列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)研究

程廣洋,王云飛,周 洋,劉力豪

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266000 )

0 引言

城市軌道交通是一個(gè)國(guó)家的重要設(shè)施，是城市公共交通的骨干，具有節(jié)能、省地、運(yùn)量大等優(yōu)勢(shì)[1]。隨著全球各地區(qū)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、城鎮(zhèn)區(qū)域、人口基數(shù)的增長(zhǎng)擴(kuò)大，各國(guó)家、地區(qū)的日常交通變得十分擁堵，越來越多的發(fā)達(dá)國(guó)家開始通過發(fā)展城市軌道交通來緩解各城市的交通緊張的問題[2]。1863年1月，英國(guó)大都會(huì)地區(qū)鐵路正式開始營(yíng)業(yè)到現(xiàn)在，城市軌道交通行業(yè)已經(jīng)有了近兩百年的歷史，世界各國(guó)基本都修建了城市軌道交通[3]。本文針對(duì)公司生產(chǎn)的海外某項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的硬件組成、軟件功能進(jìn)行簡(jiǎn)要分析介紹。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(TCMS)系統(tǒng)是一列車的神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)完成與各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸、邏輯控制、故障診斷等工作，是一列車能夠安全運(yùn)行的保障[4]。現(xiàn)在世界各國(guó)軌道交通行業(yè)中，TCN網(wǎng)絡(luò)無論是在動(dòng)車組、地鐵還是輕軌，都得到了廣泛的應(yīng)用[5]。TCMS具有信息傳輸、邏輯控制、畫面顯示、故障診斷和用戶支持五大功能。

本項(xiàng)目采用符合IEC61375標(biāo)準(zhǔn)[6]的TCN網(wǎng)絡(luò)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由列車級(jí)WTB總線、車輛級(jí)MVB總線兩級(jí)總線構(gòu)成。整列車分為兩個(gè)單元，每4節(jié)車為一個(gè)單元,單元內(nèi)采MVB-EMD 總線。主要組成設(shè)備為車輛控制單元(VCU)、人機(jī)交互接口(HMI)、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊(RIOM)、中繼器(REP)。

連接到多功能車輛總線MVB上的各個(gè)子系統(tǒng)包括：旅客服務(wù)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、煙火系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等。TCMS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

列車編組為4M4T，即4輛動(dòng)車4輛拖車。VCU負(fù)責(zé)組織所有數(shù)據(jù)的交換，并且進(jìn)行車輛邏輯控制及車輛診斷；RIOM模塊采集車輛各系統(tǒng)模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)，通過MVB總線、REP中繼器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。HMI負(fù)責(zé)顯示各系統(tǒng)狀態(tài)以及故障信息及處理方法，并進(jìn)行車輛級(jí)及各個(gè)子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集控指令的輸入。

2 系統(tǒng)硬件分析

2.1 列車級(jí)通信

WTB(Wire Train Bus)絞線式列車總線是專為鐵路機(jī)車(車輛)重聯(lián)而開發(fā)的高可靠和實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)總線，當(dāng)列車進(jìn)行連掛等需要改變車輛組成時(shí)，列車總線各節(jié)點(diǎn)執(zhí)行初運(yùn)行過程，連接并分配連續(xù)的地址給各節(jié)點(diǎn)[7]。

1)傳輸周期：

CPU程序執(zhí)行周期暫定為50 ms，WTB過程數(shù)據(jù)的特征周期設(shè)置為50 ms，過程數(shù)據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度為128字節(jié)，即在50 ms內(nèi)所有WTB節(jié)點(diǎn)的過程數(shù)據(jù)至少發(fā)送一次，WTB過程數(shù)據(jù)通信時(shí)序示意圖如圖2所示。

圖2 WTB過程數(shù)據(jù)時(shí)序

2)數(shù)據(jù)類型：

P1端口數(shù)據(jù)由主節(jié)點(diǎn)編排發(fā)出，其中主節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制指令，速度等數(shù)據(jù)，每個(gè)周期不分時(shí)發(fā)送；

P2端口數(shù)據(jù)由從節(jié)點(diǎn)發(fā)送本單元關(guān)鍵信號(hào)給主節(jié)點(diǎn)，使主節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行列車級(jí)的控制。P1端口與P2端口通過“主節(jié)點(diǎn)標(biāo)志”信號(hào)進(jìn)行區(qū)分。

