淺談地鐵車輛TCMS系統(tǒng)

廖文彬

摘要：地鐵車輛TCMS類似于車輛的神經(jīng)系統(tǒng)，對各個子系統(tǒng)的設備狀態(tài)與故障數(shù)據(jù)通過主控制單元傳輸?shù)剿緳C室的顯示屏并記錄下來，讓司機了解及掌握車輛的運行狀況，以及供維護人員分析維修。本文根據(jù)多年工作實踐，對地鐵車輛的TCMS系統(tǒng)進行闡述。

關鍵詞：地鐵車輛;TCMS

前言

某地鐵車輛TCMS系統(tǒng)自已設計，硬件由車輛廠家提供。車輛由之前的6輛編組擴為8輛。之前在TCMS架構(gòu)不變的原則已預留了8輛編組的接口。以下就TCMS設備進行介紹。

一、系統(tǒng)配置

由圖1可見，車輛除ATC之外所有的控制器都是通過MVBB.EMD通信接口接入MVB網(wǎng)絡。其它牽引控制、車門、信號等系統(tǒng)均有硬線接口，這樣方便TCMS出現(xiàn)故障時進行緊急牽引操作。

圖1? TCMS系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

二、TCMS設備介紹

（一）中央控制單元（CCu）

CCU作為TCMS的中央控制單元，管理網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有車輛運行控制、監(jiān)視以及MVB總線通信調(diào)度功能，因此，每輛帶司機室的拖車（Tc）的司機室電氣柜中都有1臺CCU。在正常運行情況下，其中1臺CCU為主控制設備，另1臺為備用設備，備用設備實時監(jiān)視主控制設備狀態(tài);當主控制設備出現(xiàn)故障時，備用設備將代替主控制設備行使中央控制單元的功能，以保障整個地鐵車輛網(wǎng)絡正常工作;2臺設備切換時間小于2 s，不影響系統(tǒng)正常工作，不影響地鐵車輛正常運營。

（二）司機室人機接口（HMI）

每輛Tc車司機臺上均安裝HMI，通過總線獲取車輛設備信息，實時顯示車輛參數(shù)、以及車輛故障信息，可供維護人員監(jiān)視及操作的人機接口，人機接口還可作為部分車輛參數(shù)的輸入接口，可以設置時間、車次、輪徑等參數(shù)。

（三）車輛數(shù)據(jù)及事件記錄器（ERM）

ERM是地鐵車輛信息采集和記錄的關鍵設備，位于司機室電氣柜中，以滾動存儲的方式保存數(shù)據(jù)（先進先出的原則FIFo）。在正常情況下，2臺ERM同時工作，互為備份，記錄主CCU收發(fā)的重要數(shù)據(jù)以及MVB總線上的故障信息。

（四）遠程輸入輸出模塊（RIOM）

RIoM備安裝在每輛車的電氣控制柜內(nèi)。遠程輸入輸出模塊完成地鐵車輛各種數(shù)字量信號采集、數(shù)字量開關信號輸出、模擬量信號采集等工作。其中，模擬量PWM、電壓、電流采集范圍可以根據(jù)外部負載的變化進行配置，滿足車輛整體設計要求。

RIOM數(shù)量可進行靈活配置，在滿足車輛整體原理設計需求的基礎上，預留了部分設計余量，充分滿足后續(xù)功能擴展的需求。

（五）中繼器（RPT）

中繼器是滿足IEC 61375標準的設備，是冗余管理的MVB—EMD中繼設備，為地鐵車輛網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性提供了保障。中繼器可以通過接收到的數(shù)據(jù)幀識別數(shù)據(jù)傳輸方向，將數(shù)據(jù)幀從一個網(wǎng)段中繼傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)段。

RPT的主要功能有：MVB信號再生及放大傳輸;偵測網(wǎng)絡上的信號沖突并進行相應的處理。

三、TCMS關鍵功能介紹

TCMS通過系統(tǒng)各硬件設備以及CCu軟件邏輯實現(xiàn)對地鐵車輛的控制及監(jiān)視功能，其主要控制功能有：牽引制動指令控制、牽引制動力設定值控制、牽引母線高速斷路器BHB/BLB閉合控制、擴展供電接觸器閉合控制、保持制動緩解指令控制、電制動指令控制。

