成都地鐵4號線列車網絡控制系統

李文正+殷培強+徐磊+張欣萍

摘 要：文章介紹了基于TCN標準的列車網絡控制系統在成都地鐵4號線上的應用，主要包括系統拓撲結構、系統配置、關鍵控制功能、顯示屏界面、圖形化編程軟件、創新設計及運營情況等，并對系統設計進行了總結。

關鍵詞：成都地鐵；列車網絡控制系統；控制邏輯；冗余

中圖分類號：U284.48 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0018-02

1 概述

成都地鐵4號線列車未6輛編組B型車，其列車網絡控制系統（TCMS）采用的是中車青島四方車輛研究所有限公司自主化的軟硬件平臺。

2 基于TCN列車網絡配置

成都地鐵4號線列車采用4動2拖的6編組形式，TCMS列車總線及車輛總線均采用符合IEC61375標準規定的多功能車輛總線（MVB-EMD）。

基于TCN標準的列車網絡系統拓撲結構如圖1所示：

互為冗余的兩個CCU分別位于Tc1車和Tc2車，完成列車控制、監視和故障診斷功能。

每輛車都具有RIOM模塊，實現對110V控制電路的主要信號進行采集和控制及模擬量信號的采集。

Mp1車和Mp2車分別安裝了兩個互為冗余的中繼器（RPT）模塊，實現對MVB信號的中繼傳輸，保證信號的傳輸質量。

兩個人機接口單元（HMI）分別位于Tc1車和Tc2車，負責顯示設備狀態和指導司機操作。

Tc1車和Tc2車各設置一個列車數據記錄儀（ERM），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。

列車控制及監控系統通過422GW與實時無線傳輸系統相連，其他子系統通過MVB接口接入到TCMS系統。

3 系統關鍵功能

3.1 輔逆停機控制

成都地鐵4號線車輛前后半列各安裝一臺輔助逆變器，兩臺輔助逆變器分別給兩組可被擴展供電接觸器連接起來的中壓母線供電，正常情況下每臺輔助逆變器單獨給該半列的中壓負載供電。

當TCMS檢測到有且僅有一臺輔逆發生故障時，TCMS給故障側的輔逆發送停機指令，故障側輔逆停機；當兩臺輔逆同時故障時，兩臺輔逆同時停機；當兩臺輔逆均正常工作，但擴展供電接觸器處于閉合狀態時，為了避免輔逆并網運行，TCMS同時給兩臺輔逆發送停機指令，輔逆停機后TCMS控制擴展供電接觸器斷開，TCMS復位停機指令，兩臺輔逆正常啟動。

3.2 擴展供電控制

正常工作時，擴展供電接觸器斷開，輔逆給各自半列的供電網絡的負載供電，前后半列中壓負載在兩個電網間平衡分配，一旦一臺輔逆故障，允許正常的一臺輔逆為全列的中壓負載供電，此時故障側的輔逆停機，滿足擴展供電接觸器閉合條件時，TCMS將發送擴展供電接觸器閉合指令，控制擴展供電接觸器閉合。

當故障側的輔逆故障解除時，TCMS復位擴展供電接觸器閉合指令，并停止向輔逆發送停機指令，故障側輔逆恢復啟動，正常工作。

3.3 保持制動緩解控制

列車停車時，制動系統將自動施加保持制動，保證列車處于靜止狀態。當列車再次啟動時，需要首先緩解保持制動，TCMS結合牽引力、牽引狀態、列車速度等條件綜合判斷，當滿足車輛啟動條件時，發送保持制動緩解指令，制動系統收到保持制動緩解指令后緩解保持制動，保持制動緩解的牽引力大小及列車速度的控制可以避免列車后溜并降低閘瓦磨耗。

4 系統顯示屏界面

成都地鐵4號線顯示屏界面的操作流程主要分為運行模式和檢修模式，運行模式主要面向的對象是司乘人員，主要的內容是車輛運行相關的狀態信息和空調等運行相關的信息顯示和設定；檢修模式主要面向的對象是檢修維護人員，主要的內容是車輛技術參數的設定，試驗和檢修維護相關信息的顯示和設定。

5 圖形化編程軟件

目前國內復雜控制軟件的開發主要借助于圖形化開發軟件，包括OpenPCS、ISAGraph等，這些的使用都有針對性和特定條件限制，而Matlab/Simulink具有很大的開放性，支持DSP、ARM、X86等幾乎所有的硬件系統和操作系統。

四方所基于目前列車網絡控制系統控制需求及編程條件，開發了具有自主知識產權的列車網絡控制系統Simulink功能模塊庫，通過這些模塊庫可以將復雜的網絡系統控制算法及邏輯以簡單搭建模塊的形式實現，具有結構清晰、可操作性強、易維護、高效率等特點。

圖2是基于Simulink實現的列車網絡控制系統軟件結構及開發界面。

6 系統優化及創新

成都地鐵4號線列車網絡控制系統針對招標文件的特殊要求，進行了分析論證，并進行了優化創新設計。

6.1 頭尾車冗余RIOM設計

頭尾車各配置兩臺冗余的RIOM模塊，對影響車輛運營的關鍵硬線信號進行冗余采集/輸出，主要包括：司機室激活信號、方向信號、牽引制動指令、空壓機狀態監視、空壓機啟動指令、TCMS正常指示、司控器級位信號等。

冗余采集的目的是為了提高系統的可靠性，當其中一個RIOM單元模塊故障或電源模塊故障后，冗余RIOM采集可以保證車輛正常運營。

6.2 冗余RS422接口設計

成都地鐵4號線列車網絡控制系統通過422GW（RS422轉MVB網關）與無線實時傳輸系統進行通信，列車可以借助RS422通道將車輛重大故障上傳給綜合監控系統，同時綜合監控系統可以通過RS422通道對列車運行數據進行實時查看，監控列車的運行狀態。

422GW采用雙冗余設計，頭尾車各配置一臺422GW，兩臺422GW同時上傳車輛故障信息；同時422GW自身的RS422接口也是冗余的，同一時刻其中一個RS422接口為主，負責與RAD通信，另一個RS422接口處于熱備狀態，并實時監測主RS422接口的工作狀態，當檢測到主RS422接口通信丟失后自動切換到從RS422接口與RAD系統繼續通信，最大程度上保證數據不丟失。

7 結束語

成都地鐵號線自2015年12月31日正式開通運營以來，運營情況表明：成都地鐵4號線列車網絡控制系統硬件性能滿足系統功能需求，系統軟件可靠性、穩定性滿足列車運營要求。

參考文獻：

[1]趙磊.北京地鐵7號線列車網絡控制系統[J].城市軌道交通研究，2014（5）：109-114.

[2]霍芳，劉群欣，張森.CRH2型高速列車網絡控制系統的創新研究與實現[J].機車電傳動，2014（4）：21-23，52.