P3端口數(shù)據(jù)由編組中的所有單元編排發(fā)出，主要為車輛關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)；端口傳輸示意圖如圖3所示。

圖3 端口傳輸示意圖

消息數(shù)據(jù)采用分頁方式，每50 ms發(fā)送一次，每500 ms數(shù)據(jù)更新一次。消息數(shù)據(jù)主要用來傳輸狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)及軟件版本等。

2.2 車輛級(jí)通信

MVB總線是TCN的重要組成部分，用于列車內(nèi)各子系統(tǒng)之間的串口通信。傳輸距離的需求不同，選擇的總線的物理層介質(zhì)類型也有所不同[8]。MVB物理層介質(zhì)類型根據(jù)傳輸距離可分3類：短距離電氣介質(zhì)ESD、中距離電氣介質(zhì)EMD、長(zhǎng)距離光纖介質(zhì)OGF[9]。本項(xiàng)目采用電氣中距離EMD電介質(zhì)。

它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是固定的，不能動(dòng)態(tài)改變，4輛車一起構(gòu)成一個(gè)MVB單元。每輛車都有一個(gè)MVB分段，并通過中繼器連接到整個(gè)MVB單元上，并且在每個(gè)分段的兩端都接有終端電阻。

2.3 列車控制單元(VCU)

VCU是整個(gè)列車的控制中樞，與列車的運(yùn)行安全息息相關(guān)。在列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，每一列車上安裝有2臺(tái)VCU，互為冗余[10]。VCU通過多功能車輛總線與HMI、RIOM等設(shè)備通信。列車控制單元主要包括電源模塊、CPU模塊、WTB、MVB模塊、數(shù)字量采集模塊、模擬量采集模塊。各模塊通過背板總線進(jìn)行連接，集中式的設(shè)備總成大大減少了各模塊間的連接器的數(shù)量，降低了設(shè)備的故障率。

2.4 輸入輸出模塊(RIOM)

RIOM模塊主要功能為采集列車數(shù)字量，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為MVB數(shù)據(jù)發(fā)送至VCU，同時(shí)該模塊還可以接受來自主VCU的控制命令，對(duì)外進(jìn)行相應(yīng)的輸出指令操作。RIOM將具有串行和數(shù)字輸入和輸入和輸出通道(共計(jì)24路DI+8路DIO)，數(shù)量滿足車輛設(shè)備的需要，并有10%的備用量。

2.5 中繼模塊(REP)

每列車裝有8個(gè)中繼模塊REP，每節(jié)車配備一個(gè)中繼器設(shè)備。中繼器用于連接MVB各區(qū)段，完成信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)功能[11]。中繼器REP還可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的中繼放大，以及傳輸通道的隔離，將故障點(diǎn)造成的影響降到最低。中繼器可以識(shí)別數(shù)據(jù)傳輸方向[12]。每節(jié)車的所有設(shè)備通過MVB總線互連成車輛級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)并通過REP與列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通。

2.6 人機(jī)交互顯示器

人機(jī)交互顯示器(HMI)是司機(jī)與車輛之間的可視化界面。顯示車輛狀態(tài)和故障信息，使司機(jī)能實(shí)時(shí)掌握車輛情況[13]。HMI根據(jù)從總線上的獲取的數(shù)據(jù)對(duì)車輛所有設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)可以根據(jù)畫面的控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)子系統(tǒng)的控制，例如空調(diào)、PIDS、牽引的復(fù)位等。HMI可以為司機(jī)或檢修人員提供故障幫助以及操作提示等信息。

3 軟件功能分析

TCMS軟件系統(tǒng)十分復(fù)雜，與外界環(huán)境以及操作者關(guān)系密切。是一個(gè)在功能、行為、結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出層次性、開放性、非線性的軟件系統(tǒng)[14]。

3.1 邏輯控制

3.1.1 列車級(jí)功能

實(shí)現(xiàn)的主要列車級(jí)主要功能項(xiàng)點(diǎn)如下。

1)司機(jī)室激活端選擇：

(1)只有一端 “本車激活”信號(hào)有效，則以本車為激活端，輸出激活端有效信號(hào)；(2)兩端“本車激活”信號(hào)都有效時(shí)，輸出激活端故障給HMI，以故障提示形式提醒操作人員同時(shí)做相應(yīng)的處理。此時(shí)激活端默認(rèn)上一次狀態(tài)。

