淺談地鐵車輛TCMS系統(tǒng)

廖文彬

摘要：地鐵車輛TCMS類似于車輛的神經(jīng)系統(tǒng)，對各個子系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)與故障數(shù)據(jù)通過主控制單元傳輸?shù)剿緳C(jī)室的顯示屏并記錄下來，讓司機(jī)了解及掌握車輛的運(yùn)行狀況，以及供維護(hù)人員分析維修。本文根據(jù)多年工作實(shí)踐，對地鐵車輛的TCMS系統(tǒng)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;TCMS

前言

某地鐵車輛TCMS系統(tǒng)自已設(shè)計(jì)，硬件由車輛廠家提供。車輛由之前的6輛編組擴(kuò)為8輛。之前在TCMS架構(gòu)不變的原則已預(yù)留了8輛編組的接口。以下就TCMS設(shè)備進(jìn)行介紹。

一、系統(tǒng)配置

由圖1可見，車輛除ATC之外所有的控制器都是通過MVBB.EMD通信接口接入MVB網(wǎng)絡(luò)。其它牽引控制、車門、信號等系統(tǒng)均有硬線接口，這樣方便TCMS出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行緊急牽引操作。

圖1? TCMS系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

二、TCMS設(shè)備介紹

（一）中央控制單元（CCu）

CCU作為TCMS的中央控制單元，管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有車輛運(yùn)行控制、監(jiān)視以及MVB總線通信調(diào)度功能，因此，每輛帶司機(jī)室的拖車（Tc）的司機(jī)室電氣柜中都有1臺CCU。在正常運(yùn)行情況下，其中1臺CCU為主控制設(shè)備，另1臺為備用設(shè)備，備用設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)視主控制設(shè)備狀態(tài);當(dāng)主控制設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，備用設(shè)備將代替主控制設(shè)備行使中央控制單元的功能，以保障整個地鐵車輛網(wǎng)絡(luò)正常工作;2臺設(shè)備切換時(shí)間小于2 s，不影響系統(tǒng)正常工作，不影響地鐵車輛正常運(yùn)營。

（二）司機(jī)室人機(jī)接口（HMI）

每輛Tc車司機(jī)臺上均安裝HMI，通過總線獲取車輛設(shè)備信息，實(shí)時(shí)顯示車輛參數(shù)、以及車輛故障信息，可供維護(hù)人員監(jiān)視及操作的人機(jī)接口，人機(jī)接口還可作為部分車輛參數(shù)的輸入接口，可以設(shè)置時(shí)間、車次、輪徑等參數(shù)。

（三）車輛數(shù)據(jù)及事件記錄器（ERM）

ERM是地鐵車輛信息采集和記錄的關(guān)鍵設(shè)備，位于司機(jī)室電氣柜中，以滾動存儲的方式保存數(shù)據(jù)（先進(jìn)先出的原則FIFo）。在正常情況下，2臺ERM同時(shí)工作，互為備份，記錄主CCU收發(fā)的重要數(shù)據(jù)以及MVB總線上的故障信息。

（四）遠(yuǎn)程輸入輸出模塊（RIOM）

RIoM備安裝在每輛車的電氣控制柜內(nèi)。遠(yuǎn)程輸入輸出模塊完成地鐵車輛各種數(shù)字量信號采集、數(shù)字量開關(guān)信號輸出、模擬量信號采集等工作。其中，模擬量PWM、電壓、電流采集范圍可以根據(jù)外部負(fù)載的變化進(jìn)行配置，滿足車輛整體設(shè)計(jì)要求。

RIOM數(shù)量可進(jìn)行靈活配置，在滿足車輛整體原理設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，預(yù)留了部分設(shè)計(jì)余量，充分滿足后續(xù)功能擴(kuò)展的需求。

（五）中繼器（RPT）

中繼器是滿足IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，是冗余管理的MVB—EMD中繼設(shè)備，為地鐵車輛網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性提供了保障。中繼器可以通過接收到的數(shù)據(jù)幀識別數(shù)據(jù)傳輸方向，將數(shù)據(jù)幀從一個網(wǎng)段中繼傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)段。

RPT的主要功能有：MVB信號再生及放大傳輸;偵測網(wǎng)絡(luò)上的信號沖突并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

三、TCMS關(guān)鍵功能介紹

TCMS通過系統(tǒng)各硬件設(shè)備以及CCu軟件邏輯實(shí)現(xiàn)對地鐵車輛的控制及監(jiān)視功能，其主要控制功能有：牽引制動指令控制、牽引制動力設(shè)定值控制、牽引母線高速斷路器BHB/BLB閉合控制、擴(kuò)展供電接觸器閉合控制、保持制動緩解指令控制、電制動指令控制。

