武漢東湖100%低地板有軌電車列車監(jiān)控及控制系統(tǒng)冗余功能簡析

宋硯海

【摘 要】本文介紹了武漢東湖100%低地板有軌電車列車網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配置情況，同時也對該系統(tǒng)的冗余功能設(shè)置和功能進行了介紹，MVB通信線纜采用A、B雙通道冗余設(shè)計，在冗余功能工作原理上分別介紹了VCU冗余功能工作原理和WTB網(wǎng)關(guān)冗余功能工作原理，最后闡述了數(shù)據(jù)記錄冗余工作原理并做出總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】TCMS VCU WTB總線 MVB總線

1 系統(tǒng)概述

武漢東湖100%低地板有軌電車的列車監(jiān)控及控制系統(tǒng)（以下簡稱TCMS）按照IEC61375標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的列車通信網(wǎng)絡(luò)組建，列車總線與車輛總線均采用MVB總線。總線采用冗余傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴VB總線的傳輸速率為1.5Mbit/s。MVB總線可以傳輸過程數(shù)據(jù)和監(jiān)視數(shù)據(jù)。多功能車輛總線（MVB）的電氣接口為EMD介質(zhì)。

連接到車輛總線（MVB）上各個子系統(tǒng)的控制單元主要包括：ATC、牽引、制動、輔助、空調(diào)、車門、乘客信息系統(tǒng)控制單元等。其它沒有MVB接口的子系統(tǒng)可通過MVB總線協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接到MVB網(wǎng)絡(luò)中。整個TCMS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。列車總線及車輛總線系統(tǒng)符合有關(guān)列車通信網(wǎng)絡(luò)IEC61375標(biāo)準(zhǔn)及TB/T3035標(biāo)準(zhǔn)，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)硬件滿足EN50155標(biāo)準(zhǔn)。

2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拖到y(tǒng)配置

全列由兩個基本對稱的單元組成，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑渲茫海?）兩個MC車各配置一臺主控制單元（MCU），其中包含列車控制單元（VCU）、遠程輸入輸出單元（RIOM）、事件記錄儀（ERM）；兩個人機接口單元（HMI）分別位于兩個Mc車，負(fù)責(zé)車輛及各子系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的顯示、負(fù)責(zé)故障報警并且提供人機交互輸入接口。（2）每個Mc車配置一臺列車控制單元（VCU），兩者互為冗余。（3）在每個Mc車各安裝一個RIOM模塊，實現(xiàn)對硬線控制電路的主要信號進行采集和控制，其中Mc車的RIOM模塊為冗余配置，可實現(xiàn)對一些關(guān)鍵信號的冗余采集；（4）Mc1和Mc2車各配置一臺列車事件記錄儀，實現(xiàn)對列車主要設(shè)備的運行狀態(tài)和故障信息的周期性記錄，其記錄的數(shù)據(jù)可通過便攜式測試單元PTU讀出和打印。（5）其它子系統(tǒng)，如TCU、ACU、BCU、HVAC、EDCU等，通過MVB接口連接到TCMS；（6）ERM通過以太網(wǎng)接口同無線傳輸設(shè)備連接，可實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)實時傳輸；（7）電池管理系統(tǒng)BMS直接通過CAN網(wǎng)絡(luò)同VCU連接；（8）在T車安裝WTB網(wǎng)關(guān)（WTBGW），TCN網(wǎng)關(guān)用于將一列車的MVB數(shù)據(jù)通過WTB總線傳送到另一列連掛車輛的MVB總線，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕琖TB網(wǎng)關(guān)具有冗余結(jié)構(gòu)。（9）信號系統(tǒng)（ATC）通過RS485同VCU連接。

3 冗余功能工作原理

MVB通信線纜采用A、B雙通道冗余設(shè)計，若MVB總線單通道通信中斷，設(shè)備則從另一條傳輸線接收數(shù)據(jù)，整個網(wǎng)絡(luò)通信不受影響。

每個Mc車配置一臺列車控制單元（VCU），兩者互為冗余。主VCU負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度、車輛的控制以及對車輛設(shè)備的監(jiān)視和診斷，從VCU實時監(jiān)視主VCU的狀態(tài)，當(dāng)主VCU故障后，從VCU立即接替其工作；