2)列車方向信號(hào):

ATO模式時(shí)，方向指令選取激活端ATO輸出；在非ATO模式下，方向指令選取主控端方向手柄的信號(hào)輸出。

3)方向控制:

(1)列車在零速狀態(tài)時(shí)且激活端故障信號(hào)無效時(shí)，可以更改方向；(2)在零速時(shí)若有且僅有一個(gè)方向輸入則認(rèn)為方向可用，以輸入方向?yàn)榱熊嚪较颍煌瑫r(shí)接收到“前向”和“后向”指令信號(hào)，輸出“方向錯(cuò)誤”信號(hào)給HMI，默認(rèn)無方向；(3)在非零速時(shí)，默認(rèn)上一次方向，同時(shí)接收到“前向”和“后向”指令信號(hào)或前后向同時(shí)丟失時(shí)，輸出“方向錯(cuò)誤”信號(hào)給HMI。

4)牽引制動(dòng)狀態(tài):

(1)當(dāng)緊急制動(dòng)繼電器失電時(shí)，TCMS輸出緊急制動(dòng)狀態(tài)：(2)當(dāng)司控器制動(dòng)位或ATO模式下ATO制動(dòng)指令有效或非緊急制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，TCMS輸出常用制動(dòng)狀態(tài)：(3)當(dāng)司控器牽引位或在ATO模式下ATO牽引指令有效或非制動(dòng)位時(shí)，TCMS輸出牽引狀態(tài)；(4)非1～3時(shí)，默認(rèn)為惰行狀態(tài)。

5)司控器牽引制動(dòng)力大小:

司控器電位器輸出理論值：

eb：8±0.15 VDC；bmax：8±0.15 VDC；n:3±0.15 VDC；pmax：8±0.15 VDC。

無司控器牽引位、制動(dòng)位、非緊急制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，牽引力大小、制動(dòng)力大小為零。

6)速度計(jì)算:

首先將8編組車分為2個(gè)單元：計(jì)算每個(gè)單元的速度，速度為拖車用制動(dòng)速度，動(dòng)車用牽引速度，計(jì)算方法：(1)牽引時(shí)本單元車速度：所有有效軸速中第二低軸速值；(2)制動(dòng)時(shí)本單元車速度：所有有效軸速中第二高軸速值；(3)惰行時(shí)按照上次列車牽引、制動(dòng)狀態(tài)執(zhí)行計(jì)算。(4)取兩個(gè)單元的最高值作為整車速度。

7)牽引封鎖控制:

TCMS通過通訊向DCU、BCU通訊牽引指令，以下情況將封鎖牽引：(1)牽引命令無效；(2)無激活端有效指令；(3)無方向有效指令；(4)制動(dòng)不緩解反饋信號(hào)有效；(5)門全關(guān)信號(hào)無效；(6)停放制動(dòng)不緩解反饋信號(hào)有效；(7)緊急制動(dòng)狀態(tài)；(8)列車超速；(9)應(yīng)急開關(guān)有效；(10)所有高速斷路器斷開。

8)時(shí)間設(shè)置、時(shí)間同步:

TCMS檢測(cè)到激活端側(cè)顯示器時(shí)間設(shè)置界面設(shè)置位高電平時(shí)，將設(shè)置命令及設(shè)定值發(fā)送給所有系統(tǒng)；TCMS上電1分鐘后自動(dòng)發(fā)出時(shí)間設(shè)置命令以及系統(tǒng)時(shí)間值。時(shí)間控制流程如圖4所示。

圖4 時(shí)間控制流程圖

9)通訊狀態(tài)判斷:

任一子系統(tǒng)所有的端口在連續(xù)8次通訊周期內(nèi)內(nèi)生命信號(hào)都沒有變化則輸出該系統(tǒng)與TCMS通訊故障。連續(xù)3次生命信號(hào)有變化輸出通訊正常信號(hào)；

某個(gè)設(shè)備只要有一個(gè)端口通訊故障，就認(rèn)定該設(shè)備通訊故障，該設(shè)備所有端口通訊正常，才認(rèn)定該設(shè)備通訊正常。

TCMS發(fā)送給子系統(tǒng)的生命信號(hào)從0到65535，其每次增加計(jì)數(shù)值的周期為端口的輪詢周期。子系統(tǒng)狀態(tài)判斷流程如圖5所示。

