動車組列車控制管理系統(tǒng)簡述

摘要：介紹了動車組列車控制管理系統(tǒng)的基本構(gòu)成以及主要功能，闡述了動車組列車控制管理系統(tǒng)的冗余設(shè)計要點，為動車組列車控制管理系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：動車組;列車控制管理系統(tǒng);TC CCU;TDS CCU

0 引言

列車控制管理系統(tǒng)（TCMS）是用于控制、監(jiān)督和管理列車及各子系統(tǒng)的分布式電腦系統(tǒng)，可直接或間接地通過離散的輸入輸出單元（MIO）監(jiān)控隨車系統(tǒng)以及與列車通信網(wǎng)絡(luò)連接的子系統(tǒng)。TCMS系統(tǒng)由帶車輛控制應(yīng)用軟件的智能硬件裝置組成，它通過列車控制網(wǎng)絡(luò)（TCN）實施控制和監(jiān)管功能;TCMS系統(tǒng)為列車及其子系統(tǒng)主要提供以下功能：網(wǎng)絡(luò)通信功能、控制功能、監(jiān)測功能、診斷功能、可視化功能、遠程數(shù)據(jù)傳輸功能。

TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制如圖1所示。

TCMS系統(tǒng)的優(yōu)勢：（1）可以降低動車運行成本;（2）系統(tǒng)整合容易，安裝簡單，可以快速被動車組工作人員所掌握;（3）系統(tǒng)所用材料少;（4）動車組可以根據(jù)運行需求，進行TCMS系統(tǒng)功能的變更與添加，提高了動車組運行操作的便捷性;（5）重量輕;（6）系統(tǒng)可靠性強，可保障動車組的安全運行。

TC CCU（控制系統(tǒng)）和TDS CCU（診斷系統(tǒng)）是TCMS系統(tǒng)的重要組成部分，二者可以根據(jù)不同的設(shè)計需求設(shè)計不同的系統(tǒng)功能，TC CCU是負責控制列車運行中各種數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，既負責整合車輛車載設(shè)備信息，又控制動車組各系統(tǒng)的運行模式。TDS CCU對動車組各系統(tǒng)的運行進行監(jiān)控，并進行系統(tǒng)故障診斷，提高了動車組運行的可靠性、安全性，保障了動車組列車運行的穩(wěn)定性。TC CCU和TDS CCU具有平臺分割機制，可以為動車組提供安全保障、操作保障與舒適度保障。安全保障是指TC CCU和TDS CCU可以提高整個動車運行安全水平，例如通過控制或監(jiān)視功能，對動車組的運行進行控制與監(jiān)視，保障動車組的安全運行。操作保障是指通過控制功能、車載設(shè)備監(jiān)視功能以及相關(guān)的輔助功能，保障動車組操作的科學化與便捷化。舒適度保障是指在有需要時通過控制車輛所有非關(guān)鍵功能、車輛診斷功能、車載車輛管理功能以及相關(guān)輔助功能，為動車組運行提供更多的便利，提升乘客的舒適度。

1 列車控制管理系統(tǒng)的基本構(gòu)成

動車組列車控制管理系統(tǒng)由GW（網(wǎng)關(guān)）、CCU-O（車輛控制器-控制）、CCU-D（車輛控制器-診斷）、HMI（人機顯示屏）、MIO（I/O單元）等控制設(shè)備組成。

2 列車控制管理系統(tǒng)的控制和診斷功能

2.1? ? CCU網(wǎng)絡(luò)管理

CCU是用來實施列車控制的主要元件，它通過列車MVB網(wǎng)絡(luò)來對本單元組的各個系統(tǒng)進行控制和監(jiān)視。每個列車基本單元都配備一個冗余中央計算單元運行系統(tǒng)，起到控制和監(jiān)測的作用。每輛動車在運行過程中，每輛端車的司機室內(nèi)都有2個CCU，即每個牽引單元有2個CCU，其中一個CCU在主方式下工作，另一個CCU在從方式下工作，負責對整輛列車的網(wǎng)絡(luò)控制，對動車組運行進行嚴密監(jiān)督，保證動車組運行的安全、穩(wěn)定性。

