關于環中線兩種車型列車通信網絡的分析

摘要：環中線兩種車型列車分別采用西門子通信網絡控制系統（501-522車，以下簡稱西門子TCMS）和時代電氣通信網絡控制系統（523-530車，以下簡稱時代TCMS），現從以下幾個方面對兩種通信網絡進行比較分析。

關鍵詞：地鐵車輛；通信網絡；控制系統

一、系統結構

環中線兩種車型的通信網絡控制系統的結構基本一致（見圖1、圖2），主要有以下幾個特點：

（一）均由貫通全列車的列車總線和貫通一個車輛單元的車輛總線組成。列車總線和車輛總線均采用MVB介質進行通信。

（二）MVB總線速率均為1.5Mbps，且為優化的1級總線結構，有較快的響應能力。

（三）在冗余性能方面，均為列車級MVB層面冗余，西門子TCMS中的中繼器REPETER模塊具有雙通道冗余性能；時代TCMS中的中繼器模塊具有雙通道冗余性能，當一條通道出現故障時，列車仍然能正常工作。

（四）在主司控器接口單元故障時，與其連接的模塊（西門子TCMS為DE、AE模塊，時代TCMS為DIMe、AXMe模塊）均沒有做冗余設計。

圖1 西門子列車控制及監控系統拓撲結構圖（半組車）

圖2 時代電氣列車控制及監控系統拓撲結構圖

二、系統硬件

兩種車型的通信網絡系統均主要由三類部件構成，分別為人機界面HMI、車輛控制單元及輸入輸出模塊。

（一）人機界面HMI

西門子HMI主要由顯示器HMI及顯示器控制器DDC構成；時代HMI集成了控制器，故只有一個HMI顯示器。相比較之下，時代HMI更方便維護，且更節省空間。

（二）車輛控制單元

西門子TCMS列車的車輛控制單元主要組成部分為一件中央處理單元，一件以太網接口模塊，一件供電模塊及散熱風扇；

時代TCMS列車的車輛控制單元由一件VCMe模塊及一件事件記錄儀ERMe模塊構成，該兩件模塊均單獨工作。

相比之下，西門子TCMS的車輛控制單元的組成部件種類較多，且不能單獨工作，若其中一個部件發生故障，則可能導致其他部件無法正常工作，而時代TCMS的車輛控制單元只由兩個模塊組成，且該兩個模塊均是單獨工作，故障并不相互影響工作狀態。

（三）輸入輸出模塊

西門子TCMS的輸入輸出模塊分為四種類型，分別為數字輸入模塊（DE模塊）、數字量輸出模塊（DA模塊）、模擬量輸入模塊（AE模塊）、模擬量輸出模塊（AA模塊），通過將各單獨模塊直接安裝到總線模塊上，組成SIBAS-KLIP站（簡稱SKS），通過SKS與MVB網絡進行通訊。SKS的應用減少了布線和端子的數量，因而提高了車輛電氣控制系統的可靠性和可利用性。

時代TCMS的輸入輸出模塊分為三種類型，分別為數字量輸入輸出模塊DXMe、數字量輸入模塊DIMe和模擬量輸入輸出模塊AXMe，每個模塊單獨與MVB網絡進行通訊，散熱較好。且從整體上分析，時代TCMS采用模塊化單獨工作的結構，單個模塊占用面積較大，但系統整體較整潔，接線較少，清潔維護較簡單。西門子TCMS輸入輸出模塊SKS占用空間稍小，但因顯示器控制器DDC也安裝機柜中，故整體占用空間與時代TCMS相當，而由于SKS接線點位較多，維護工作量較大，若SKS發生故障，查找故障的難度相對較大（見圖3、圖4）。

圖3 西門子TCMS車輛控制單元及SKS模塊 圖4 時代TCMS車輛控制單元及輸入輸出模塊

三、系統軟件維護

系統軟件的可操作性直接決定了日常維護及故障排查的方便程度。

（一）西門子TCMS提供的可查數據

1.VCU故障數據

日常的故障數據下載，所下載的數據中可以查詢故障時間點的各個環境變量；

2.事件記錄儀數據

事件記錄儀數據記錄容量為512M，能記錄24小時，數據自動覆蓋，有60個固定變量，其中數字變量44個，模擬變量16個，采樣頻率達到50Hz；

3.在線監控功能

西門子TCMS通過軟件可在線監控各信號采集點的電平信號，方便故障查找。

（二）時代TCMS提供的可查數據

1.VCMe故障數據

日常的故障數據分為兩種，一種為簡單的故障履歷，可在人機界面HMI上用專用USB進行下載；第二種要通過數據線下載，所下載數據在解析后可查詢故障時間點的各個環境變量；

2.事件記錄儀數據

事件記錄儀數據記錄容量為512M，能記錄48小時，數據自動覆蓋，有242個固定變量，其中數字變量170個，模擬變量72個，采樣頻率為5Hz；

3.在線監控功能

時代TCMS的在線監控功能通過人機界面HMI實現，HMI中可以查看到各信號采集點的電平信號。

通過分析對比，兩種車型均能夠實現數據記錄及在線監控的功能，主要的不同點是西門子TCMS的事件記錄儀數據采樣頻率為50Hz，而時代TCMS采樣頻率只有5Hz，西門子TCMS數據采樣更加精準；時代TCMS的事件記錄儀數據能監控242個變量，西門子TCMS只能監控60個變量，時代TCMS監控變量數較多，更加方便故障分析。

