基于列車網(wǎng)絡系統(tǒng)的地鐵列車受電弓控制設計

張軍賢 楊 偉 黃 濤

（南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司智能產(chǎn)品研發(fā)部，210031，南京∥第一作者，工程師）

受電弓是從接觸網(wǎng)吸取電流供動車使用的一種受流裝置，通過絕緣子安裝在首尾兩節(jié)動車車頂。其升降控制系統(tǒng)采用列車硬連線。

網(wǎng)絡控制技術作為現(xiàn)代列車的關鍵技術，在世界范圍內(nèi)得到了越來越廣泛的應用。隨著網(wǎng)絡通信領域的迅速發(fā)展及列車控制與監(jiān)控系統(tǒng)的不斷成熟，采用網(wǎng)絡控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬線控制已成為一種趨勢。

本文提出的采用列車網(wǎng)絡系統(tǒng)控制軟件控制受電弓升降的設計方案，不需要車輛做任何的輔助控制，整個受電弓升降控制和帶載診斷均在列車網(wǎng)絡系統(tǒng)中實現(xiàn)，受電弓系統(tǒng)只需要根據(jù)網(wǎng)絡發(fā)送的升降指令進行升降保護及操作即可。

1 受電弓控制功能需求

典型6節(jié)編組的地鐵列車通常有前弓和后弓兩組受電弓。車輛對受電弓的控制主要有升前弓、升后弓、升雙弓、升單弓降另外一個弓、降雙弓以及強制降弓等功能。任意時刻，降弓指令信號優(yōu)先于升弓指令信號。升前弓、升后弓、升雙弓，降雙弓等操作命令可通過列車司機臺按鈕或司機顯示屏發(fā)出。當列車出現(xiàn)緊急制動、列車需要進入休眠狀態(tài)或列車轉(zhuǎn)換采用車間電源供電時，需要人為提前降弓或控制系統(tǒng)進行強制降弓。

升降弓指令除發(fā)給受電弓控制單元外，同時被牽引、輔助及列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)監(jiān)視。牽引輔助監(jiān)視降弓指令，用于牽引／輔助變流器做好關機準備。列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)監(jiān)視升降弓指令及受電弓等的位置，用于記錄及顯示等。

2 控制方案設計

本方案采用列車網(wǎng)絡系統(tǒng)控制軟件進行受電弓升降的控制。受電弓升降命令通過操作司機顯示屏上的升降控制按鈕發(fā)出，通過司機顯示單元傳輸?shù)搅熊嚲W(wǎng)絡系統(tǒng)的中央控制單元；中央控制單元結合相關系統(tǒng)設備狀態(tài)等進行邏輯診斷，發(fā)出相應的升降控制指令到受電弓控制系統(tǒng)及牽引輔助系統(tǒng)，來控制受電弓的升降。

受電弓升降控制邏輯如圖1所示。

圖1 受電弓升降邏輯控制圖

（1）在司機顯示單元上進行受電弓升降的操作，若定義列車網(wǎng)絡系統(tǒng)中央控制單元（VCU）程序不實現(xiàn)升降弓控制邏輯，則通過列車網(wǎng)絡系統(tǒng)的遠程輸入輸出模塊RIOM 傳輸該指令到受電弓控制系統(tǒng)，由受電弓系統(tǒng)自己判斷是否進行升降弓。

（2）若VCU 參與升降弓控制，則 VCU 先判斷緊急制動按鈕或列車睡眠繼電器或車間電源或備用的條件變量（供條件擴展）是否激活；如果激活，則通知所有的牽引及輔助設備做好關機準備，并通知受電弓控制單元延時2 s強制降所有弓。

（3）如果車輛需要升單弓并降另外一個弓，則司機控制單元DDU 根據(jù)升單弓的指令，強制另一個弓的降弓指令為1；VCU 通知受電弓控制單元升該弓，延時2 s強制降另外一個弓，并通知相關牽引設備做好關機準備。

（4）如果緊急制動按鈕、列車睡眠繼電器、車間電源、備用的條件變量都沒有激活，則VCU 判斷本地降弓指令是否激活；若激活，則通知本地牽引設備做好關機準備，并延時2 s通知本地受電弓控制單元執(zhí)行降弓操作。VCU 同時判斷遠端降弓指令是否激活，若激活，通知所有輔助設備做好關機準備并延時2 s執(zhí)行遠端降弓。若遠端降弓指令沒有激活，則不另外執(zhí)行操作。

（5）若本地降弓指令沒有激活，則VCU 判斷本地升弓指令是否激活。若沒有激活，則不執(zhí)行升降弓操作；若激活，VCU 同時判斷列車上任意ACE（列車輔助設備）交流接觸器是否閉合。若ACE 交流接觸器沒有閉合，則執(zhí)行本地升弓操作；若有任意一個ACE的交流接觸器閉合，再看列車是否有高壓存在。若有高壓存在，執(zhí)行本地升弓操作；若列車沒有高壓存在，則不執(zhí)行本地升弓操作，并在DDU（司機顯示單元）上顯示“可能帶載升弓！”。

升降遠端弓與升降本地弓的控制流程相同，具體參見圖1。

3 軟件模塊化設計

受電弓升降控制邏輯在軟件中可設計為以下5個功能模塊：①受電弓控制指令傳輸，包括2個子模塊，分別為子模塊1（DDU 傳輸升降弓指令到VCU）和子模塊2（VCU 不參與控制，僅傳輸升降弓指令到受電弓控制系統(tǒng)）；②強制降弓；③升單弓并降另一個弓；④是否帶載升弓診斷；⑤受電弓升降控制。5個模塊分別對應圖1中的1～5。

5個模塊中，模塊3設計在列車網(wǎng)絡系統(tǒng)司機顯示單元上做控制，其它模塊功能全部在主控制單元中實現(xiàn)。所有模塊獨立設計，可根據(jù)不同項目功能需求進行調(diào)用。如：列車網(wǎng)絡系統(tǒng)只傳輸受電弓控制指令而不參與受電弓升降控制，則調(diào)用模塊1；若只判斷是否帶載升弓，則調(diào)用模塊1的子模塊1和模塊4；若需要對受電弓的升降進行控制，可調(diào)用模塊1的子模塊1和模塊2、4、5；若控制受電弓的升降并需具備升單弓時強制降另外一個弓的功能，則調(diào)用模塊1的子模塊1及模塊2～5。

5個模塊的代碼設計略。

模塊化設計對于不同需求的應用非常靈活，且模塊修改方便，單獨功能的變化不會影響其它功能模塊的變化，可有效提高設計效率和軟件的易維護性、可靠性。

4 測試驗證

根據(jù)測試規(guī)范，采用AutoTest自動化測試軟件，通過OPC（過程控制的對象連接與嵌入）接口訪問待測模塊的數(shù)據(jù)。OPC 通過軟件模擬待測模塊的輸入輸出信號，并通過可視化界面直接獲取測試結果。圖2為可視化界面輸出的部分測試結果。

圖2 可視化界面輸出的部分測試結果

5 結語

利用列車網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件控制受電弓升降的方案可減少利用列車硬線控制所產(chǎn)生的制造成本、布線、電磁兼容等帶來的麻煩，且設計靈活性大，使得后期的控制功能升級、維護等非常方便。該控制軟件已經(jīng)通過自動化測試軟件的測試，并在列車網(wǎng)絡系統(tǒng)試驗平臺上得到了功能驗證，具有軟件控制邏輯嚴密、模塊設計靈活、可靠性和維護性高等優(yōu)點，能很好地滿足車輛及用戶的要求。

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