朱紅崗,張哲瑞

（日立永濟電氣設(shè)備(西安)有限公司技術(shù)中心,710018）

基于TCMS的列車智能化研究

朱紅崗,張哲瑞

（日立永濟電氣設(shè)備(西安)有限公司技術(shù)中心,710018）

針對基于列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）的列車智能化研究，本文給出了TCMS智能系統(tǒng)框架，介紹了TCMS數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）的數(shù)據(jù)傳輸、車輛段服務(wù)器數(shù)據(jù)接收和上位機軟件開發(fā)，實現(xiàn)了TCMS系統(tǒng)對車載子系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的遠程監(jiān)控，達到了通信的良好性能。

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸單元；車載子系統(tǒng)；遠程監(jiān)控

0 引言

隨著國內(nèi)城市軌道交通的迅速發(fā)展，地鐵、輕軌、低地板車等列車大規(guī)模運營，由于城軌車輛集機械、自動控制和信息處理等于一體，對于列車車載子系統(tǒng)的維護，業(yè)主采用的方式是列車入庫后對子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)人工下載，這種方式浪費人力、物力，自動化程度較低。因此，列車維護的智能化是一個可行的研究方向，其中，列車網(wǎng)絡(luò)控制與管理系統(tǒng)（TCMS）的智能化是研究的熱點。

1 TCMS智能系統(tǒng)框架

地鐵車輛的車載子系統(tǒng)一般包括：列車自動控制系統(tǒng)（ATO）、牽引電傳動系統(tǒng)（VVVF）、輔助供電系統(tǒng)（APS）、TCMS系統(tǒng)、制動裝置、空調(diào)、車門、乘客廣播（PA）裝置、乘客信息系統(tǒng)（PIS）、火災(zāi)（FAS）裝置。TCMS系統(tǒng)作為列車的“大腦”及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，負責與列車其他子系統(tǒng)之間的信息傳輸、控制、故障判斷及處理提示等邏輯處理，在列車運營及維護階段承擔著至關(guān)重要的作用。TCMS智能系統(tǒng)框架設(shè)計采用客戶端/服務(wù)器（C/S）模式，車輛段系統(tǒng)作為服務(wù)器端，車載TCMS系統(tǒng)作為客戶端，TCMS系統(tǒng)通過LTE網(wǎng)絡(luò)將列車網(wǎng)絡(luò)中子系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送至地鐵車輛段服務(wù)器，在服務(wù)器端搭載地鐵車輛維護上位機軟件，通過該軟件實現(xiàn)對車載子系統(tǒng)設(shè)備的實時監(jiān)控、故障的存儲和分類、實驗數(shù)據(jù)獲取，并能打印相應(yīng)子系統(tǒng)設(shè)備信息。具體實現(xiàn)框架如圖1.1所示。

圖1.1 TCMS智能系統(tǒng)框架

2 TCMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送

TCMS系統(tǒng)中主要包含以下設(shè)備：中央處理單元（CCU）、遠程輸入輸出單元（RIOM）、人機交互單元（HMI）、事件記錄儀（ER）和中繼器（REP）等。本文基于CCU設(shè)備實現(xiàn)串行通信，將其他子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）中，使用接口函數(shù)initSerial ()來完成基于RS485串行通信初始化，具體函數(shù)定義如下：

initSerial (char *port, int protocol, int line, int Encoding, int speed, int Length, int stopBits, int parity)

其中*port是指串行接口通道數(shù)，共3路，’’/dev/sccX”(X=1,3,4)；protocol是指通信協(xié)議，包括HDLC和UART兩種；line是指物理層傳輸介質(zhì)，包括RS485和RS232兩種；Encoding是指數(shù)據(jù)鏈路層編碼方式，包括NRZ、NRZI、FM0、MANCHESTER和DIFF_MANCHESTER五種編碼方式；speed是指通信速率，對于HDLC通信最大支持500kbps，對于UART通信最大支持115.2kbps；Length是指數(shù)據(jù)位數(shù)大小，包括5位、6位、7位、8位四種；stopBits是指停止位數(shù)，包含1位、2位兩種；parity是指校驗位，有奇、偶、高、低四種校驗方式。

3 DTU數(shù)據(jù)傳輸

本文中TCMS系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的通信為基于HDLC的RS485通信，通信速率最高為38.4kbps，TCMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是MVB，最高達1.5Mbps，LTE新一代移動網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸速率高，其通信速率達100Mbps，用LTE網(wǎng)絡(luò)來傳輸TCMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，帶寬足夠大。DTU設(shè)備作為LTE網(wǎng)絡(luò)的運行載體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。

DTU上電后進行自檢和初始化配置，待自檢通過和配置成功后，DTU通過CCU接收車載子系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)通過內(nèi)部集成的TCP/IP協(xié)議棧打包，使用LTE網(wǎng)絡(luò)下的GPRS通信進行數(shù)據(jù)可靠傳輸，將其發(fā)送至車輛段服務(wù)器上。DTU內(nèi)部每發(fā)送1個指令，數(shù)據(jù)透明傳輸模塊接收并執(zhí)行，并將其執(zhí)行狀態(tài)返回，如果超過2s沒有收到數(shù)據(jù)透明傳輸模塊的回復，則對其進行復位，避免進入死循環(huán)狀態(tài)。

