某型地鐵列車控制及監視系統拓撲結構及調試方法

杜朋潔+董利芳+張闖+穆俊斌

摘要：列車控制及監視系統（TCMS）作為城軌列車的“大腦”，是整個列車的核心系統，它控制列車牽引、制動、網絡及各個聯網子系統的功能，監視相關系統的實時狀態并對相應故障做出診斷。文章介紹了某型地鐵列車TCMS的拓撲結構及其特點，闡述了TCMS在實車上的調試方法。

關鍵詞：TCMS；地鐵列車；控制及監視系統；核心系統；拓撲結構；調試方法 文獻標識碼：A

中圖分類號：U231 文章編號：1009-2374（2016）36-0121-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.060

1 概述

目前，我國城軌列車正朝著自動化、節能化、舒適化的方向發展，為滿足這些需求，TCMS的可靠性發揮著重要的作用。TCMS是一種分布式的控制系統，它將分布于列車的智能模塊連成一個列車網絡，通過信息的傳輸、記錄、診斷，實現控制并監視整個列車狀態。為提高TCMS的可靠性，合理的TCMS拓撲結構及調試方法尤為重要。

2 列車總線拓撲結構

2.1 編組方式

此型地鐵列車為六輛編組，2/3動力配置。編組形式為：-Tc+Mp+M*M+Mp+Tc-（Tc：帶司機室拖車，Mp：帶受電弓動車，M：不帶受電弓動車，-：全自動車鉤，*：半自動車鉤，+：半永久牽引桿）。

2.2 網絡拓撲結構

此型地鐵的TCMS采用分布式總線網絡控制技術，劃分為兩級：列車控制級及車輛控制級。列車控制級總線和車輛控制級總線均采用EMD電氣中距離介質的多功能車輛總線（MVB）。MVB在物理層上采用兩對冗余的雙絞線總線結構，通過總線連接器實現列車各智能子系統與列車中央控制單元（VCU）之間的數據通信。為防止反射及干擾，避免通訊故障，MVB在總線的每一端都設有終端電阻（120Ω）。具體的網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1中各英文縮寫的具體含義見表1。

2.3 TCMS網絡拓撲結構的典型特征及優勢

2.3.1 每輛車分別配置兩個REP，且兩個REP為熱備冗余，MVB線的LineA和LineB分別和兩個REP連接，能夠保證單個中繼器故障情況下列車功能不降級。

2.3.2 因DCU/M、DCU/A、BECU設備位于車下，空間設備有限，無法使用MVB專用總線連接器，其他連入TCMS的各智能設備均采用MVB專用總線連接器連接。采用MVB專用總線連接器，優點在于MVB總線的LineA和LineB分別布線，通道完全冗余，保證了列車單個節點故障不影響整列車的網絡通信。

2.3.3 將蓄電池監視單元連入TCMS網絡中，方便列車司機及維修人員查看蓄電池的實時狀態，有效減少蓄電池故障排查的時間。

3 列車TCMS的調試方法

TCMS作為列車的核心系統，其調試分析是列車調試工作中的重點，具體的調試工作劃分為以下三個階段：列車上電前、列車通110V直流電后、列車通1500V高壓后。

3.1 列車上電前

3.1.1 DXM和DIM設備地址編碼檢查。此列車中DXM和DIM設備是利用其電源連接器中引腳短接的形式進行設備地址配置的。因此，在網絡設備上電前，需要目視檢查DXM和DIM的設備地址是否按照設計文件配置正確，防止因設備地址配置錯誤引起網絡通信故障。

3.1.2 終端電阻測試。列車級通信網絡終端電阻測試：斷開連接兩個中繼器的MVB專用連接器，測量連接接口X1的連接器管腳1、2（即線路A通道），其電阻值應為60±10%Ω；測量連接接口X2的連接器管腳4、5（即線路B通道），其電阻值應為60±10%Ω。

