沈陽渾南70%低地板有軌電車TCMS系統的應用

許東寧 朱恕冰

摘 要：本文主要介紹沈陽渾南70%低地板現代有軌電車列車控制和管理系統（簡稱“TCMS系統”）的硬件結構以及功能特點。首先，分析TCMS系統的網絡控制拓撲結構以及車輛控制單元的主控冗余方案；其次，詳細說明了TCMS系統通過CANopen總線通訊的方式對牽引、制動、廣播、空調、車門等子系統的控制方式；最后介紹TCMS系統實時監控車輛主要系統及子系統的工作狀態，并實現整車故障分析診斷、以及運行記錄的功能。TCMS系統的應用不僅減少了設備安裝和布線施工，還有效的提高了車輛的可靠性與安全性。

關鍵詞：有軌電車；TCMS系統；CANopen；實時監控；故障分析診斷；運行記錄

1沈陽渾南70%車TCMS系統簡介

沈陽渾南70%有軌電車TCMS系統采用中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心的成熟產品，與車輛非智能電器設備間采用硬線連接，采用一條CANopen總線作為列車主干網絡、并含有CAN、RS232、RS485等設備級總線，任何符合CANopen協議標準協議的設備，都可以在功能和接口上保證車上所有設備的互用性和可交換性。TCMS主要有控制、監視及故障診斷三類功能，本監控系統實現了對牽引、制動、輔助、空調、車門、廣播等子系統的運行監視，將各個子系統的診斷信息顯示給司機及維護人員，同時對故障數據進行記錄，便于車輛的維護與保養。

2 TCMS的硬件和結構

2.1TCMS硬件組成

TCMS系統主要包括VCU（車輛控制單元）、RIOM（遠程輸入輸出模塊）、HMI（人機界面顯示屏）構成，采用CANopen通訊與各個車載設備建立通訊連接。具體分布如表1：

2.2TCMS系統元件介紹

2.2.1VCU

車輛控制單元VCU完成列車總線CANopen網絡管理，同時實現對牽引、制動、空調、車門等設備或部件的控制功能。該模塊安裝位置位于Mc車司機室內，整車安裝2個VCU，該兩個VCU互為冗余狀態，當一個VCU故障時，另外一個VCU會行使網絡的主控功能，使CANopen網絡仍然能夠正常運行。同時，VCU還與HMI進行數據交互，將采集到的數據發送至HMI進行顯示，也將HMI設定的一些參數（如輪徑，空調設定等）接收后轉發至相應的子設備。

2.2.2 IDU屏

在每列車的司機臺上各設置1 臺觸摸屏式司機臺顯示器?顯示器處理速度與診斷系統的性能相適應，屏蔽性?抗干擾?耐震動能力滿足EN50155相關要求。IDU主要在車輛的運行過程中顯示車輛狀態信息、故障信息和操作提示，同時完成行車數據記錄。司機通過查看IDU顯示的車輛狀態及故障信息，進行相應的安全操作，完成有軌電車的運行控制。另外司機也可通過操作IDU屏設置車輛的參數和功能。

2.2.3 RIOM機箱

每側司機室內安裝有1個RIOM箱（遠程輸入輸出模塊），數字量輸入板卡內部集成24路24V數字量采集單元。通過集成的CAN通信模塊與主控制單元進行數據交換。為了滿足TCMS系統中各子系統輸入信號地址不同的特點，板卡內部采取分割參考地的設計方式。RIOM主要的功能就是接收司機室功能按鈕及系統指令，然后輸出給相應設備執行命令。RIOM是TCMS系統與整車車載設備之間的重要轉折點。

3 TCMS系統CANopen通訊網絡圖

針對整車的TCU，HVAC，DOOR，PIS，HVAC，BCU等系統，通過CANopen接口接入VCU，就構成了整車的TCMS系統結構拓撲圖（如圖1）。所有外圍網絡接口設備只要滿足CIA對CANopen的相關規定就可以順利接入網絡。

TCMS系統不僅采用CANopen總線，還采用了雙線接入的方式：采用了RS232與VCU連接和RS485與RIOM連接。這種接入方式能夠增加TCMS的可靠性。在采用雙線接入的狀態下，如果兩端的VCU均為正常工作狀態，顯示器會與VCU進行通訊；一旦出現了單個VCU故障或斷電，則另一端的VCU進入到工作狀態，繼續完成車輛的控制。

4 TCMS系統的控制

列車的網絡控制系統是通過HMI觸摸屏，完成司機對一些輔助設備進行控制，減少硬線和繼電器，也可以替代指令控制按鈕等。通過司機操作HMI屏運行系統界面的按鈕，將指令傳送給RIOM，RIOM接到指令后相應的控制相關系統實現相應功能。TCMS控制功能主要對牽引、輔助、制動、空調、乘客信息系統進行參數設置及功能控制，同時也通過屏幕按鈕執行照明、無電區切換、調車模式啟動等功能的開關。通過IDU屏的參數設置，將車輛編號、時間日期、運行總里程、輪徑值、發送到各系統，以便更方便的設置牽引系統參數。TCMS通過監控各系統的狀態和司機的操作，能夠更加準確的執行各系統功能，保證列車安全平穩的運營。

5 TCMS系統數據監控及故障診斷

TCMS系統通過CANopen總線，采集整車所有設備狀態、是否在線，工作是否正常，故障檢測等數據，包括司機室操作按鈕，將重要的指令和數據顯示在IDU屏上，司機能夠更加直觀的查看車輛的狀態。TCMS系統還負責各系統故障數據的采集、故障分析、故障信息轉儲等。在列車發生重大事故時，可以通過TCMS系統故障記錄和事件記錄查看車輛故障狀態，以便更快的處理車輛故障，降低運營延誤時間。

參考文獻

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（作者單位：沈陽渾南現代有軌電車運營有限公司 車輛維修部）