成都地铁4号线列车网络控制系统

李文正+殷培强+徐磊+张欣萍

摘 要：文章介绍了基于TCN标准的列车网络控制系统在成都地铁4号线上的应用，主要包括系统拓扑结构、系统配置、关键控制功能、显示屏界面、图形化编程软件、创新设计及运营情况等，并对系统设计进行了总结。

关键词：成都地铁；列车网络控制系统；控制逻辑；冗余

中图分类号：U284.48 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0018-02

1 概述

成都地铁4号线列车未6辆编组B型车，其列车网络控制系统（TCMS）采用的是中车青岛四方车辆研究所有限公司自主化的软硬件平台。

2 基于TCN列车网络配置

成都地铁4号线列车采用4动2拖的6编组形式，TCMS列车总线及车辆总线均采用符合IEC61375标准规定的多功能车辆总线（MVB-EMD）。

基于TCN标准的列车网络系统拓扑结构如图1所示：

互为冗余的两个CCU分别位于Tc1车和Tc2车，完成列车控制、监视和故障诊断功能。

每辆车都具有RIOM模块，实现对110V控制电路的主要信号进行采集和控制及模拟量信号的采集。

Mp1车和Mp2车分别安装了两个互为冗余的中继器（RPT）模块，实现对MVB信号的中继传输，保证信号的传输质量。

两个人机接口单元（HMI）分别位于Tc1车和Tc2车，负责显示设备状态和指导司机操作。

Tc1车和Tc2车各设置一个列车数据记录仪（ERM），对列车主要设备的运行状态和故障信息进行冗余采集和记录。

列车控制及监控系统通过422GW与实时无线传输系统相连，其他子系统通过MVB接口接入到TCMS系统。

3 系统关键功能

3.1 辅逆停机控制

成都地铁4号线车辆前后半列各安装一台辅助逆变器，两台辅助逆变器分别给两组可被扩展供电接触器连接起来的中压母线供电，正常情况下每台辅助逆变器单独给该半列的中压负载供电。

当TCMS检测到有且仅有一台辅逆发生故障时，TCMS给故障侧的辅逆发送停机指令，故障侧辅逆停机；当两台辅逆同时故障时，两台辅逆同时停机；当两台辅逆均正常工作，但扩展供电接触器处于闭合状态时，为了避免辅逆并网运行，TCMS同时给两台辅逆发送停机指令，辅逆停机后TCMS控制扩展供电接触器断开，TCMS复位停机指令，兩台辅逆正常启动。

3.2 扩展供电控制

正常工作时，扩展供电接触器断开，辅逆给各自半列的供电网络的负载供电，前后半列中压负载在两个电网间平衡分配，一旦一台辅逆故障，允许正常的一台辅逆为全列的中压负载供电，此时故障侧的辅逆停机，满足扩展供电接触器闭合条件时，TCMS将发送扩展供电接触器闭合指令，控制扩展供电接触器闭合。

当故障侧的辅逆故障解除时，TCMS复位扩展供电接触器闭合指令，并停止向辅逆发送停机指令，故障侧辅逆恢复启动，正常工作。

3.3 保持制动缓解控制

列车停车时，制动系统将自动施加保持制动，保证列车处于静止状态。当列车再次启动时，需要首先缓解保持制动，TCMS结合牵引力、牵引状态、列车速度等条件综合判断，当满足车辆启动条件时，发送保持制动缓解指令，制动系统收到保持制动缓解指令后缓解保持制动，保持制动缓解的牵引力大小及列车速度的控制可以避免列车后溜并降低闸瓦磨耗。

4 系统显示屏界面

成都地铁4号线显示屏界面的操作流程主要分为运行模式和检修模式，运行模式主要面向的对象是司乘人员，主要的内容是车辆运行相关的状态信息和空调等运行相关的信息显示和设定；检修模式主要面向的对象是检修维护人员，主要的内容是车辆技术参数的设定，试验和检修维护相关信息的显示和设定。

5 图形化编程软件

目前国内复杂控制软件的开发主要借助于图形化开发软件，包括OpenPCS、ISAGraph等，这些的使用都有针对性和特定条件限制，而Matlab/Simulink具有很大的开放性，支持DSP、ARM、X86等几乎所有的硬件系统和操作系统。

四方所基于目前列车网络控制系统控制需求及编程条件，开发了具有自主知识产权的列车网络控制系统Simulink功能模块库，通过这些模块库可以将复杂的网络系统控制算法及逻辑以简单搭建模块的形式实现，具有结构清晰、可操作性强、易维护、高效率等特点。

图2是基于Simulink实现的列车网络控制系统软件结构及开发界面。

6 系统优化及创新

成都地铁4号线列车网络控制系统针对招标文件的特殊要求，进行了分析论证，并进行了优化创新设计。

6.1 头尾车冗余RIOM设计

头尾车各配置两台冗余的RIOM模块，对影响车辆运营的关键硬线信号进行冗余采集/输出，主要包括：司机室激活信号、方向信号、牵引制动指令、空压机状态监视、空压机启动指令、TCMS正常指示、司控器级位信号等。

冗余采集的目的是为了提高系统的可靠性，当其中一个RIOM单元模块故障或电源模块故障后，冗余RIOM采集可以保证车辆正常运营。

6.2 冗余RS422接口设计

成都地铁4号线列车网络控制系统通过422GW（RS422转MVB网关）与无线实时传输系统进行通信，列车可以借助RS422通道将车辆重大故障上传给综合监控系统，同时综合监控系统可以通过RS422通道对列车运行数据进行实时查看，监控列车的运行状态。

422GW采用双冗余设计，头尾车各配置一台422GW，两台422GW同时上传车辆故障信息；同时422GW自身的RS422接口也是冗余的，同一时刻其中一个RS422接口为主，负责与RAD通信，另一个RS422接口处于热备状态，并实时监测主RS422接口的工作状态，当检测到主RS422接口通信丢失后自动切换到从RS422接口与RAD系统继续通信，最大程度上保证数据不丢失。

7 结束语

成都地铁号线自2015年12月31日正式开通运营以来，运营情况表明：成都地铁4号线列车网络控制系统硬件性能满足系统功能需求，系统软件可靠性、稳定性满足列车运营要求。

参考文献：

[1]赵磊.北京地铁7号线列车网络控制系统[J].城市轨道交通研究，2014（5）：109-114.

[2]霍芳，刘群欣，张森.CRH2型高速列车网络控制系统的创新研究与实现[J].机车电传动，2014（4）：21-23，52.