圖5 子系統(tǒng)狀態(tài)判斷流程圖

10)保持制動(dòng)緩解:

以下條件只要有一條滿足則輸出保持制動(dòng)緩解：(1)牽引使能有效，且有效牽引力值大于A=130 kN；(2)牽引使能有效，且列車速度高于1 km/h。

3.1.2 牽引系統(tǒng)

1)總牽引力：VCU計(jì)算4個(gè)動(dòng)車的實(shí)際力之和發(fā)個(gè)DCU。

2)總載荷：VCU計(jì)算8個(gè)車的實(shí)際載荷之和發(fā)個(gè)DCU。

3.1.3 輔助系統(tǒng)監(jiān)控

車輛控制單元(VCU)通過MVB總線向本地牽引單元輔助控制單元傳輸指令信息，同時(shí)輔助控制單元通過MVB總線將輔助系統(tǒng)的狀態(tài)信息、故障信息傳遞給本地車輛控制單元(VCU)，非主控端VCU通過WTB總線將本單元內(nèi)輔助變流器的信息傳遞給主控VCU。從而實(shí)現(xiàn)列車控制與監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)整車輔助系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、診斷和記錄。

3.1.4 制動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)控

制動(dòng)系統(tǒng)控制單元EBCU具有MVB通信功能并連接車輛網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)如下。

1)EBCU與TCMS通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)：

列車控制與監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)控制單元(EBCU)與TCMS系統(tǒng)的通信狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在HMI上進(jìn)行顯示。

2)制動(dòng)指令監(jiān)測(cè)：

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)輸入輸出模塊對(duì)列車施加的制動(dòng)指令進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)及診斷。列車制動(dòng)指令包括：司控器發(fā)出的制動(dòng)指令、ATC發(fā)出的制動(dòng)指令、停放制動(dòng)指令等，并通過車輛總線MVB發(fā)送到本地的VCU，VCU通過邏輯判斷后識(shí)別為列車所要施加的制動(dòng)指令，結(jié)合EBCU反饋的制動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行診斷。

3)制動(dòng)指令傳輸：

司控器發(fā)出的制動(dòng)指令通過硬線發(fā)送給主控車EBCU，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出模塊采集指令信號(hào)至VCU，通過MVB總線和WTB總線傳送至各車的EBCU。EBCU根據(jù)該信號(hào)和硬線信號(hào)對(duì)比后執(zhí)行制動(dòng)命令。車輛行駛過程的制動(dòng)指令施加狀態(tài)如圖6所示。

圖6 制動(dòng)指令施加波形圖

4)主風(fēng)管壓力監(jiān)測(cè)：

制動(dòng)控制單元(EBCU)可以通過壓力傳感器監(jiān)測(cè)主風(fēng)管壓力，通過車輛總線MVB將壓力信息發(fā)送到本地的VCU，VCU通過邏輯判斷將計(jì)算后得到的準(zhǔn)確壓力值傳送至列車總線WTB，最終發(fā)送到顯示屏用于顯示主風(fēng)管壓力。主風(fēng)管壓力波形如圖7所示。

圖7 主風(fēng)管壓力波形圖

5)停放制動(dòng)監(jiān)測(cè)：

當(dāng)停放制動(dòng)施加或緩解時(shí)，停放制動(dòng)缸壓力開關(guān)會(huì)動(dòng)作，停放制動(dòng)壓力開關(guān)控制車輛繼電器，輸入輸出模塊采集停放制動(dòng)環(huán)路繼電器的輔助觸點(diǎn)狀態(tài)，通過車輛總線MVB將信息發(fā)送到本地的VCU；制動(dòng)控制單元同時(shí)通過壓力傳感器監(jiān)測(cè)停放制動(dòng)狀態(tài)，通過車輛總線MVB將停放制動(dòng)是否施加的狀態(tài)發(fā)給VCU。

將牽引手柄推到牽引位，由TCMS檢測(cè)牽引狀態(tài)后，當(dāng)列車速度大于3km/h，通過WTB總線將坡起制動(dòng)緩解指令發(fā)給各車EBCU，EBCU進(jìn)行停放制動(dòng)緩解。行駛過程總的停放制定緩解狀態(tài)波形如圖8所示。

