基于自動重聯的列車網絡控制系統在新型跨座式單軌上的應用

摘 要：近年來，跨座式單軌車輛技術正在逐步向輕量化、節能、環保快速邁進，要求列車網絡系統向高性能、高水平發展，以確保新型跨座式單軌實現模塊化、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。

關鍵詞：跨座式單軌；列車網絡系統；應用

1 新型跨座式單軌列車網絡系統

1.1 列車總線的選擇

列車網絡系統包含三級網絡總線：列車級、車輛級以及子系統（設備）級總線，此外，還可以額外搭建用于列車設備維護的網絡。可以根據需求自由選擇總線。

（1）列車級網絡對數據傳輸率以及傳輸距離都有一定的要

求，其數據傳輸量也較多，與此同時，列車級網絡對可靠性、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絡上有較為成熟的技術沉淀。考慮到這些需求，應選擇較為符合的MVB總線作為列車級網絡總線。

（2）車輛級網絡對數據傳輸的距離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，可選擇跟列車級網絡相同的MVB總線，使得車輛級網絡更加容易接入列車級網絡，數據傳輸更加便捷，更容易實現。同時，也可以選擇成本較低的CAN總線，通過CAN/MVB網關實現接入列車級網絡。

（3）子系統（設備）級需要很高的數據實時性、確定性和可靠性，同時應考慮設備更加容易接入總線。因此，對于不具備MVB接口的設備可以考慮選擇CAN總線，而對于具備MVB接口的設備則應選擇直接接入MVB總線。這兩種選擇都能很好的滿足網絡的需求。

（4）列車維護網絡不參與TCMS系統的工作，因此不需要滿足TCMS網絡的實時性、確定性等要求。此外，為了維護方便，列車維護網絡應該考慮更加容易組網，數據更容易共享，同時具備較高的數據傳輸率等要求。因此，應選擇具備多種組網方式、資源共享能力強、傳輸速率超高的以太網總線。

（5）對于經常需要聯掛或解編的列車，考慮選用WTB總線，以滿足要求。

因此，新型單軌車的列車網絡系統，采用WTB總線為列車總線，WTB總線僅用于列車的重聯；采用MVB總線為列車總線及車輛總線用于過程數據傳輸；采用以太網構建維護網絡。

1.2 新型跨座式單軌網絡系統

新型跨座式單軌列車采用4輛編組，列車網絡控制拓撲圖如圖1所示。

列車網絡控制系統方案描述如下：

新型單軌車列車網絡控制與監視系統采用總線控制方式，按照IEC61375-1標準的規定組建列車通信網絡，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，當列車對接時，TCN網關進行初始化，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，實現列車級和車輛級內部各設備的正常通信。

多功能車輛總線（MVB）通過中央控制單元（CCU）實現列車級和車輛級總線控制。各個子系統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、空調控制單元、門控單元、列車旅客信息顯示系統控制單元等。整個列車網絡監控系統包括車載硬件、操作系統、控制軟件、診斷軟件、監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、監視和故障診斷功能。

（2）每輛車都具有RIOM模塊，實現對110V/24V控制電路的主要信號進行采集和控制。在頭車設有兩個冗余的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，實現對MVB信號的中繼傳輸，保證信號的傳輸質量；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”型結構，可以保證該車網絡故障或網絡中斷，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，負責顯示設備狀態和指導司機操作；

（5）Mc1車和Mc2車各設置一個列車數據記錄儀（DRU），對列車主要設備的運行狀態和故障信息進行冗余采集和記錄。

2 現有列車網絡系統

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

（2）網絡系統產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）、數據記錄儀（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、監視和診斷；2個CCU互冗余，一個為主，一個為從，從設備為主設備的熱備。2個HMl分別位于Mcl和Mc2車，負責顯示列車運行狀態、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及故障信息的記錄，2個DRU互為冗余。

（3）其他子系統通過MVB總線或輸入/輸出設備連接到列車網絡控制系統；沒有MVB總線接口的設備可以通過MVB/RS485網關與MVB總線相連；子系統部件故障不影響列車總線的正常通信。其中，牽引系統、輔助系統、制動系統、門控系統采用MVB總線連接到列車網絡控制系統上，空調、旅客信息、受電弓等系統采用RS485通信方式，網絡系統通過MVB/RS485網關進行信息轉換。

3 兩種列車網絡系統對比

兩種網絡系統的對比分析見表1。

由表1可見，新型跨座式單軌的列車網絡控制系統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計。

車輛總線及列車總線全部采用MVB總線，減少中間協議轉換環節，實現了產品技術提升，列車編組靈活，車載設備互換性好，系統擴展性強，通信速率快，實時性、穩定性和可靠性更高；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。

網絡拓撲采用“T”型結構，單車網絡故障不影響其他車網絡的正常通信，增加了系統的穩定性；增加以太網維護網絡，便于系統維護。

參考文獻

[1]殷培強，崔鳳釗，單正輝.基于TCN的列車網絡控制系統在單軌列車上的應用，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.