基于列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的地鐵列車受電弓控制設(shè)計(jì)

張軍賢 楊 偉 黃 濤

（南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司智能產(chǎn)品研發(fā)部，210031，南京∥第一作者，工程師）

受電弓是從接觸網(wǎng)吸取電流供動(dòng)車使用的一種受流裝置，通過絕緣子安裝在首尾兩節(jié)動(dòng)車車頂。其升降控制系統(tǒng)采用列車硬連線。

網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)作為現(xiàn)代列車的關(guān)鍵技術(shù)，在世界范圍內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的迅速發(fā)展及列車控制與監(jiān)控系統(tǒng)的不斷成熟，采用網(wǎng)絡(luò)控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬線控制已成為一種趨勢。

本文提出的采用列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制軟件控制受電弓升降的設(shè)計(jì)方案，不需要車輛做任何的輔助控制，整個(gè)受電弓升降控制和帶載診斷均在列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，受電弓系統(tǒng)只需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的升降指令進(jìn)行升降保護(hù)及操作即可。

1 受電弓控制功能需求

典型6節(jié)編組的地鐵列車通常有前弓和后弓兩組受電弓。車輛對受電弓的控制主要有升前弓、升后弓、升雙弓、升單弓降另外一個(gè)弓、降雙弓以及強(qiáng)制降弓等功能。任意時(shí)刻，降弓指令信號(hào)優(yōu)先于升弓指令信號(hào)。升前弓、升后弓、升雙弓，降雙弓等操作命令可通過列車司機(jī)臺(tái)按鈕或司機(jī)顯示屏發(fā)出。當(dāng)列車出現(xiàn)緊急制動(dòng)、列車需要進(jìn)入休眠狀態(tài)或列車轉(zhuǎn)換采用車間電源供電時(shí)，需要人為提前降弓或控制系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制降弓。

升降弓指令除發(fā)給受電弓控制單元外，同時(shí)被牽引、輔助及列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)監(jiān)視。牽引輔助監(jiān)視降弓指令，用于牽引／輔助變流器做好關(guān)機(jī)準(zhǔn)備。列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)監(jiān)視升降弓指令及受電弓等的位置，用于記錄及顯示等。

2 控制方案設(shè)計(jì)

本方案采用列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制軟件進(jìn)行受電弓升降的控制。受電弓升降命令通過操作司機(jī)顯示屏上的升降控制按鈕發(fā)出，通過司機(jī)顯示單元傳輸?shù)搅熊嚲W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中央控制單元；中央控制單元結(jié)合相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行邏輯診斷，發(fā)出相應(yīng)的升降控制指令到受電弓控制系統(tǒng)及牽引輔助系統(tǒng)，來控制受電弓的升降。

受電弓升降控制邏輯如圖1所示。

圖1 受電弓升降邏輯控制圖

（1）在司機(jī)顯示單元上進(jìn)行受電弓升降的操作，若定義列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中央控制單元（VCU）程序不實(shí)現(xiàn)升降弓控制邏輯，則通過列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程輸入輸出模塊RIOM 傳輸該指令到受電弓控制系統(tǒng)，由受電弓系統(tǒng)自己判斷是否進(jìn)行升降弓。

（2）若VCU 參與升降弓控制，則 VCU 先判斷緊急制動(dòng)按鈕或列車睡眠繼電器或車間電源或備用的條件變量（供條件擴(kuò)展）是否激活；如果激活，則通知所有的牽引及輔助設(shè)備做好關(guān)機(jī)準(zhǔn)備，并通知受電弓控制單元延時(shí)2 s強(qiáng)制降所有弓。

（3）如果車輛需要升單弓并降另外一個(gè)弓，則司機(jī)控制單元DDU 根據(jù)升單弓的指令，強(qiáng)制另一個(gè)弓的降弓指令為1；VCU 通知受電弓控制單元升該弓，延時(shí)2 s強(qiáng)制降另外一個(gè)弓，并通知相關(guān)牽引設(shè)備做好關(guān)機(jī)準(zhǔn)備。