在T車安裝WTB網(wǎng)關(guān)（WTBGW），TCN網(wǎng)關(guān)用于將一列車的MVB數(shù)據(jù)通過WTB總線傳送到另一列連掛車輛的MVB總線，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕琖TB網(wǎng)關(guān)具有冗余結(jié)構(gòu)。

3.1 VCU冗余功能工作原理

列車控制單元（VCU）做為列車關(guān)鍵的控制設(shè)備，由于其主要實現(xiàn)總線管理、列車控制等功能，因此在整個列車網(wǎng)絡(luò)中對VCU做了熱備冗余配置。每列車設(shè)置兩個列車控制單元（VCU），分別位于Mc1車和Mc2車。兩個VCU通過競爭機制選取一個VCU為主控單元，執(zhí)行總線管理和控制功能；另外一個VCU做為從控單元，監(jiān)視主設(shè)備狀態(tài)。當(dāng)主控VCU出現(xiàn)故障時，從控VCU檢測不到主控VCU的生命信號時接管總線，執(zhí)行總線管理和控制功能，成為新的主控單元。

3.2 WTB網(wǎng)關(guān)冗余功能工作原理

WTB網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)列車總線和車輛總線的雙向數(shù)據(jù)傳輸，保證列車級總線和車輛級總線網(wǎng)絡(luò)通信的實時性、可靠性、數(shù)據(jù)分配的合理性。

WTB網(wǎng)關(guān)由兩組硬件完全相同、互為冗余的板卡組成，正常模式下，一組板卡處于激活狀態(tài)，進行正常的網(wǎng)關(guān)通信，另一組板卡處于待機狀態(tài)，激活網(wǎng)關(guān)失效后，待機網(wǎng)關(guān)會迅速自動轉(zhuǎn)為激活網(wǎng)關(guān)。

對于MVB總線，激活網(wǎng)關(guān)與待機網(wǎng)關(guān)都具有兩種配置，分別對應(yīng)激活狀態(tài)和待機狀態(tài)的MVB端口及設(shè)備地址配置，激活網(wǎng)關(guān)參與MVB總線通信，參與實際列車通信和應(yīng)用數(shù)據(jù)處理，待機網(wǎng)關(guān)監(jiān)聽MVB總線通信，保留一個端口用于發(fā)送生命信號，其他端口處于監(jiān)聽狀態(tài)（宿端口），不發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)。

兩個MVB冗余接口在MVB網(wǎng)絡(luò)中都是激活端，并且該狀態(tài)與WTB冗余狀態(tài)無關(guān)。在初始狀態(tài)，MVB端口都配置成宿端口（sink port），應(yīng)用層程序需根據(jù)WTB節(jié)點狀態(tài)（激活或備用狀態(tài)）來動態(tài)切換端口的方向是源端（source port）或者宿端（sink port）。MVB端口方向會隨著WTB冗余節(jié)點狀態(tài)的切換而切換。兩個MVB板卡必須使用不一樣的MVB地址，MVB設(shè)備地址會隨著冗余切換的發(fā)生而變化。但是針對激活和熱備的狀態(tài)，MVB設(shè)備必須有固定的地址與冗余狀態(tài)對應(yīng)。

3.3 數(shù)據(jù)記錄冗余工作原理

數(shù)據(jù)記錄儀采用冗余設(shè)計，全列車有兩個數(shù)據(jù)記錄儀，兩個數(shù)據(jù)記錄儀在正常情況下同時記錄列車的所有故障信息。當(dāng)其中一個數(shù)據(jù)記錄儀故障，另一個數(shù)據(jù)記錄儀繼續(xù)工作以保證列車的故障記錄不會丟失。

4 結(jié)語

該項目網(wǎng)絡(luò)配置充分考慮了各種工況的冗余功能，并能實時對采集的數(shù)據(jù)進行實時記錄和故障分析，最大限度的能夠保障列車穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]劉琦，趙磊，徐慧林，吳紫薇.國產(chǎn)化列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計改進[J].城市軌道交通研究，2013（10）：59-62+83.

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