于盼龍　周安德　李庭芳

摘 要：列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種用于控制、通信、監(jiān)視整列車的車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是列車的神經(jīng)系統(tǒng)和指揮中樞，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)信息傳輸共享，協(xié)調(diào)中央控制系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的控制、監(jiān)視與診斷任務(wù)，匯總各子系統(tǒng)工作狀態(tài)和故障診斷信息，提供信息顯示和人機(jī)交互接口，完成整車級(jí)的控制、故障診斷、狀態(tài)監(jiān)視等工作。

關(guān)鍵詞：市域車 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) DTECS平臺(tái) MVB總線

中圖分類號(hào)：U271.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（a）-0159-03

隨著城市范圍的不斷擴(kuò)大，城市群的形成使傳統(tǒng)的地鐵系統(tǒng)無法滿足市域范圍的長距離出行要求，給中心城與外圍地區(qū)的乘客出行增加了很大困難，于是一種介于地鐵與城際鐵路之間的新型軌道交通方式——市域快速軌道交通應(yīng)運(yùn)而生。它拉近了中心城與市域組團(tuán)以及組團(tuán)之間的距離，具有大載客量、快起快停、快速通過、既可高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)又可短時(shí)大扭矩工作的典型特征，成為當(dāng)前城市軌道交通發(fā)展的新熱點(diǎn)。

本文所介紹的市域列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，采用基于分布式列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（DTECS）的平臺(tái)，特別適合軌道交通車輛的車載網(wǎng)絡(luò)控制和診斷，由于采用模塊化設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)的構(gòu)成十分靈活，不但可以顯著減少系統(tǒng)布線距離，而且容易將來對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展。本文主要從系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能等多方面對(duì)市域列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

以某型市域車輛平臺(tái)為例，列車采用8輛編組，6動(dòng)2拖，編組配置為Mc+T+M+M+M+M+T+Mc。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分為兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，列車控制級(jí)總線和車輛控制級(jí)總線均采用雙通道冗余的EMD電氣中距離介質(zhì)的MVB多功能車輛總線，符合IEC 61375最新標(biāo)準(zhǔn)的要求；中繼模塊REP作為列車級(jí)總線和車輛級(jí)總線的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)列車級(jí)總線到車輛級(jí)總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。同時(shí)設(shè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)貫穿全車，用于維護(hù)、檢修以及信息化功能，同時(shí)用于傳輸列車運(yùn)維數(shù)據(jù)，方便進(jìn)行車輛的實(shí)時(shí)跟蹤、故障實(shí)時(shí)分析、診斷。

不論是列車級(jí)總線還是車輛級(jí)總線，物理上的連接采用兩路通信線的冗余結(jié)構(gòu)，當(dāng)某一路通信線路出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到另一路通信線路。它們對(duì)有關(guān)的關(guān)鍵區(qū)域提供部分冗余，即在列車控制單元、列車總線或車輛總線故障時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致列車牽引停止。若單節(jié)車輛總線發(fā)生故障，不影響其它車輛總線的工作狀態(tài)。單個(gè)部件故障不影響整車運(yùn)行。列車控制由列車通信網(wǎng)絡(luò)和列車硬線聯(lián)合完成，優(yōu)先采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，列車硬連線作為列車運(yùn)行和安全的補(bǔ)充措施。MVB總線介質(zhì)為雙絞屏蔽線纜，通信速率為1.5Mbit/s，傳輸距離大約為200m。

列車設(shè)置了一條獨(dú)立的以太網(wǎng)并配置網(wǎng)關(guān)，每節(jié)車輛均設(shè)置以太網(wǎng)交換機(jī)。列車上各子系統(tǒng)控制器通過以太網(wǎng)連接到列車維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，為走行部監(jiān)測系統(tǒng)、車門監(jiān)測、空調(diào)監(jiān)測、網(wǎng)軌檢測、牽引輔助、制動(dòng)控制等子系統(tǒng)專業(yè)提供數(shù)據(jù)傳輸通道，通過設(shè)置在列車兩端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)車地?zé)o線實(shí)時(shí)傳輸；同時(shí)維護(hù)人員可通過設(shè)在司機(jī)室的維護(hù)端口訪問各子系統(tǒng)，進(jìn)行故障相愛在、在線監(jiān)控與測試等維護(hù)工作。列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D如圖1所示。