（4）如果緊急制動(dòng)按鈕、列車睡眠繼電器、車間電源、備用的條件變量都沒有激活，則VCU 判斷本地降弓指令是否激活；若激活，則通知本地牽引設(shè)備做好關(guān)機(jī)準(zhǔn)備，并延時(shí)2 s通知本地受電弓控制單元執(zhí)行降弓操作。VCU 同時(shí)判斷遠(yuǎn)端降弓指令是否激活，若激活，通知所有輔助設(shè)備做好關(guān)機(jī)準(zhǔn)備并延時(shí)2 s執(zhí)行遠(yuǎn)端降弓。若遠(yuǎn)端降弓指令沒有激活，則不另外執(zhí)行操作。

（5）若本地降弓指令沒有激活，則VCU 判斷本地升弓指令是否激活。若沒有激活，則不執(zhí)行升降弓操作；若激活，VCU 同時(shí)判斷列車上任意ACE（列車輔助設(shè)備）交流接觸器是否閉合。若ACE 交流接觸器沒有閉合，則執(zhí)行本地升弓操作；若有任意一個(gè)ACE的交流接觸器閉合，再看列車是否有高壓存在。若有高壓存在，執(zhí)行本地升弓操作；若列車沒有高壓存在，則不執(zhí)行本地升弓操作，并在DDU（司機(jī)顯示單元）上顯示“可能帶載升弓！”。

升降遠(yuǎn)端弓與升降本地弓的控制流程相同，具體參見圖1。

3 軟件模塊化設(shè)計(jì)

受電弓升降控制邏輯在軟件中可設(shè)計(jì)為以下5個(gè)功能模塊：①受電弓控制指令傳輸，包括2個(gè)子模塊，分別為子模塊1（DDU 傳輸升降弓指令到VCU）和子模塊2（VCU 不參與控制，僅傳輸升降弓指令到受電弓控制系統(tǒng)）；②強(qiáng)制降弓；③升單弓并降另一個(gè)弓；④是否帶載升弓診斷；⑤受電弓升降控制。5個(gè)模塊分別對應(yīng)圖1中的1～5。

5個(gè)模塊中，模塊3設(shè)計(jì)在列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)司機(jī)顯示單元上做控制，其它模塊功能全部在主控制單元中實(shí)現(xiàn)。所有模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同項(xiàng)目功能需求進(jìn)行調(diào)用。如：列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)只傳輸受電弓控制指令而不參與受電弓升降控制，則調(diào)用模塊1；若只判斷是否帶載升弓，則調(diào)用模塊1的子模塊1和模塊4；若需要對受電弓的升降進(jìn)行控制，可調(diào)用模塊1的子模塊1和模塊2、4、5；若控制受電弓的升降并需具備升單弓時(shí)強(qiáng)制降另外一個(gè)弓的功能，則調(diào)用模塊1的子模塊1及模塊2～5。

5個(gè)模塊的代碼設(shè)計(jì)略。

模塊化設(shè)計(jì)對于不同需求的應(yīng)用非常靈活，且模塊修改方便，單獨(dú)功能的變化不會(huì)影響其它功能模塊的變化，可有效提高設(shè)計(jì)效率和軟件的易維護(hù)性、可靠性。

4 測試驗(yàn)證

根據(jù)測試規(guī)范，采用AutoTest自動(dòng)化測試軟件，通過OPC（過程控制的對象連接與嵌入）接口訪問待測模塊的數(shù)據(jù)。OPC 通過軟件模擬待測模塊的輸入輸出信號(hào)，并通過可視化界面直接獲取測試結(jié)果。圖2為可視化界面輸出的部分測試結(jié)果。

圖2 可視化界面輸出的部分測試結(jié)果

5 結(jié)語

利用列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件控制受電弓升降的方案可減少利用列車硬線控制所產(chǎn)生的制造成本、布線、電磁兼容等帶來的麻煩，且設(shè)計(jì)靈活性大，使得后期的控制功能升級、維護(hù)等非常方便。該控制軟件已經(jīng)通過自動(dòng)化測試軟件的測試，并在列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)上得到了功能驗(yàn)證，具有軟件控制邏輯嚴(yán)密、模塊設(shè)計(jì)靈活、可靠性和維護(hù)性高等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足車輛及用戶的要求。

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