圖8 停放制動(dòng)緩解波形圖

6)制動(dòng)故障檢測(cè)：

當(dāng)EBCU檢測(cè)到制動(dòng)系統(tǒng)工作異常時(shí)，對(duì)產(chǎn)生診斷信息通過車輛總線MVB發(fā)送至本地VCU，VCU將診斷信息發(fā)送至列車總線WTB，形成列車級(jí)診斷信息，顯示屏接收該信息實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示。

3.1.5 空調(diào)監(jiān)控

空調(diào)系統(tǒng)控制單元(VAC)具有MVB通信功能并連接車輛網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)的空調(diào)監(jiān)控項(xiàng)點(diǎn)如下。

1)空調(diào)控制器與TCMS通信狀態(tài)的診斷和顯示：

TCMS監(jiān)視列車所有空調(diào)控制器的狀態(tài)。在某一空調(diào)控制器由于通信故障而離線后，本牽引單元的車輛控制單元(VCU)通過生命信號(hào)判斷出與空調(diào)控制器的通信出現(xiàn)故障，并判斷發(fā)生故障的車輛號(hào)，通過WTB總線將此診斷信息發(fā)送給其它牽引單元的車輛控制單元(VCU)。

2)客室空調(diào)控制：

通過激活端司機(jī)室的顯示器可以將全列客室空調(diào)集控開啟或關(guān)閉工作模式等控制指令通過MVB總線傳遞給本單元的VCU，VCU通過邏輯判斷將客室空調(diào)控制信號(hào)通過MVB傳遞給本單元內(nèi)的客室空調(diào)控制器，同時(shí)主控端VCU通過WTB總線將控制指令發(fā)送給其它牽引單元的VCU，進(jìn)而控制其它牽引單元內(nèi)的客室空調(diào)的啟動(dòng)和關(guān)閉。

3.1.6 煙火報(bào)警

煙火報(bào)警主機(jī)通過MVB總線與TCMS進(jìn)行通信。全車在司機(jī)室、客室、配電柜等區(qū)域設(shè)置煙火報(bào)警探測(cè)器。當(dāng)車輛某部位發(fā)生火警時(shí)，火警信息通過MVB總線發(fā)給本單元的車輛控制單元(VCU)，車輛控制單元將火警信息通過司機(jī)臺(tái)顯示器、機(jī)械師室顯示器及蜂鳴器通知司機(jī)及隨車機(jī)械師。煙火報(bào)警主機(jī)通過MVB總線發(fā)送給VCU，VCU按照故障等級(jí)對(duì)火警系統(tǒng)的診斷信息進(jìn)行報(bào)警和存儲(chǔ)。

VCU收到本網(wǎng)絡(luò)單元FAS報(bào)警后，進(jìn)行預(yù)處理，之后向本單元對(duì)應(yīng)報(bào)警車廂的HVAC發(fā)送報(bào)警信息，控制空調(diào)停機(jī)。

3.2 畫面顯示

1)HMI布置：

每個(gè)司機(jī)室設(shè)置1個(gè)HMI，顯示屏屏幕規(guī)格為10.4寸，分辨率為800*600，操作方式為觸摸式顯示屏，顯示屏內(nèi)置蜂鳴器，出現(xiàn)故障時(shí)鳴動(dòng)報(bào)警。

2)HMI顯示界面：

HMI設(shè)置司機(jī)模式、維護(hù)模式，司機(jī)和檢修人員能觀測(cè)整車運(yùn)行狀態(tài)，或通過顯示屏控制相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如圖9所示。

圖9 HMI各界面關(guān)系圖

3)顯示信息：

HMI主界面內(nèi)容如圖10所示。

圖10 HMI主界面

3.3 故障診斷

車載故障診斷系統(tǒng)是TCMS的一個(gè)重要組成部分，完成車載各部件故障數(shù)據(jù)的采集、顯示功能。故障信息在司機(jī)臺(tái)上通過HMI顯示，并且通過車地?zé)o線系統(tǒng)上傳到地面維修和服務(wù)系統(tǒng)中，供長(zhǎng)期的儲(chǔ)存和深入的地面分析。

診斷功能可以協(xié)助司機(jī)和檢修人員進(jìn)行工作。當(dāng)列車發(fā)生故障，將以顯示器的文本信息和蜂鳴器的嗚叫同時(shí)警示司機(jī)。故障等級(jí)和純文本信息顯示在HMI界面上。此外，故障提示信息可以協(xié)助司機(jī)采取適當(dāng)?shù)牟僮鳎⑹咕S護(hù)人員更容易地查找并解決故障[15]。