車輛級通信網絡終端電阻測試：斷開連接空調控制器的兩個MVB專用連接器，測量連接接口MVB-M2的連接器管腳1、2（即線路A通道），其電阻值應為60±10%Ω；測量連接接口MVB-M1的連接器管腳4、5（即線路B通道），其電阻值應為60±10%Ω。

3.2 列車通110V直流電后

3.2.1 配置AXM設備地址。AXM上電后，利用串口工具按照設計文件配置AXM的設備地址。

3.2.2 上載應用程序。利用以太網線纜及優盤將VCU、ERMe、HMI的應用程序上載到相應的硬件模塊中，在HMI的版本信息界面核實應用軟件的軟件版本是否正確，如圖2所示：

3.2.3 檢查MVB網絡線路的傳輸質量。準備條件：全部聯網子系統上載完應用程序，在HMI的網絡拓撲界面確認各連網設備通信正常，如圖3所示，HMI的事件信息界面的當前故障無MVB線路故障，如圖4所示。

列車級網絡線路通信質量測試：將1車或6車VCU模塊接口X5處的MVB專用連接器斷開，使用MVB分析儀連在VCU模塊的接口X5，對車輛通信線路B通道上傳輸數據進行200秒的記錄，并對記錄的數據檢查分析后得到錯誤幀數據，以此評價線路B通道的通信質量是否合格；將該車VCU模塊的接口X6處的MVB專用連接器連接，將其接口X6處的MVB專用連接器斷開，使用MVB分析儀連在VCU模塊的接口X6，使用MVB分析儀對整個車輛通信線路A通道上傳輸數據進行200秒的記錄，并對記錄的數據檢查分析后得到錯誤幀數據，以此評價線路A通道的通信質量是否合格。

車輛級網絡線路通信質量測試：將1車空調控制器的接口MVB-M2處的MVB專用連接器斷開，使用MVB分析儀連在空調控制器的接口MVB-M2，對車輛通信線路B通道上傳輸數據進行200秒的記錄，并對記錄的數據檢查分析后得到錯誤幀數據，以此評價線路B通道的通信質量是否合格；將該車車廂空調柜中空調控制器的接口MVB-M2處的MVB專用連接器連接，將其接口MVB-M1處的MVB專用連接器斷開，使用MVB分析儀連在空調控制器的接口MVB-M1，使用MVB分析儀對整個車輛通信線路A通道上傳輸數據進行200秒的記錄，并對記錄的數據檢查分析后得到錯誤幀數據，以此評價線路A通道的通信質量是否合格。按上述步驟分別對2/3/4/5/6車的車輛網絡線路通信質量進行的測試。

MVB網絡線路的傳輸質量的合格標準為：列車網絡通信線路在200秒的通信時間內錯誤幀數量小于1個，如圖5所示：

通常情況下，導致MVB網絡線路的傳輸質量低的原因有以下4點：（1）連接器制作工藝粗糙，例如連接器雙絞線虛接、有毛刺、屏蔽層處理不正確；（2）MVB電纜彎曲半徑過小；（3）終端電阻配置錯誤；（4）設備地址沖突。

3.3 列車通1500V高壓后

確認各網絡設備及聯網子設備的MVB電纜均連接完好，MVB網絡線路傳輸無錯誤幀后，當列車通1500V高壓后，查看VCU是否能正常啟動DCU/A、ACU及空壓機。

4 結語

列車的TCMS能夠實時監控列車的運行狀態及故障信息，且在HMI上能夠顯示列車電氣上的DI、DO、AI、AO等信息，這些功能都可以有效地幫助司機和維護人員迅速地做出判斷和操作，對提高列車運行的安全系數有很大的幫助，更好地了解TCMS的拓撲結構和調試方法對研究某型列車的控制原理有重要的意義。

參考文獻

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作者簡介：杜朋潔（1988-），女，中車唐山機車車輛有限公司助理工程師，工學碩士，研究方向：城軌列車網絡控制。

（責任編輯：王 波）