韓增盛 張?zhí)焱?/p>

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)車車輛學(xué)院，450052，鄭州//第一作者，教授）

地鐵列車通信控制系統(tǒng)普遍采用總線模塊化結(jié)構(gòu)，如深圳地鐵1號(hào)線、廣州地鐵2號(hào)線等列車均采用了符合TCN標(biāo)準(zhǔn)的總線控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由列車總線（WTB）和多功能車輛總線（MVB）兩部分組成，單元內(nèi)用MVB總線連接，兩個(gè)單元間用WTB總線連接；MVB總線實(shí)現(xiàn)車輛控制，WTB總線實(shí)現(xiàn)列車控制［1］。

列車控制核心是車輛控制和通信系統(tǒng)（TCC），車輛控制和通信系統(tǒng)協(xié)調(diào)所有總線之間的通信和控制列車的功能。TCC系統(tǒng)的核心是VTCU（列車控制單元），它是一個(gè)總線管理器，連接車輛總線MVB和列車總線WTB，管理列車控制和網(wǎng)關(guān)通信［2］。列車通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車控制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信出現(xiàn)故障時(shí)，無法通過列車總線傳遞控制信號(hào)，列車須采用TRB模式以25 km/h的速度駕駛列車運(yùn)行到前方車站或車輛段。TRB模式（TCC Restricted/Back-Up Mode）為列車通信控制限制/備份模式［3］。

1 TRB模式在運(yùn)行初期存在的問題

地鐵列車在運(yùn)行初期經(jīng)常發(fā)生TCC系統(tǒng)通信故障，導(dǎo)致運(yùn)行列車處于啟動(dòng)連鎖狀態(tài)，表現(xiàn)在列車建立TRB模式后，列車仍不能正常動(dòng)車，需進(jìn)行救援。根據(jù)TRB模式使用的條件，其故障可分為兩類：

一類故障為主控端單元車組的VTCU故障時(shí)，列車啟動(dòng)連鎖，在激活TRB模式后，列車牽引能建立，制動(dòng)能正常緩解，當(dāng)列車啟動(dòng)到零速繼電器得電吸合后，列車馬上又失去牽引力，隨即制動(dòng)停車［4］。故在TRB模式下，列車只能以稍微起動(dòng)又制動(dòng)停車的“竄動(dòng)”方式運(yùn)行。

另一類故障為一個(gè)單元車組內(nèi)A車到B車的MVB線出現(xiàn)通信中斷故障，列車起動(dòng)連鎖。起動(dòng)TRB模式后，列車不能建立牽引，氣制動(dòng)不緩解，列車不能起動(dòng)，列車需借助另一列車進(jìn)行救援。但將故障端的VTCU電源切斷后，列車在TRB模式下卻能動(dòng)車。

2 TRB模式的原理

2.1 列車正?？刂颇Ｊ?/h3>

在列車TCC系統(tǒng)功能正常的情況下，司機(jī)通過改變司機(jī)控制器牽引手柄的位置，同時(shí)帶動(dòng)司機(jī)控制器的凸輪，直接導(dǎo)致按一定邏輯順序連接的行程開關(guān)通斷變化，產(chǎn)生兩類控制信號(hào)：

（1）一類為牽引信號(hào)（見圖1），牽引狀態(tài)信號(hào)是由02K06、02K30、門關(guān)到位、主風(fēng)缸壓力、停放制動(dòng)等相關(guān)子系統(tǒng)監(jiān)控繼電器的觸點(diǎn)，按串聯(lián)連接閉合產(chǎn)生的，并最終使列車牽引線20417轉(zhuǎn)為高電平，并輸入給DX模塊，再通過MVB及WTB傳遞給兩個(gè)A車的VTCU，同時(shí)20417線輸入到每節(jié)車的制動(dòng)控制單元，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車牽引狀態(tài)的識(shí)別，列車即進(jìn)入牽引狀態(tài)，并緩解制動(dòng)壓力［5］。而牽引指令信號(hào)的大小是通過一個(gè)與主牽引手柄一起轉(zhuǎn)動(dòng)的滑線變阻器，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動(dòng)位置成一定比例的電流值，輸入到主控單元A車的AX模塊，再通過MVB傳遞給本單元的VTCU，本單元VTCU通過網(wǎng)關(guān)及WTB總線傳遞到從屬單元車組的VTCU，進(jìn)而完成列車對(duì)牽引指令信號(hào)大小的識(shí)別，并通過MVB總線傳遞給牽引逆變器實(shí)現(xiàn)列車牽引控制，其指令信號(hào)的范圍為0～100%。