3.3.1 故障等級(jí)劃分

TCMS將故障劃分為3個(gè)等級(jí)，如表1所示。

表1 故障等級(jí)劃分

3.3.2 故障信息顯示

歷史故障界面顯示TCMS檢查到的歷史故障列表。此界面信息影響列車運(yùn)行的故障將給出提示，如圖11所示。

圖11 歷史故障界面

3.3.3 故障記錄功能

VCU存儲(chǔ)板實(shí)現(xiàn)故障記錄功能。當(dāng)車載診斷系統(tǒng)診斷出列車故障后，VCU存儲(chǔ)板將對(duì)故障的相關(guān)信息進(jìn)行記錄。通過把診斷信息存儲(chǔ)在診斷系統(tǒng)中且盡可能多的定期預(yù)防性維護(hù)[16]，列車的可用性總是能夠得到提高。VCU存儲(chǔ)板故障記錄功能如表2所示。

表2 VCU存儲(chǔ)板功能

3.3.4 診斷數(shù)據(jù)分析

ERM記錄列車運(yùn)行過程中各子系統(tǒng)發(fā)生的故障情況[17]。PTU使用有線以太網(wǎng)下載存儲(chǔ)于車載事件記錄儀中的列車運(yùn)行參數(shù)和故障數(shù)據(jù)，并通過列車數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，最終以波形或者圖表等易于理解的形式進(jìn)行顯示，用于詳細(xì)的故障分析。

PTU采用SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)下載的列車數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，可以方便的實(shí)現(xiàn)多種檢索、分類、統(tǒng)計(jì)等功能。PTU提供SQL數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出和導(dǎo)入接口，用以實(shí)現(xiàn)列車數(shù)據(jù)的共享、備份和還原功能。

1)在線監(jiān)測(cè)功能：

通過各車廂配置的以太網(wǎng)控制單元，利用定制的PTU軟件，在列車運(yùn)行過程中可對(duì)連接到以太網(wǎng)上的各子系統(tǒng)的狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、故障等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖12所示。

圖12 在線監(jiān)測(cè)列表展示界面

2)數(shù)據(jù)下載分析：

通過PTU下載的故障數(shù)據(jù)，可以通過PTU軟件進(jìn)行解析，以列表的形式進(jìn)行展示，如圖13所示。

圖13 故障信息示意圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1)產(chǎn)品裝車必須滿足列車環(huán)境和電磁兼容實(shí)驗(yàn)要求，到第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行產(chǎn)品型式試驗(yàn)，以確保產(chǎn)品符合裝車要求。電磁兼容測(cè)試波形如圖14所示。

圖14 電磁兼容測(cè)試波形圖

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成后，在實(shí)驗(yàn)室搭建測(cè)試臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品性能、功能等測(cè)試，以及長(zhǎng)時(shí)間通訊考核，從而確保網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品通訊質(zhì)量符合裝車要求。

2)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)會(huì)與列車各子系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議測(cè)試，確保網(wǎng)絡(luò)與各子系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)的正確性。

為了滿足軟件、硬件要求。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)流程，系統(tǒng)進(jìn)行了模塊級(jí)試驗(yàn)、電磁兼容試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、軟件集成試驗(yàn)、軟硬件集成試驗(yàn)、接口試驗(yàn)、車載靜動(dòng)調(diào)試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)預(yù)期。確保了系統(tǒng)裝車后的正常運(yùn)營(yíng)。

5 結(jié)束語

車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為現(xiàn)代城市軌道交通的核心技術(shù)，其功能的先進(jìn)性和可靠性直接影響著車輛的性能與安全[18]。列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、通信領(lǐng)域、控制理論等多學(xué)科的組成[19]。TCN標(biāo)準(zhǔn)已在國(guó)內(nèi)外的城軌項(xiàng)目上廣泛應(yīng)用了20多年[20]。隨著5G通訊、大數(shù)據(jù)、無線傳輸?shù)膽?yīng)用，現(xiàn)有數(shù)據(jù)帶寬已越來越無法滿足使用需求，相信在不久的將來TCN網(wǎng)絡(luò)將迎來一場(chǎng)重要變革，讓我們拭目以待。