成都地鐵4號(hào)線列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

李文正+殷培強(qiáng)+徐磊+張欣萍

摘 要：文章介紹了基于TCN標(biāo)準(zhǔn)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在成都地鐵4號(hào)線上的應(yīng)用，主要包括系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置、關(guān)鍵控制功能、顯示屏界面、圖形化編程軟件、創(chuàng)新設(shè)計(jì)及運(yùn)營情況等，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：成都地鐵；列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；控制邏輯；冗余

中圖分類號(hào)：U284.48 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0018-02

1 概述

成都地鐵4號(hào)線列車未6輛編組B型車，其列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（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(tái)。

2 基于TCN列車網(wǎng)絡(luò)配置

成都地鐵4號(hào)線列車采用4動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多功能車輛總線（MVB-EMD）。

基于TCN標(biāo)準(zhǔn)的列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：

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

每輛車都具有RIOM模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)110V控制電路的主要信號(hào)進(jìn)行采集和控制及模擬量信號(hào)的采集。

Mp1車和Mp2車分別安裝了兩個(gè)互為冗余的中繼器（RPT）模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)MVB信號(hào)的中繼傳輸，保證信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

兩個(gè)人機(jī)接口單元（HMI）分別位于Tc1車和Tc2車，負(fù)責(zé)顯示設(shè)備狀態(tài)和指導(dǎo)司機(jī)操作。

Tc1車和Tc2車各設(shè)置一個(gè)列車數(shù)據(jù)記錄儀（ERM），對(duì)列車主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息進(jìn)行冗余采集和記錄。

列車控制及監(jiān)控系統(tǒng)通過422GW與實(shí)時(shí)無線傳輸系統(tǒng)相連，其他子系統(tǒng)通過MVB接口接入到TCMS系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵功能

3.1 輔逆停機(jī)控制

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

當(dāng)TCMS檢測(cè)到有且僅有一臺(tái)輔逆發(fā)生故障時(shí)，TCMS給故障側(cè)的輔逆發(fā)送停機(jī)指令，故障側(cè)輔逆停機(jī)；當(dāng)兩臺(tái)輔逆同時(shí)故障時(shí)，兩臺(tái)輔逆同時(shí)停機(jī)；當(dāng)兩臺(tái)輔逆均正常工作，但擴(kuò)展供電接觸器處于閉合狀態(tài)時(shí)，為了避免輔逆并網(wǎng)運(yùn)行，TCMS同時(shí)給兩臺(tái)輔逆發(fā)送停機(jī)指令，輔逆停機(jī)后TCMS控制擴(kuò)展供電接觸器斷開，TCMS復(fù)位停機(jī)指令，兩臺(tái)輔逆正常啟動(dòng)。

3.2 擴(kuò)展供電控制

正常工作時(shí)，擴(kuò)展供電接觸器斷開，輔逆給各自半列的供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載供電，前后半列中壓負(fù)載在兩個(gè)電網(wǎng)間平衡分配，一旦一臺(tái)輔逆故障，允許正常的一臺(tái)輔逆為全列的中壓負(fù)載供電，此時(shí)故障側(cè)的輔逆停機(jī)，滿足擴(kuò)展供電接觸器閉合條件時(shí)，TCMS將發(fā)送擴(kuò)展供電接觸器閉合指令，控制擴(kuò)展供電接觸器閉合。

當(dāng)故障側(cè)的輔逆故障解除時(shí)，TCMS復(fù)位擴(kuò)展供電接觸器閉合指令，并停止向輔逆發(fā)送停機(jī)指令，故障側(cè)輔逆恢復(fù)啟動(dòng)，正常工作。

3.3 保持制動(dòng)緩解控制

列車停車時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)將自動(dòng)施加保持制動(dòng)，保證列車處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)列車再次啟動(dòng)時(shí)，需要首先緩解保持制動(dòng)，TCMS結(jié)合牽引力、牽引狀態(tài)、列車速度等條件綜合判斷，當(dāng)滿足車輛啟動(dòng)條件時(shí)，發(fā)送保持制動(dòng)緩解指令，制動(dòng)系統(tǒng)收到保持制動(dòng)緩解指令后緩解保持制動(dòng)，保持制動(dòng)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(tǒng)顯示屏界面

成都地鐵4號(hào)線顯示屏界面的操作流程主要分為運(yùn)行模式和檢修模式，運(yùn)行模式主要面向的對(duì)象是司乘人員，主要的內(nèi)容是車輛運(yùn)行相關(guān)的狀態(tài)信息和空調(diào)等運(yùn)行相關(guān)的信息顯示和設(shè)定；檢修模式主要面向的對(duì)象是檢修維護(hù)人員，主要的內(nèi)容是車輛技術(shù)參數(shù)的設(shè)定，試驗(yàn)和檢修維護(hù)相關(guān)信息的顯示和設(shè)定。

5 圖形化編程軟件

目前國內(nèi)復(fù)雜控制軟件的開發(fā)主要借助于圖形化開發(fā)軟件，包括OpenPCS、ISAGraph等，這些的使用都有針對(duì)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(tǒng)和操作系統(tǒng)。

四方所基于目前列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制需求及編程條件，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)Simulink功能模塊庫，通過這些模塊庫可以將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制算法及邏輯以簡(jiǎn)單搭建模塊的形式實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)清晰、可操作性強(qiáng)、易維護(hù)、高效率等特點(diǎn)。

圖2是基于Simulink實(shí)現(xiàn)的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及開發(fā)界面。

6 系統(tǒng)優(yōu)化及創(chuàng)新

成都地鐵4號(hào)線列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)針對(duì)招標(biāo)文件的特殊要求，進(jìn)行了分析論證，并進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

6.1 頭尾車冗余RIOM設(shè)計(jì)

頭尾車各配置兩臺(tái)冗余的RIOM模塊，對(duì)影響車輛運(yùn)營的關(guān)鍵硬線信號(hào)進(jìn)行冗余采集/輸出，主要包括：司機(jī)室激活信號(hào)、方向信號(hào)、牽引制動(dòng)指令、空壓機(jī)狀態(tài)監(jiān)視、空壓機(jī)啟動(dòng)指令、TCMS正常指示、司控器級(jí)位信號(hào)等。

冗余采集的目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)其中一個(gè)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(yùn)營。

6.2 冗余RS422接口設(shè)計(jì)

成都地鐵4號(hào)線列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過422GW（RS422轉(zhuǎn)MVB網(wǎng)關(guān)）與無線實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)進(jìn)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(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以通過RS422通道對(duì)列車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，監(jiān)控列車的運(yùn)行狀態(tài)。

422GW采用雙冗余設(shè)計(jì)，頭尾車各配置一臺(tái)422GW，兩臺(tái)422GW同時(shí)上傳車輛故障信息；同時(shí)422GW自身的RS422接口也是冗余的，同一時(shí)刻其中一個(gè)RS422接口為主，負(fù)責(zé)與RAD通信，另一個(gè)RS422接口處于熱備狀態(tài)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主RS422接口的工作狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到主RS422接口通信丟失后自動(dòng)切換到從RS422接口與RAD系統(tǒng)繼續(xù)通信，最大程度上保證數(shù)據(jù)不丟失。

7 結(jié)束語

成都地鐵號(hào)線自2015年12月31日正式開通運(yùn)營以來，運(yùn)營情況表明：成都地鐵4號(hào)線列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)硬件性能滿足系統(tǒng)功能需求，系統(tǒng)軟件可靠性、穩(wěn)定性滿足列車運(yùn)營要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙磊.北京地鐵7號(hào)線列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[J].城市軌道交通研究，2014（5）：109-114.

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