圖1 牽引/控制電氣控制局部圖（牽引信號(hào)）

（2）另一類為制動(dòng)信號(hào)（見圖2），其制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)也是由按一定邏輯組合的司機(jī)控制器行程開關(guān)及繼電器觸點(diǎn)斷開產(chǎn)生的，最終使列車常用制動(dòng)線20313轉(zhuǎn)為低電平，并輸入給DX模塊，通過MVB及WTB傳遞給兩個(gè)A車的VTCU，以實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)狀態(tài)的識(shí)別。列車線20313也直接傳送到每節(jié)車的制動(dòng)控制單元，制動(dòng)控制單元?jiǎng)t根據(jù)制動(dòng)力的實(shí)際需要進(jìn)行摩擦制動(dòng)力的施加［6］。

圖2 牽引/控制電氣控制局部圖（制動(dòng)信號(hào)）

制動(dòng)時(shí)優(yōu)先順序?yàn)樵偕娭苿?dòng)、電阻電制動(dòng)、空氣摩擦制動(dòng)，且電制動(dòng)與空氣摩擦制動(dòng)轉(zhuǎn)換條件為速度低于12 km/h。制動(dòng)指令信號(hào)大小的識(shí)別原理同前面所述的牽引指令信號(hào)，只是主牽引手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，其制動(dòng)指令大小的信息則是由VTCU通過MVB總線分別傳遞給牽引逆變器系統(tǒng)和制動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)類型和制動(dòng)力大小的控制，其指令信號(hào)的范圍為0～100%。

2.2 列車TRB模式

當(dāng)列車TCC系統(tǒng)通信部件發(fā)生故障時(shí)，列車VTCU將通過內(nèi)部邏輯運(yùn)算，判定列車牽引安全連鎖條件被觸發(fā)，通過牽引繼電器02K30切斷列車牽引線20417的DC110 V信號(hào)，保護(hù)性封鎖牽引指令，列車不能啟動(dòng)。此時(shí)，只能實(shí)施緊急牽引，即合緊急牽引開關(guān)02S18，即能使列車以限速25 km/h的運(yùn)行方式動(dòng)車。其實(shí)現(xiàn)的方法為用兩根貫穿整列車的導(dǎo)線（50%牽引指令線21404、50%制動(dòng)指令線21405）作為信號(hào)的傳輸備份通道，以控制線電平高低組合成4種不同狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)牽引/制動(dòng)控制指令可靠地傳輸?shù)焦δ苷５腣TCU及制動(dòng)控制單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的牽引與制動(dòng)控制（見圖3），按故障具體部件不同可分為通信控制限制模式和通信控制備份模式。下面就這兩種模式分別進(jìn)行控制原理分析。

2.2.1 列車通信控制限制模式

列車通信控制限制模式是指在列車VTCU的網(wǎng)關(guān)或WTB線通信故障時(shí)的運(yùn)用模式。當(dāng)該類故障發(fā)生后，列車兩單元VTCU之間的通訊中斷，但每個(gè)單元車組的VTCU對(duì)本單元的通信控制功能均為正常，故從屬單元VTCU不能接收到主控單元發(fā)出的牽引/制動(dòng)控制指令信息，同時(shí)主控單元的VTCU不能監(jiān)控從屬單元車組的狀態(tài)，根據(jù)VTCU列車控制軟件的安全連鎖邏輯，列車處于啟動(dòng)連鎖狀態(tài)，牽引無效。

