基于自動重聯(lián)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在新型跨座式單軌上的應(yīng)用

摘 要：近年來，跨座式單軌車輛技術(shù)正在逐步向輕量化、節(jié)能、環(huán)?？焖龠~進，要求列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向高性能、高水平發(fā)展，以確保新型跨座式單軌實現(xiàn)模塊化、輕量化的目標。同時增加WTB總線，列車可以快速自動連掛、解編運行，增加車輛運營靈活性。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌；列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；應(yīng)用

1 新型跨座式單軌列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1.1 列車總線的選擇

列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含三級網(wǎng)絡(luò)總線：列車級、車輛級以及子系統(tǒng)（設(shè)備）級總線，此外，還可以額外搭建用于列車設(shè)備維護的網(wǎng)絡(luò)。可以根據(jù)需求自由選擇總線。

（1）列車級網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)傳輸率以及傳輸距離都有一定的要

求，其數(shù)據(jù)傳輸量也較多，與此同時，列車級網(wǎng)絡(luò)對可靠性、實時性、確定性和安全性也有較高的要求，因此需要被選總線在鐵路網(wǎng)絡(luò)上有較為成熟的技術(shù)沉淀?？紤]到這些需求，應(yīng)選擇較為符合的MVB總線作為列車級網(wǎng)絡(luò)總線。

（2）車輛級網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和吞吐量要求不太高，但

卻對可靠性、實時性、確定性等有較高的要求，可選擇跟列車級網(wǎng)絡(luò)相同的MVB總線，使得車輛級網(wǎng)絡(luò)更加容易接入列車級網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸更加便捷，更容易實現(xiàn)。同時，也可以選擇成本較低的CAN總線，通過CAN/MVB網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)接入列車級網(wǎng)絡(luò)。

（3）子系統(tǒng)（設(shè)備）級需要很高的數(shù)據(jù)實時性、確定性和可靠性，同時應(yīng)考慮設(shè)備更加容易接入總線。因此，對于不具備MVB接口的設(shè)備可以考慮選擇CAN總線，而對于具備MVB接口的設(shè)備則應(yīng)選擇直接接入MVB總線。這兩種選擇都能很好的滿足網(wǎng)絡(luò)的需求。

（4）列車維護網(wǎng)絡(luò)不參與TCMS系統(tǒng)的工作，因此不需要滿足TCMS網(wǎng)絡(luò)的實時性、確定性等要求。此外，為了維護方便，列車維護網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該考慮更加容易組網(wǎng)，數(shù)據(jù)更容易共享，同時具備較高的數(shù)據(jù)傳輸率等要求。因此，應(yīng)選擇具備多種組網(wǎng)方式、資源共享能力強、傳輸速率超高的以太網(wǎng)總線。

（5）對于經(jīng)常需要聯(lián)掛或解編的列車，考慮選用WTB總線，以滿足要求。

因此，新型單軌車的列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用WTB總線為列車總線，WTB總線僅用于列車的重聯(lián)；采用MVB總線為列車總線及車輛總線用于過程數(shù)據(jù)傳輸；采用以太網(wǎng)構(gòu)建維護網(wǎng)絡(luò)。

1.2 新型跨座式單軌網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

新型跨座式單軌列車采用4輛編組，列車網(wǎng)絡(luò)控制拓撲圖如圖1所示。

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)方案描述如下：

新型單軌車列車網(wǎng)絡(luò)控制與監(jiān)視系統(tǒng)采用總線控制方式，按照IEC61375-1標準的規(guī)定組建列車通信網(wǎng)絡(luò)，列車總線采用絞式列車總線（WTB）和多功能車輛總線（MVB），絞式列車總線（WTB）用于列車重聯(lián)，當列車對接時，TCN網(wǎng)關(guān)進行初始化，初始化完畢后，兩列車之間通過WTB總線進行通信；多功能車輛總線（MVB）用于列車級和車輛級總線控制，實現(xiàn)列車級和車輛級內(nèi)部各設(shè)備的正常通信。