4 車輛段服務(wù)器數(shù)據(jù)接收

數(shù)據(jù)接收服務(wù)器位于地鐵車輛段中，主要接收從TCMS系統(tǒng)中傳輸?shù)能囕v各子系統(tǒng)的設(shè)備信息、故障狀態(tài)以及實驗結(jié)果等信息。

本文在服務(wù)端建立Socket通信，建立數(shù)據(jù)接收進程。服務(wù)端Socket偵聽主要分以下幾個步驟：創(chuàng)建IP實例，獲取車輛DTU設(shè)備IP地址，端口，用于Socket偵聽時綁定；創(chuàng)建套接字，建立一個面向連接(TCP)的Socket；將已經(jīng)創(chuàng)建的套接字與IP實例進行綁定；設(shè)置套接字為接收模式；在套接字上接收接入的連接，一旦接收到一個連接后，就新建一個線程，來實現(xiàn)信息的發(fā)送和接收；在套接字上接收DTU設(shè)備發(fā)送的信息。

5 服務(wù)器端上位機軟件開發(fā)

LabVIEW 是一款強大的上位機開發(fā)軟件，在數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制等領(lǐng)域有著廣泛用途，它使用靈活，完成對數(shù)據(jù)的接收、處理、分析、存儲、顯示等功能。同時具備串行通信、TCP/IP、UDP、HTTP、藍牙、紅外線等多種標準通信協(xié)議驅(qū)動及接口庫函數(shù)，ADO數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)實現(xiàn)了大容量數(shù)據(jù)存儲，功能十分完善。

Labview上位機軟件總體設(shè)計流程圖，分為以下流程：創(chuàng)建TCP偵聽，打開TCP鏈接；讀取TCP數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分離，并對分離后的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解析，包括子系統(tǒng)ID，設(shè)備ID，設(shè)備狀態(tài)、故障信息、實驗結(jié)果等信息；對子系統(tǒng)設(shè)備信息就行打印輸出；關(guān)閉TCP鏈接。

按照設(shè)計流程，完成TCMS系統(tǒng)與其他車載子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)處理。以TCMS與輔助供電系統(tǒng)（APS）之間的數(shù)據(jù)輸出為例進行說明，如圖5.1所示。在圖中可以看出：子系統(tǒng)為APS；設(shè)備為4臺：分別位于2、3、4、5車，設(shè)備狀態(tài)為16字節(jié)，并做了包括電壓、電流、頻率等在內(nèi)的部分數(shù)據(jù)解析功能；故障信息能準確、清晰獲?。粚嶒灲Y(jié)果為：空級測試和加電測試完成。

圖5.1 APS設(shè)備遠程監(jiān)控

6 結(jié)語

本文實現(xiàn)了通過在TCMS系統(tǒng)中CCU設(shè)備上搭載DTU，DTU與車載子系統(tǒng)之間通過CCU進行 RS485通信的數(shù)據(jù)交互。DTU運行后注冊到無線GPRS網(wǎng)絡(luò)中去，負責將車載信號轉(zhuǎn)化為GPRS信號，通過LTE網(wǎng)絡(luò)將GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送至車輛段服務(wù)器上，在服務(wù)器上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收，并且基于LabView開發(fā)了一款地鐵車輛維護保養(yǎng)的上位機軟件，該軟件通過TCP/IP協(xié)議負責解析、分析、處理、存儲服務(wù)器上獲取的車載子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。后續(xù)工作將繼續(xù)完善上位機軟件功能，實現(xiàn)智能檢索等更多功能。

郭超勇.高速動車組列車網(wǎng)絡(luò)控制若干問題研究[D].北京:北京交通大學,2012.

Research on the intelligent train based on TCMS

Zhu Honggang,Zhang Zherui
(Hitachi Yongji electrical equipment (Xi'an) Co., Ltd. Technology Center,710018)

Aiming at the train network control system(TCMS)based on the train of intelligence research, this paper presents TCMS intelligent system framework,introduces the data transmitting,TCMS data transmission unit(DTU)data transmission,data reception depot server and PC software development,realize the remote control of the vehicle subsystem equipment TCMS system to achieve good communication performance.

train network control system;data transmission unit;vehicle subsystem;remote monitoring and control system

TP223.339;TN91

B

朱紅崗(1990-)，男，漢族，西南交通大學碩士，日立永濟電氣設(shè)備(西安)有限公司，助理工程師。研究方向：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、列車網(wǎng)絡(luò)控制。二作：

張哲瑞(1989-)，男，漢族，蘇州大學學士，日立永濟電氣設(shè)備(西安)有限公司，助理工程師。研究方向：列車網(wǎng)絡(luò)控制。