1.2 設(shè)備配置及冗余設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)備主要有網(wǎng)關(guān)模塊、輸入輸出模塊（包含數(shù)字量輸入輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、模擬輛輸入輸出模塊）、事件記錄模塊、中繼器、以太網(wǎng)交換機(jī)、顯示器等。為提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，列車控制系統(tǒng)將在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)冗余。

（1）列車在每個(gè)頭車上各安裝1臺(tái)網(wǎng)關(guān)模塊、事件記錄模塊等重要設(shè)備，互為冗余。當(dāng)主設(shè)備故障的情況下，從設(shè)備將自動(dòng)接管工作，列車可繼續(xù)運(yùn)營。

（2）每節(jié)車輛設(shè)置2個(gè)中繼器，A路、B路通道通過單獨(dú)的中繼器進(jìn)行冗余工作。

（3）采用MVB特制連接器，連接器從子系統(tǒng)上斷開也不影響其他子系統(tǒng)正常通信。

（4）當(dāng)列車網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，司機(jī)可激活緊急牽引，實(shí)現(xiàn)列車的基本運(yùn)行功能。

（5）以太網(wǎng)作為EGWM和HMI之間MVB總線的備用冗余總線，當(dāng)HMI與其他設(shè)備之間的MVB通訊中斷時(shí)，HMI的各項(xiàng)功能不受影響。

2 系統(tǒng)功能

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳輸、控制和顯示、故障診斷、故障預(yù)警、用戶支持等功能，從而把證列車安全可靠的運(yùn)行。

2.1 信息傳輸功能

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)列車級(jí)總線、車輛級(jí)總線以及以太網(wǎng)總線進(jìn)行控制和管理，按照通信協(xié)議完成列車數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)的組織和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)列車控制、顯示屏的顯示、故障和狀態(tài)信息以及故障和事件記錄等功能。

2.2 控制與顯示功能

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)列車牽引/制動(dòng)控制、再生制動(dòng)特性控制、列車/車輛總線管理、顯示器控制、防滑/防空轉(zhuǎn)保護(hù)控制、壓縮機(jī)和空調(diào)機(jī)組順序啟動(dòng)控制、緊急牽引控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)及自動(dòng)過分相等邏輯控制功能。

在每節(jié)頭車司機(jī)操縱臺(tái)上設(shè)置1臺(tái)彩色顯示觸摸屏，為司機(jī)提供圖形化的顯示界面，向車輛駕駛?cè)藛T和維護(hù)人員提供車輛綜合信息和設(shè)備工作狀態(tài)；主要實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、故障存儲(chǔ)、部分列車設(shè)置功能（輪徑設(shè)置/時(shí)間設(shè)置等）、故障信息的綜合與處理等功能。

其運(yùn)行模式操作流程如圖2所示。

（1）顯示器根據(jù)用戶操作需求分為運(yùn)行模式（主要面向司機(jī)）與檢修模式（主要面對(duì)檢修技術(shù)人員），運(yùn)行模式切換至檢修模式需輸入密碼。

（2）給司機(jī)顯示列車的基本運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障和評(píng)估，以及列車狀態(tài)信息。

（3）給維修人員顯示故障信息的記錄及已定義的環(huán)境條件，利于維修。

可以進(jìn)行列車運(yùn)行時(shí)加速度、減速度、制動(dòng)距離等基本參數(shù)的功能測試。通過USB接口，將故障信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)地面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。

（4）故障報(bào)警信息，應(yīng)包含故障代碼、故障名稱、故障類型、車號(hào)、故障設(shè)備的名稱、故障發(fā)生/恢復(fù)的日期和時(shí)間、同類故障統(tǒng)計(jì)數(shù)、公里數(shù)及相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)。嚴(yán)重故障時(shí)顯示屏還應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警。另外，當(dāng)列車出現(xiàn)故障時(shí)，診斷系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，并在顯示屏提示最優(yōu)的處理指引。