圖3 TRB模式控制電路

在閉合緊急牽引開關(guān)02S18后，緊急牽引控制線20418處于高電平，該控制線貫穿整列車，并將高電平輸入到列車兩端A車的DX模塊04A16及每節(jié)車的制動(dòng)控制單元。在兩個(gè)單元車組的VTCU分別接收到20418線高電平信息后，列車建立緊急牽引模式，02K30繼電器失電被釋放。當(dāng)司機(jī)將牽引/制動(dòng)手柄推至牽引位時(shí)，列車牽引線20417將正常輸出DC110 V給兩個(gè)A車的DX模塊04A15和所有車的制動(dòng)控制單元，列車進(jìn)入牽引狀態(tài)，氣制動(dòng)被緩解。但司機(jī)控制器輸出的牽引指令模擬信號(hào)將無效，VTCU只通過B車的DX模塊接收21404線所傳遞的指令信號(hào)［7］，該信號(hào)為兩種狀態(tài)：

（1）一種為牽引手柄在1%～99%牽引位的范圍內(nèi)，21404線為高電平，VTCU識(shí)別的牽引指令大小為50%，并通過本單元MVB總線傳遞給本單元的牽引逆變器控制單元。

（2）另一種為牽引手柄處于100%牽引位時(shí)，21404線為低電平，VTCU識(shí)別的牽引指令大小為100%，通過本單元MVB總線傳遞給本單元的牽引逆變器控制單元。

當(dāng)列車在通信限制模式下進(jìn)行制動(dòng)控制時(shí)，緊急牽引控制線20418為高電平，制動(dòng)控制單元進(jìn)入緊急牽引模式，在牽引手柄移至制動(dòng)區(qū)時(shí)，常用制動(dòng)指令線20313轉(zhuǎn)為低電平，制動(dòng)控制單元進(jìn)入氣制動(dòng)施加狀態(tài)：牽引手柄在1%～99%制動(dòng)位的范圍時(shí)，制動(dòng)指令線21405為高電平，制動(dòng)單元施加50%空氣制動(dòng)指令；牽引手柄處于100%制動(dòng)位時(shí)，制動(dòng)指令線21405為低電平，制動(dòng)單元施加100%空氣制動(dòng)，該模式下列車制動(dòng)均為空氣制動(dòng)，無電制動(dòng)。

2.2.2 列車通信控制備份模式

列車通信控制備份模式是指在一個(gè)單元車組中VTCU的應(yīng)用控制程序板故障或MVB總線通訊故障時(shí)的運(yùn)行模式。當(dāng)該類故障發(fā)生時(shí)，故障單元的VTCU與該單元所有或部分子系統(tǒng)通信控制中斷，直接導(dǎo)致司機(jī)控制器的各類指令信息不能被讀取和識(shí)別、牽引逆變器接收不到牽引/制動(dòng)指令，本單元HSCB狀態(tài)未知等，單元內(nèi)列車控制功能基本癱瘓，但另一單元的系統(tǒng)功能正常。根據(jù)VTCU列車控制軟件安全連鎖邏輯，列車處于啟動(dòng)連鎖狀態(tài)，牽引無效。

在閉合緊急牽引開關(guān)02S18后，緊急牽引控制線20418處于高電平，由于該控制線貫穿整列車，則該信號(hào)反饋給非故障單元A車DX模塊04A15和所有車的制動(dòng)控制單元，使非故障單元的VTCU進(jìn)入緊急牽引模式。當(dāng)司機(jī)將司機(jī)控制器牽引手柄推至牽引位時(shí)，非故障單元VTCU所接收的牽引指令信息為21404線所傳遞的指令，其控制方式和原理與列車通信控制限制模式完全相同，非故障單元的VTCU收到牽引指令信息后，通過本單元MVB總線傳遞給本單元B車和C車的牽引控制單元，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)列車牽引［8］。與列車通信控制限制模式相比，該模式下只有非故障單元的動(dòng)車（B、C車）能正常工作。故該模式下故障最為嚴(yán)重時(shí)，列車總動(dòng)力輸出只為列車通信控制限制模式的一半。