多功能車輛總線（MVB）通過中央控制單元（CCU）實現(xiàn)列車級和車輛級總線控制。各個子系統(tǒng)的控制單元主要包括：車載ATC裝置、牽引控制單元、制動控制單元、輔助逆變器控制單元、空調(diào)控制單元、門控單元、列車旅客信息顯示系統(tǒng)控制單元等。整個列車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)包括車載硬件、操作系統(tǒng)、控制軟件、診斷軟件、監(jiān)視軟件和維護工具等。

（1）互為冗余的兩個CCU分別位于Mc1車和Mc2車，完成列車控制、監(jiān)視和故障診斷功能。

（2）每輛車都具有RIOM模塊，實現(xiàn)對110V/24V控制電路的主要信號進行采集和控制。在頭車設(shè)有兩個冗余的RIOM模塊，對司控器指令信號、方向手柄信號等重要信號進行冗余采集和輸出。

（3）中繼器（RPT）模塊，實現(xiàn)對MVB信號的中繼傳輸，保證信號的傳輸質(zhì)量；每輛車安裝了一個互為冗余的中繼器模塊，列車總線采用“T”型結(jié)構(gòu)，可以保證該車網(wǎng)絡(luò)故障或網(wǎng)絡(luò)中斷，不影響其他車的正常通信。

（4）兩個人機接口單元（HMI）分別位于Mc1車和Mc2車，負責顯示設(shè)備狀態(tài)和指導司機操作；

（5）Mc1車和Mc2車各設(shè)置一個列車數(shù)據(jù)記錄儀（DRU），對列車主要設(shè)備的運行狀態(tài)和故障信息進行冗余采集和記錄。

2 現(xiàn)有列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（1）列車總線采用符合IEC 61375 1～2007《牽引電氣設(shè)備列車總線第1部分：列車通信網(wǎng)絡(luò)》標準的MVB總線、電氣中距離（EMD）傳輸介質(zhì)，MVB總線為雙路冗余布線，車輛總線采用RS485總線。

（2）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)品主要包括中央控制單元（CCU）、人機接口單元（HMI）、遠程輸入輸出單元（RIOM）、數(shù)據(jù)記錄儀（DRU）、中繼器（RPT）等。2個CCU分別位于Mcl和Mc2車，負責對全列車的控制、監(jiān)視和診斷；2個CCU互冗余，一個為主，一個為從，從設(shè)備為主設(shè)備的熱備。2個HMl分別位于Mcl和Mc2車，負責顯示列車運行狀態(tài)、故障診斷和指導司機操作。2個DRU分別位于Mcl和Mc2車，用于整列車運行狀態(tài)及故障信息的記錄，2個DRU互為冗余。

（3）其他子系統(tǒng)通過MVB總線或輸入/輸出設(shè)備連接到列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；沒有MVB總線接口的設(shè)備可以通過MVB/RS485網(wǎng)關(guān)與MVB總線相連；子系統(tǒng)部件故障不影響列車總線的正常通信。其中，牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、門控系統(tǒng)采用MVB總線連接到列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)上，空調(diào)、旅客信息、受電弓等系統(tǒng)采用RS485通信方式，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過MVB/RS485網(wǎng)關(guān)進行信息轉(zhuǎn)換。

3 兩種列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對比

兩種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對比分析見表1。

由表1可見，新型跨座式單軌的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)參與部分車輛控制功能，減少了大量的傳感器及硬件電路，利于車輛的輕量化設(shè)計。

車輛總線及列車總線全部采用MVB總線，減少中間協(xié)議轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)提升，列車編組靈活，車載設(shè)備互換性好，系統(tǒng)擴展性強，通信速率快，實時性、穩(wěn)定性和可靠性更高；列車總線增加WTB總線，列車可以快速連掛、解編運行，增加車輛運營靈活性。

網(wǎng)絡(luò)拓撲采用“T”型結(jié)構(gòu)，單車網(wǎng)絡(luò)故障不影響其他車網(wǎng)絡(luò)的正常通信，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；增加以太網(wǎng)維護網(wǎng)絡(luò)，便于系統(tǒng)維護。

參考文獻

[1]殷培強，崔鳳釗，單正輝.基于TCN的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在單軌列車上的應(yīng)用，鐵道車輛，2014（11）：10-12.

[2]仲建華.重慶跨座式單軌交通[J].都市快軌交通，2004（5）：7-22.