2.3 故障診斷功能

車載故障診斷系統(tǒng)是列車控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，完成車載各部件故障數(shù)據(jù)的采集、分析、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和顯示功能。故障信息在司機(jī)臺(tái)上通過HMI顯示，并且可以通過PTU上傳到地面維修和服務(wù)系統(tǒng)中，供長期的儲(chǔ)存和深入的地面分析。

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)診斷功能可以協(xié)助司機(jī)和檢修人員進(jìn)行工作。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，協(xié)助司機(jī)采取適當(dāng)?shù)牟僮?，顯示司機(jī)實(shí)施操作的指導(dǎo)說明，并使維護(hù)人員更容易地查找并解決故障。

對(duì)于維修工作，除了可直接利用司機(jī)顯示器外，還能夠通過服務(wù)接口（串行/USB/以太網(wǎng)接口）將存儲(chǔ)在顯示器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡胀ǖ膫€(gè)人計(jì)算機(jī)。在個(gè)人計(jì)算機(jī)中借助專用的專家分析軟件對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)重要的故障信息的記錄給出跟蹤數(shù)據(jù)，并通過分析數(shù)據(jù)記錄能顯示出連續(xù)的數(shù)據(jù)曲線圖形。

2.4 故障預(yù)警功能

地面運(yùn)維中心通過WTD接收列車傳送的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行分析、診斷及健康評(píng)估，從系統(tǒng)或狀態(tài)部件大數(shù)據(jù)及故障機(jī)理模型中預(yù)測故障趨勢，并根據(jù)預(yù)定的各種參數(shù)指標(biāo)極限值/閾值來提供故障預(yù)警，給出列車當(dāng)前運(yùn)營建議，減少列車正線發(fā)生故障的概率，提高運(yùn)行安全性、可靠性。

2.5 用戶支持

（1）在線監(jiān)視讀取。通過列車以太網(wǎng)，利用便攜式測試單元（PTU）軟件，對(duì)連接到以太網(wǎng)的各子系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、故障等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取以及實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄。

（2）下載和分析。列車可以通過PTU軟件下載有關(guān)的故障信息和列車數(shù)據(jù)，維修人員可以借助PTU軟件分析列車狀態(tài)并獲得故障源的信息。

（3）遠(yuǎn)程維護(hù)。系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程在線監(jiān)視列車總線傳送的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程單點(diǎn)更新車載所有連接到以太網(wǎng)的智能設(shè)備的程序，遠(yuǎn)程單點(diǎn)下載車載所有連接到以太網(wǎng)的智能設(shè)備的數(shù)據(jù)，并通過PTU可實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的遠(yuǎn)程維護(hù)。

3 結(jié)語

某型市域車輛平臺(tái)列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)基于DETCS平臺(tái)，采用模塊化設(shè)計(jì)手段，構(gòu)建了完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了列出控制及信息顯示、故障診斷等功能；通過冗余設(shè)計(jì)和故障導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)，保障了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。采用以太網(wǎng)技術(shù)，把列車各智能設(shè)備連接到以太網(wǎng)交換機(jī)上，通過WTD將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行存儲(chǔ)、分析以及大數(shù)據(jù)挖掘，從而提高車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控水平和車輛狀態(tài)評(píng)估能力，提高運(yùn)維體系以及人員對(duì)車輛故障的響應(yīng)速度和處理能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 李海新，彭東良.基于DTECS網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)的城軌車輛門控軟件設(shè)計(jì)[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2011（4）：22-24.

[2] 崔玉龍，田鵬，張永明.某型城際動(dòng)車組列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2017（2）：34-37，41.

[3] 沙森，王偉，徐建波.CRH5型和CRH3型動(dòng)車組列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的比較[J].鐵道車輛，2012（1）：25-27.