（一）牽引母線高速斷路器閉合控制

對于第三軌受流的地鐵車輛牽引系統(tǒng)，每個動力單元之間的牽引母線在庫內(nèi)停車時(shí)需要斷開，當(dāng)?shù)罔F車輛進(jìn)入到正線運(yùn)營時(shí)，需要將牽引母線貫通，使每個動力單元的電力供應(yīng)在地鐵車輛通過斷電區(qū)時(shí)不會中斷。對于高速斷路器的控制難度在于精確地閉合指令時(shí)長控制、閉合次數(shù)限制、異常動作保護(hù)以及故障復(fù)位等。

TCMS接收到司機(jī)發(fā)出的閉合指令后，綜合判斷速度、車輛運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)后，作出允許閉合或者禁止閉合指令，并將該指令發(fā)送給RIoM的DO模塊，最終控制斷路器閉合、斷開。

（二）擴(kuò)展供電接觸器閉合控制

地鐵車輛的兩套輔助電源系統(tǒng)為整車的中、低壓負(fù)載提供工作電源，在正常情況下，兩套輔助電源系統(tǒng)同時(shí)工作，分別為本單元車輛的中、低壓負(fù)載供電。當(dāng)其中一套輔助電源系統(tǒng)工作異常時(shí)，另外一套正常工作的輔助電源系統(tǒng)對另半車輛進(jìn)行擴(kuò)展供電，承擔(dān)起整地鐵車輛的中、低壓負(fù)載供電。在進(jìn)行擴(kuò)展供電之前，首先要將全車輛的中、低壓負(fù)載進(jìn)行減半處理，確認(rèn)其處于半載運(yùn)行模式或者功耗低于半載的其他運(yùn)行模式后，進(jìn)行擴(kuò)展供電。當(dāng)故障的輔助電源系統(tǒng)恢復(fù)正常后，需要撤銷擴(kuò)展供電指令、撤銷減載指令，恢復(fù)正常供電狀態(tài)。

在擴(kuò)展供電動作中，輔助電源系統(tǒng)故障判斷、減載指令發(fā)出撤銷、減載狀態(tài)確認(rèn)以及接觸器閉合斷開動作，都是由TCMS的CCU在其軟件邏輯中實(shí)現(xiàn)的。

（三）保持制動緩解指令控制

當(dāng)?shù)罔F車輛停車時(shí)，制動系統(tǒng)會自動施加保持制動以確保地鐵車輛靜止;當(dāng)車輛再次啟動時(shí)，應(yīng)首先緩解保持制動，TCMS的CCu根據(jù)牽引系統(tǒng)的牽引狀態(tài)以及牽引力大小進(jìn)行綜合判斷，如果滿足起車條件，將向制動系統(tǒng)發(fā)出緩解保持制動指令，避免坡道溜車以及車輛在閘瓦未釋放的情況下啟動，造成閘瓦過度磨耗。

四、TCMS顯顯示屏界面介紹

TCMS顯示屏界面采用QtCreator 4.7軟件工具進(jìn)行開發(fā)，界面共126個，界面共分3級，如圖2所示。

圖2? HMI主要界面分級框圖

界面設(shè)計(jì)風(fēng)格簡潔、直觀，顯示信息量大，在“運(yùn)行”界面中，主要顯示了地鐵車輛運(yùn)行的各種參數(shù)，便于司機(jī)對車輛的操控以及對關(guān)鍵系統(tǒng)狀態(tài)的掌握。在“運(yùn)行”界面中，上部為車輛狀態(tài)欄，中部為主信息顯示區(qū)，下部為導(dǎo)航按鈕區(qū)。在“網(wǎng)絡(luò)”界面中，主要顯示了TCMS的通信狀態(tài)，便于檢修、維護(hù)人員對TCMS的調(diào)試及維護(hù)。在“網(wǎng)絡(luò)”界面中，綠色的設(shè)備表示設(shè)備通信正常或者該設(shè)備為主設(shè)備，黃色的設(shè)備表示設(shè)備通信正常且為從設(shè)備，紅色的設(shè)備表示設(shè)備通信異常。

五、TCMS的控制邏輯

TCMS的控制邏輯設(shè)計(jì)是在硬線控制邏輯的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，兩者相互配合，實(shí)現(xiàn)整車控制功能?？刂七壿嬮_發(fā)流程按照EN 50128執(zhí)行，開發(fā)工具采用Simulink。針對TCMS的功能需求，設(shè)計(jì)開發(fā)了專用的功能模塊庫，具有很大的開放性，使用靈活、便于集成。另外，控制邏輯采用分級、模塊化設(shè)計(jì)，易于設(shè)計(jì)和維護(hù)，如圖3所示。

圖3? 邏輯開發(fā)流程圖

六、結(jié)束語

綜上TMCS系統(tǒng)介紹并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對MVB—EMD一致性測試;通信協(xié)議功能測試;地面聯(lián)調(diào)等進(jìn)行了試驗(yàn)，總體符合要求，但是安全及可靠性有待運(yùn)營后驗(yàn)證。