（一）牽引母線高速斷路器閉合控制

對于第三軌受流的地鐵車輛牽引系統(tǒng)，每個動力單元之間的牽引母線在庫內(nèi)停車時需要斷開，當?shù)罔F車輛進入到正線運營時，需要將牽引母線貫通，使每個動力單元的電力供應在地鐵車輛通過斷電區(qū)時不會中斷。對于高速斷路器的控制難度在于精確地閉合指令時長控制、閉合次數(shù)限制、異常動作保護以及故障復位等。

TCMS接收到司機發(fā)出的閉合指令后，綜合判斷速度、車輛運行狀態(tài)、故障狀態(tài)后，作出允許閉合或者禁止閉合指令，并將該指令發(fā)送給RIoM的DO模塊，最終控制斷路器閉合、斷開。

（二）擴展供電接觸器閉合控制

地鐵車輛的兩套輔助電源系統(tǒng)為整車的中、低壓負載提供工作電源，在正常情況下，兩套輔助電源系統(tǒng)同時工作，分別為本單元車輛的中、低壓負載供電。當其中一套輔助電源系統(tǒng)工作異常時，另外一套正常工作的輔助電源系統(tǒng)對另半車輛進行擴展供電，承擔起整地鐵車輛的中、低壓負載供電。在進行擴展供電之前，首先要將全車輛的中、低壓負載進行減半處理，確認其處于半載運行模式或者功耗低于半載的其他運行模式后，進行擴展供電。當故障的輔助電源系統(tǒng)恢復正常后，需要撤銷擴展供電指令、撤銷減載指令，恢復正常供電狀態(tài)。

在擴展供電動作中，輔助電源系統(tǒng)故障判斷、減載指令發(fā)出撤銷、減載狀態(tài)確認以及接觸器閉合斷開動作，都是由TCMS的CCU在其軟件邏輯中實現(xiàn)的。

（三）保持制動緩解指令控制

當?shù)罔F車輛停車時，制動系統(tǒng)會自動施加保持制動以確保地鐵車輛靜止;當車輛再次啟動時，應首先緩解保持制動，TCMS的CCu根據(jù)牽引系統(tǒng)的牽引狀態(tài)以及牽引力大小進行綜合判斷，如果滿足起車條件，將向制動系統(tǒng)發(fā)出緩解保持制動指令，避免坡道溜車以及車輛在閘瓦未釋放的情況下啟動，造成閘瓦過度磨耗。

四、TCMS顯顯示屏界面介紹

TCMS顯示屏界面采用QtCreator 4.7軟件工具進行開發(fā)，界面共126個，界面共分3級，如圖2所示。

圖2? HMI主要界面分級框圖

界面設計風格簡潔、直觀，顯示信息量大，在“運行”界面中，主要顯示了地鐵車輛運行的各種參數(shù)，便于司機對車輛的操控以及對關鍵系統(tǒng)狀態(tài)的掌握。在“運行”界面中，上部為車輛狀態(tài)欄，中部為主信息顯示區(qū)，下部為導航按鈕區(qū)。在“網(wǎng)絡”界面中，主要顯示了TCMS的通信狀態(tài)，便于檢修、維護人員對TCMS的調(diào)試及維護。在“網(wǎng)絡”界面中，綠色的設備表示設備通信正常或者該設備為主設備，黃色的設備表示設備通信正常且為從設備，紅色的設備表示設備通信異常。

五、TCMS的控制邏輯

TCMS的控制邏輯設計是在硬線控制邏輯的基礎上進行的，兩者相互配合，實現(xiàn)整車控制功能。控制邏輯開發(fā)流程按照EN 50128執(zhí)行，開發(fā)工具采用Simulink。針對TCMS的功能需求，設計開發(fā)了專用的功能模塊庫，具有很大的開放性，使用靈活、便于集成。另外，控制邏輯采用分級、模塊化設計，易于設計和維護，如圖3所示。

圖3? 邏輯開發(fā)流程圖

六、結(jié)束語

綜上TMCS系統(tǒng)介紹并按照相關標準對MVB—EMD一致性測試;通信協(xié)議功能測試;地面聯(lián)調(diào)等進行了試驗，總體符合要求，但是安全及可靠性有待運營后驗證。