對(duì)于該模式下的制動(dòng)控制，其控制方式和原理與列車通信控制限制模式完全相同。

3 TRB模式存在問題的處理

3.1 列車“竄動(dòng)”故障的整改

在TRB模式下，通過動(dòng)態(tài)測試列車與牽引控制相關(guān)的信號(hào)，可監(jiān)測到在一個(gè)列車主控端的VTCU不工作的情況下，從端的VTCU給出的列車限速為“0”，而在兩個(gè)VTCU均能正常工作時(shí)，列車限速為“25”。后通過對(duì)VTCU的應(yīng)用控制程序邏輯進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其邏輯設(shè)計(jì)為：列車從端VTCU實(shí)際運(yùn)行限速是通過WTB總線讀取主控端VTCU給出的限速參數(shù)，作為其運(yùn)行參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而在主控端VTCU不工作時(shí)，從端VTCU無法從激活端VTCU讀取到限速參數(shù)，此種情況下，從端VTCU只能將限速參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值“0”。當(dāng)牽引建立后，列車啟動(dòng)到約0.3 km/h時(shí)，列車零速繼電器得電動(dòng)作，VTCU檢測到速度超過“0”限速，進(jìn)而施加制動(dòng)，故出現(xiàn)上述的“竄動(dòng)”運(yùn)行方式。

該故障為VTCU應(yīng)用控制部分軟件的設(shè)計(jì)缺陷。而其修正是通過改變VTCU應(yīng)用控制程序的限速信息獲取的途徑，進(jìn)行軟件功能改進(jìn)。即在TRB模式被激活的條件下，列車兩端VTCU都各自設(shè)置為25 km/h的限速參數(shù)，而無主從之分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)列車在TRB模式下能以最高限速25 km/h運(yùn)行。

3.2 列車制動(dòng)不緩解的整改

通過對(duì)列車起動(dòng)連鎖相關(guān)的邏輯進(jìn)行分析，列車在多于3節(jié)車制動(dòng)控制單元故障的情況下，列車將被VTCU設(shè)置為起動(dòng)連鎖狀態(tài)，TRB模式下也不能動(dòng)車，列車02K30得電，牽引指令被切斷，制動(dòng)不能緩解。此種設(shè)計(jì)是出于列車運(yùn)行安全考慮，防止在喪失一半以上制動(dòng)力的情況下能起動(dòng)列車。

上述故障情況下，列車主控端VTCU中斷了與本單元B、C車所有子系統(tǒng)的通信而導(dǎo)致VTCU只能監(jiān)控到本單元A車的制動(dòng)控制單元。同時(shí)C車車鉤連接狀態(tài)由于負(fù)責(zé)監(jiān)控的DX模塊通信中斷而不能被VTCU識(shí)別，直接導(dǎo)致從屬單元車組信息被視為無效，此時(shí)主控端VTCU即失去了5節(jié)車的制動(dòng)控制單元信息.而根據(jù)列車起動(dòng)連鎖的安全要求，在TRB模式下，主控VTCU將給出起動(dòng)連鎖，牽引指令將被切斷。但當(dāng)切斷主控VTCU電源后，該端的VTCU并不參與列車控制，同時(shí)02K30繼電器失電，而從屬單元VTCU自動(dòng)變?yōu)橹骺貭顟B(tài)，從屬端單元車組能監(jiān)控到單元車組的3個(gè)制動(dòng)控制單元和激活端A車的制動(dòng)控制單元，不會(huì)起動(dòng)連鎖，列車以通信控制備份模式運(yùn)行。

此故障為在設(shè)計(jì)列車制動(dòng)控制單元故障下的運(yùn)行模式時(shí)，其設(shè)定的安全邏輯與TRB模式下的邏輯沖突所致。其修正的措施需重新對(duì)VTCU應(yīng)用程序中牽引封鎖判斷邏輯進(jìn)行調(diào)整，即在TRB模式下，列車制動(dòng)控制單元狀態(tài)不作為列車起動(dòng)連鎖的判斷條件，但在正常模式下，判斷條件依然有效。此時(shí)列車在該類故障情況下安全和緊急牽引功能均能得到滿足，完全滿足車輛技術(shù)文件的功能要求。

4 結(jié)語

通過對(duì)VTCU應(yīng)用控制程序的改進(jìn)和后續(xù)測試，列車TRB功能已經(jīng)能夠正常實(shí)施，為各類TCC通訊故障情況下的應(yīng)急處理提供了非常有效的手段。特別是對(duì)正線運(yùn)營列車，TRB模式的應(yīng)用可將車輛故障對(duì)運(yùn)營服務(wù)的影響減少到最低程度。

［1］ 全國牽引電氣設(shè)備與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).牽引電氣設(shè)備列車總線：第1部分 列車通信網(wǎng)絡(luò)：GB/T 28029.1—2011［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

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