2.2? ? 供電系統(tǒng)控制

TCMS系統(tǒng)對高壓系統(tǒng)的控制包括：控制受電弓升降，控制主斷路器、主變壓器、牽引變流器以及輔助變流器等供電設(shè)備的工作，并監(jiān)視它們的工作狀態(tài)。例如，電力動車組分為直流電動車和交流電動車，動車組上的電能來自于軌道上方的電網(wǎng)，即接觸網(wǎng)，一般采用25 kV、50 Hz的單相交流電。動車組通過其車頂?shù)氖茈姽瓕㈦娏鱾鬟f到動車組牽引系統(tǒng)，再經(jīng)過變流器將25 kV、50 Hz的單相交流電變換成合適的電壓為動車組提供動力，并為輔助供電系統(tǒng)供電。運用TCMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對動車組進行控制，可以實現(xiàn)動車特性控制、邏輯控制、故障監(jiān)視和自我診斷功能，并將信息傳送到司機操縱臺的微機顯示屏上，直觀顯示動車運行狀態(tài)，使司機可以全面了解動車組運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)并處理動車組在運行過程中出現(xiàn)的問題，保證動車組供電系統(tǒng)的可控性。

2.3? ? 車載電源控制

TCMS系統(tǒng)對直流充電機和蓄電池的運行狀態(tài)進行控制和監(jiān)測，并通過網(wǎng)絡(luò)對充電機和蓄電池發(fā)出控制命令，監(jiān)視它們的運行狀態(tài)。

2.4? ? 牽引控制

TCMS系統(tǒng)通過與牽引系統(tǒng)控制器通信，向牽引系統(tǒng)發(fā)出控制命令，并監(jiān)視牽引系統(tǒng)各設(shè)備的工作狀態(tài)，記錄并顯示牽引系統(tǒng)發(fā)生的故障。

2.5? ? 制動控制

TCMS系統(tǒng)通過與制動系統(tǒng)控制器通信，向制動系統(tǒng)發(fā)出制動力需求控制命令，監(jiān)視制動系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，記錄并顯示制動系統(tǒng)發(fā)生的故障。

2.6? ? 塞拉門控制

TCMS系統(tǒng)通過與塞拉門系統(tǒng)控制器通信，向塞拉門系統(tǒng)發(fā)出開關(guān)門指令，并監(jiān)視各個塞拉門的工作狀態(tài)，記錄并顯示塞拉門系統(tǒng)發(fā)生的故障。

2.7? ? 空調(diào)控制

TCMS系統(tǒng)通過與空調(diào)系統(tǒng)控制器通信，向空調(diào)系統(tǒng)發(fā)出工作模式指令，使空調(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)指令運行在相應(yīng)的工作模式;同時，監(jiān)視空調(diào)系統(tǒng)部件的工作狀態(tài)，記錄并顯示空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生的故障。

2.8? ? 診斷功能

TCMS系統(tǒng)可以通過診斷控制器來診斷和記錄車輛故障。診斷控制器和TCMS系統(tǒng)互相通信交換數(shù)據(jù)，并通過HMI（人機顯示屏）顯示，可以通過本地下載和遠程傳輸?shù)姆绞桨研畔鬟f到服務(wù)器內(nèi)，方便對故障的查找和分析。

3 高速動車組列車控制管理系統(tǒng)的冗余設(shè)計

為了滿足動車組的高速運行需求，國內(nèi)高速動車組TCMS系統(tǒng)的控制設(shè)備使用了雙網(wǎng)關(guān)、雙HMI、雙中央控制處理器，關(guān)鍵數(shù)字輸入/輸出單元模塊也做了雙備份。

當列車運行時，每種網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備都處于工作狀態(tài)，雙備份的網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備一個處于主控狀態(tài)，另一個處于熱備狀態(tài);處于主控狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備，對列車以及子系統(tǒng)發(fā)出工作指令，并對列車的運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)處理;處于熱備狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備，對列車的指令和運行狀態(tài)只監(jiān)不控;當主控設(shè)備發(fā)生故障時，處于熱備狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會立刻接管列車的控制權(quán)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹骺貭顟B(tài)。

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的雙備份冗余設(shè)計理念，確保了動車組可以安全、高效、可靠地運行在祖國的大江南北，不會因為其中一個網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備發(fā)生故障而影響動車的正常運行，為動車組的高速、安全、可靠運行提供了技術(shù)保障。

4 結(jié)語

列車控制管理系統(tǒng)主要負責傳輸列車控制指令，監(jiān)視列車運行狀態(tài)以及診斷列車故障，是保證列車正常運行不可或缺的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，為動車組運行提供了更多的便利，提升了乘客的舒適度。

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收稿日期：2020-07-07

作者簡介：王帆（1999—），女，河北唐山人，研究方向：機電工程領(lǐng)域的自動化控制、機械人測控。