总线到车辆级总线的数据转发功能。TCMS通过预留以太网接口用来连接第三方设备将列车故障信息、状态信息传送到地面分析设备。

TCMS网络拓扑结构见图1：

图1 TCMS网络拓扑结构图

2 系统构成单元

2.1网关模块EGWM

EGWM是TCMS的核心，具有车辆级过程控制，通信管理能力，能够实现车辆控制、总线管理、显示控制能力以及故障诊断等重要功能。

2.2事件记录模块EDRM

EDRM是数据转储的关键部件，它能够将司机操作数据、故障数据、事件数据进行记录；同时通过以太网维护接口完成数据的转存。

2.3中继模块REPs

REPs实现通信信号的中继放大功能。中继器为冗余结构，每个车设置中继器RPT，单车的中继器模块全部故障，只影响本车的通信，不影响其他车的通信。

2.4输入输出模块

输入输出模块（DXMe、DIMe和AXMe）采集和控制来自车辆的数字和模拟信号，实现车辆电气信号与网络控制信号之间的转换。

2.5人机接口单元HMI

HMI是TCMS的显示终端设备，是司机和维护人员操作机车的窗口，可向车辆驾驶人员和维护人员提供车辆综合信息，各设备的工作状态，故障信息的综合与处理等功能；对轮径值、列车重量、站点、时间日期等参数进行更改与设定；进行列车运行时加速度、减速度、制动距离等基本参数的测试。

3. 系统功能设计

3.1 控制功能

综合车辆运行工况及各设备的工作状态，对车辆进行控制是TCMS的主要功能之一，根据系统设计需求，主要完成以下控制功能：1）空电联合制动控制；2）保持制动控制；3）空调顺序启动控制；4）扩展供电控制。

3.1.1空电联合制动控制

TCMS根据当前级位、各车载荷（含转动惯量）、牵引系统的电制动能力值、电制动故障信息，计算和分配电制动力，将各车电制动力设定值发送给牵引系统。

3.1.2保持制动控制

为了防止列车停在坡道上出现溜车情况，需要在列车停稳后施加一个固定大小的常用制动力，即保持制动。

保持制动的施加主要分两种模式。在ATO模式下，由ATO提供保持制动施加信号；在非ATO模式，则由制动系统实现。

在网络正常的情况下，保持制动的缓解主要在制动系统接收到牵引指令和保持制动缓解指令时缓解。在紧急牵引模式时，当制动系统检测到硬线牵引指令3s后，则自动缓解保持制动。

3.1.3空调顺序启动控制

为了防止各节车辆空调机组的压缩机同时启动，对辅助供电系统造成的交流负载严重过载，因此需要通过TCMS对空调机组压缩机进行错时启动控制。TCMS按照每18s为一个大周期进行循坏，每个周期内设置6个长度为2s的时间窗口，分别对应6节车空调压缩机，单节车内的空压机启动顺序启动由空调自行完成。

3.1.4扩展供电控制

当列车上一台SIV发生严重故障，不能正常工作时，需要TCMS控制扩展供电接触器，由另一台SIV 提供整列车的负载需求。为了防止一台SIV 负责整列车的负载而导致过载保护，TCMS在扩展供电之前，先发出减载指令给空调系统，当空调系统负载减半后，才发出扩展供电指令。若空调系统减载不成功，则将减载不成功信息发送到显示屏，同时TCMS自动将空调系统设置为通风模式，再进行扩展供电。

3.2 监视功能

车辆的监视功能由显示器HMI完成。HMI提供两种用户模式：运行模式和检修模式。

3.3 诊断功能

车载故障诊断系统TDS是TCMS的一个重要组成部分，完成车载各部件故障数据的采集、分析、转储和显示功能。故障信息在司机台上通过HMI显示，并且通过PTU上传到地面维修和服务系统中，供长期的储存和深入的地面分析。

3. 系统冗余设计

为了提高故障情况下列车的可用性，网络控制系统采取了多种措施避免故障情况下的列车停运。主要有：1）列车总线、车辆总线均采用双通道冗余；2）EGWM热备份冗余，自动主权转移；3）列车硬线作为网络控制系统的备份。

3. 结论

厦门地铁2号线列车控制及诊断系统从方案设计、设备选型到软件开发，均严格按照行业标准执行。在方案设计上，为了提高故障情况下列车的可用性，网络控制系统采取了多种冗余设计。在设备选型上，所选设备都有着成熟的应用经验，符合EN50155标准或相关国际标准。通过设计分析厦门地铁2号线列车控制及诊断系统从方案较为成熟，将批量用于后续项目。

［1］ 赵磊. 北京地铁7 号线列车网络控制系统［J］. 城市轨道交通研究，2014(5)：109-110.

［2］刘琦，赵磊，徐惠林，等. 国产化列车控制及监控系统的监控设计改进［J］. 城市轨道交通研究，2013(10)：59-83.

Train Control and Monitoring system of Xiamen Metro Line 2

Jiang Peng

( CRRC Changchun Railway Vehicles Co., Ltd. )

Abstract:This paper mainly introduces the network topology, the components, the system function design and the system redundancy design of train control and monitoring system (TCMS) for Xiamen Metro Line 2. The design analysis shows that the design scheme of the train control and monitoring system is relatively mature and will be used in subsequent projects in batches.

Key words: Xiamen Metro Line 2; train control and monitoring system; system function design; system redundancy design

第一作者：蒋鹏，出生年月日：1992年7月8日，吉林省长春市，助理工程师。

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