摘要：介紹了動(dòng)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(dòng)車組列車控制管理系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為動(dòng)車組列車控制管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：動(dòng)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(shí)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(cè)功能、診斷功能、可視化功能、遠(yuǎn)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(shì)：（1）可以降低動(dòng)車運(yùn)行成本;（2）系統(tǒng)整合容易，安裝簡(jiǎn)單，可以快速被動(dòng)車組工作人員所掌握;（3）系統(tǒng)所用材料少;（4）動(dòng)車組可以根據(jù)運(yùn)行需求，進(jìn)行TCMS系統(tǒng)功能的變更與添加，提高了動(dòng)車組運(yùn)行操作的便捷性;（5）重量輕;（6）系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，可保障動(dòng)車組的安全運(yùn)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(jì)需求設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)功能，TC CCU是負(fù)責(zé)控制列車運(yùn)行中各種數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，既負(fù)責(zé)整合車輛車載設(shè)備信息，又控制動(dòng)車組各系統(tǒng)的運(yùn)行模式。TDS CCU對(duì)動(dòng)車組各系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷，提高了動(dòng)車組運(yùn)行的可靠性、安全性，保障了動(dòng)車組列車運(yùn)行的穩(wěn)定性。TC CCU和TDS CCU具有平臺(tái)分割機(jī)制，可以為動(dòng)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(gè)動(dòng)車運(yùn)行安全水平，例如通過控制或監(jiān)視功能，對(duì)動(dòng)車組的運(yùn)行進(jìn)行控制與監(jiān)視，保障動(dòng)車組的安全運(yùn)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(dòng)車組操作的科學(xué)化與便捷化。舒適度保障是指在有需要時(shí)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(dòng)車組運(yùn)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(dòng)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(jī)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(shí)施列車控制的主要元件，它通過列車MVB網(wǎng)絡(luò)來對(duì)本單元組的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)視。每個(gè)列車基本單元都配備一個(gè)冗余中央計(jì)算單元運(yùn)行系統(tǒng)，起到控制和監(jiān)測(cè)的作用。每輛動(dòng)車在運(yùn)行過程中，每輛端車的司機(jī)室內(nèi)都有2個(gè)CCU，即每個(gè)牽引單元有2個(gè)CCU，其中一個(gè)CCU在主方式下工作，另一個(gè)CCU在從方式下工作，負(fù)責(zé)對(duì)整輛列車的網(wǎng)絡(luò)控制，對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)督，保證動(dòng)車組運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性。

2.2? ? 供電系統(tǒng)控制

TCMS系統(tǒng)對(duì)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(dòng)車組分為直流電動(dòng)車和交流電動(dòng)車，動(dòng)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(dòng)車組通過其車頂?shù)氖茈姽瓕㈦娏鱾鬟f到動(dòng)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(dòng)車組提供動(dòng)力，并為輔助供電系統(tǒng)供電。運(yùn)用TCMS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)車組進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(jī)操縱臺(tái)的微機(jī)顯示屏上，直觀顯示動(dòng)車運(yùn)行狀態(tài)，使司機(jī)可以全面了解動(dòng)車組運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理動(dòng)車組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，保證動(dòng)車組供電系統(tǒng)的可控性。

2.3? ? 車載電源控制

TCMS系統(tǒng)對(duì)直流充電機(jī)和蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，并通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)充電機(jī)和蓄電池發(fā)出控制命令，監(jiān)視它們的運(yùn)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(dòng)控制

TCMS系統(tǒng)通過與制動(dòng)系統(tǒng)控制器通信，向制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出制動(dòng)力需求控制命令，監(jiān)視制動(dòng)系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，記錄并顯示制動(dòng)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(gè)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(yùn)行在相應(yīng)的工作模式;同時(shí)，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(jī)顯示屏）顯示，可以通過本地下載和遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞桨研畔鬟f到服務(wù)器內(nèi)，方便對(duì)故障的查找和分析。

3 高速動(dòng)車組列車控制管理系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)

為了滿足動(dòng)車組的高速運(yùn)行需求，國內(nèi)高速動(dòng)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(dāng)列車運(yùn)行時(shí)，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(gè)處于主控狀態(tài)，另一個(gè)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(duì)列車以及子系統(tǒng)發(fā)出工作指令，并對(duì)列車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(duì)列車的指令和運(yùn)行狀態(tài)只監(jiān)不控;當(dāng)主控設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，處于熱備狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)立刻接管列車的控制權(quán)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹骺貭顟B(tài)。

動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的雙備份冗余設(shè)計(jì)理念，確保了動(dòng)車組可以安全、高效、可靠地運(yùn)行在祖國的大江南北，不會(huì)因?yàn)槠渲幸粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備發(fā)生故障而影響動(dòng)車的正常運(yùn)行，為動(dòng)車組的高速、安全、可靠運(yùn)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(fù)責(zé)傳輸列車控制指令，監(jiān)視列車運(yùn)行狀態(tài)以及診斷列車故障，是保證列車正常運(yùn)行不可或缺的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，為動(dòng)車組運(yùn)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(jiǎn)介：王帆（1999—），女，河北唐山人，研究方向：機(jī)電工程領(lǐng)域的自動(dòng)化控制、機(jī)械人測(cè)控。