四、系統可靠性

根據環中線2012年運營情況的數據統計分析，西門子TCMS列車總故障為30起（正線故障17起，庫內故障13起），故障率為0.89次/十萬公里，其中HMI相關故障為14起，事件記錄儀板卡故障8起；時代TCMS列車總故障為24起（正線14起，庫內10起），故障率為4.79次/十萬公里，其中HMI相關故障為19起，ERMe模塊顯紅3起，具體見表1。

西門子TCMS時代TCMS

故障名稱發生次數故障名稱發生次數

HMI（卡屏、觸摸無聲音、自動重啟）14（下線1列）HMI卡屏19

列車控制系統嚴重故障6網壓表顯示電壓比HMI大（約100V）1

MVB網絡不穩定1（下線1列）DMIe故障導致兩端司機同時激活1（下線1列）

列車控制系統輕級故障8ERMe模塊顯紅3

故障率0.89次/十萬公里故障率4.79次/十萬公里

表1 西門子TCMS與時代TCMS故障對比表

（一）根據故障率統計數據，可以看出西門子TCMS0.89次/十萬公里的故障率要比時代TCMS4.79次/十萬公里的故障率低很多，因此從運用的可靠性分析，西門子TCMS要優于時代TCMS；

（二）從單個部件故障率來看，西門子TCMS及時代TCMS存在的共性問題為人機界面HMI故障率較高，分別占故障總數的53.33%和79.16%，若解決了人機界面HMI的問題，則會有效降低列車控制系統的故障率。目前，為從根本上解決HMI卡屏問題，時代電氣仍在對HMI的內部程序進行優化；而西門子對該類故障并無進一步的整改方案，只是提供備件進行更換。

五、采購價格及售后服務

（一）采購價格

1.西門子TCMS

單套（一列車）西門子TCMS包括2套車輛控制單元、2套人機界面HMI（含主機DDC）、6件中繼器REP、1套SKS（6節車算一套），總價約為1010928元；2012年西門子TCMS部件更換HMI屏3臺，DDC控制器5臺，DA模塊1件，以太網接口模塊6件，VCU電源模塊1件，合計約968557元。

2.時代TCMS

單套（一列車）時代TCMS包括2件車輛控制模塊VCMe、2件HMI顯示器、2件事件記錄儀模塊ERMe、12件中繼器REP、12件數字量輸入輸出模塊DXMe、2件數字量輸入模塊DIMe和2件模擬量輸入輸出模塊AXMe，總價格為471800元；2012年時代TCMS部件更換HMI顯示器10件，DIMe模塊 1件，中繼器REP 1件，總維護成本約為370200元（見表2、表3）。

西門子TCMS時代TCMS

部件名稱單價（元）數量總價（元）部件名稱單價（元）數量總價（元）

中央處理單元VCU924552184910車輛控制模塊VCMe33000266000

VCU前端連接器5858211716

VCU電源模塊17231234462

VCU風扇組件16017232034

電源模塊445728914事件記錄儀模塊ERMe26000252000

MVB維護接口92921858

以太網模塊562382112476

HMI顯示器1246382249276HMI顯示器35000270000

顯示器控制器DDC47086294172

中繼器（REP）7712646272中繼器（REP）1250012150000

MVB接口模塊10158660948

數字輸入（DE）模塊40381664608數字量輸入輸出模塊（DXMe）77001292400

模擬輸出（AA）模塊8853217706

數字輸入（DA）模塊4554836432數字量輸入模塊（DIMe）7700215400

模擬輸入（AE）模塊10268220536模擬量輸入輸出模塊（AXMe）13000226000

SKS子站總線模塊21631634608

總金額（元）1010928總金額（元）471800

表2 單套西門子TCMS與時代TCMS價格對比表

西門子TCMS時代TCMS

部件名稱單價（元）數量總價（元）部件名稱單價（元）數量總價（元）

HMI顯示器1246383373914HMI顯示器3500010350000

顯示器控制器DDC470865235430

數字輸入（DA）模塊455414554數字量輸入模塊（DIMe）770017700

以太網模塊562386337428中繼器（REP）12500112500

VCU電源模塊17231117231

總金額（元）968557總金額（元）370200

表3 2012年西門子TCMS與時代TCMS維護成本對比表

（二）售后服務方面

1. 西門子TCMS開口項整改時間較長，推進速度緩慢，售后備件周轉慢，曾有出現售后備件不足的現象；采購周期長，2011采購的備件至今仍未到段。

2. 時代TCMS開口項整改、故障處理方面時間控制較短，廠家響應快，售后備件周轉快，未出現售后備件不足的現象。

從購買成本上對比分析，西門子TCMS的1010928元要遠遠高于時代TCMS的471800元；從維護成本角度上對比，西門子TCMS的968557元也遠遠高于時代TCMS的370200元；而從售后服務上對比，時代電氣也優于西門子。

六、總結

通過以上分析對比可以看出，西門子TCMS與時代TCMS的系統功能、冗余性等基本性能無本質差異；在系統穩定性方面，目前西門子TCMS要優于時代TCMS；但從性價比、售后服務、維護成本等方面分析，時代TCMS方面要明顯優于西門子TCMS。