电客车TCMS系统HMI屏故障分析

曾理 袁玲

摘要：TCMS系统是电客车的核心系统，具有对所有子系统的监控、诊断功能，传递人、机互动信息。本文对TCMS系统的组成、网络拓朴结构进行初步阐述，并介绍TCMS的故障诊断功能在电客车运行中的应用，重点介绍HMI屏故障的分析与处理方法。

关键词：TCMS、HIM、故障分析

引言

列车控制和管理系统（TCMS），作为车辆核心系统，其工作状态直接关系到整个车辆各个子系统能否正常工作，其稳定性要求比其他子系统要求都要高。作为车辆核心系统，TCMS最重要的功能便是故障诊断。TCMS的故障诊断功能可以协助司机和检修人员进行故障处理工作，当故障发生时，协助司机采取适当的操作，并使维护人员更容易地查找并解决故障。

一 TCMS介绍

TCMS是Train Control Management System的简称，即列车控制管理系统。TCMS系统作为列车管理系统，系统本身包含多个子设备，能够监控列车的牵引系统与制动控制、母线断路器、空调系统和PIDS系统等设备;同时，TCMS系统作为列车的“大脑”，能够监控车载各种设备的状态;能够记录累计运行公里数、牵引耗电量、CVS（SIV）耗电量、显示和记录列车发生的故障等信息。

TCMS系统包含了中央控制单元CCU（Tc），网关MGW（M1、M2）、远程输入/输出系统RIO2（TC）、RIO（Mp）、RIO（M1、M2）、接口单元及DDU显示驱动单元。如表1所示：

二、TCMS系统拓扑结构

车辆的列车控制及监控系统按照IEC61375-1标准[1]规定的列车通信网络组建，列车总线与车辆总线均采用MVB总线。总线采用冗余传输，保证数据传输的可靠性。MVB总线的传输速率为1.5Mbit/s。MVB总线可以传输过程数据、消息数据和监视数据。多功能车辆总线（MVB）的电气接口为EMD介质。

列车控制及监控系统为所有子系统设备留有标准的通信接口，并具有成熟可靠的接口通讯规范，所有具有MVB通讯接口的子系统都能可靠接入[2]。连接到车辆总线（MVB）上各个子系统的控制单元主要包括：车载ATC装置、牵引控制单元、制动控制单元、辅助电源控制单元、空调控制单元、车门主控制单元、列车乘客信息显示系统控制单元等。其它没有MVB接口的子系统可通过MVB总线协议转换模块连接到MVB网络中。整个列车控制及监控系统包括车载硬件、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具等。列车总线及车辆总线系统符合有关列车通信网络IEC61375 -2012标准及TB/T3035-2002标准，列车网络控制系统硬件滿足EN50155标准。城市轨道交通车辆拓扑结构图如下所示。

三、TCMS故障诊断功能

列车诊断系统硬件包括CCU（列车中央控制单元）、HMI（司机室人机接口）、RIOM（远程输入/输出模块）、ERM（列车数据及事件记录器）等[3]。ERM接收各个子系统通过MVB总线传输的故障信息，按照故障分类进行存储和报警提示。

各子系统通过MVB总线传输故障发生时的信息到CCU，CCU传送给ERM，另外，实时性要求高的故障传送给CCU的同时也可直接传送给ERM。VCU将日期和时间加到设备项的故障代码上，并将对应的故障发送给HMI。HMI内部具有即时（当前发生的）故障判别能力，当故障发生时，即时提示给司机。

在HMI上，不论是在故障记录还是显示，每条纯文本信息都配有故障代码，根据不同的故障类别进行故障评估。故障类别和纯文本信息显示在HMI的界面上。此外，司机可以从HMI上获得他所必须实施的操作的指导说明。

四、HMI屏故障分析

1）HMI安装说明

安装方式：HMI的前面板两侧各有两个固定孔，如图2所示，可通过4个M5的内六角沉头螺钉固定。

● 接线要求：所有连接到HMI的线缆必须在距离连接点0.5米范围内固定到车辆机架，为了减轻电缆带给连接器的拉力，防止连接器损坏，所有电缆必须被固定。

● 接地方式：在电源连接器右侧有M6 x 18mm的接地螺栓，配有弹垫、平垫、紧固螺母，从车辆侧引出的接地线应压接环形端子，固定在接地螺栓上。

●正常运行时，HMI会产生热量，通过背部的散热板疏导热量，考虑到成都气候和复杂的环境，HMI背部散热空间应留出15-20CM的空间，这样能保证HMI的正常运行。HMI后面板结构，如下图所示。

2）HMI维护说明

人机接口安装在TC车司机台上。对HMI设备，若发现以下任意一种情况，首先进行断电、重新上电操作，如果故障现象任然存在，则可初步判断HMI故障。

（1）、激活端HMI设备正常上电1分钟后，HMI仍然不能启动并显示画面。

（2）、激活端显示屏已正常启动，但是触摸HMI，HMI无反应

（3）、激活端HMI在上电正常，网络通信正常时，HMI处于黑屏或者花屏状态，不能正确显示界面。

若初步判定为HMI故障，首先检查设备的供电情况是否正常，检查电源连接器是否插牢、检查空开是否合上，如果HMI正面电源指示灯不亮，表明设备供电异常。

如果HMI出现黑屏并显示“通信中断”证明HMI与外界失去MVB通信，请检查HMI或相邻设备的MVB线缆接线是否正确且连接稳定。

如果电源供电正常，MVB线缆连接正确且稳定，重启HMI后故障仍不能消除，请对该设备进行更换。

3）HMI设备指示灯状态

HMI设备指示灯状态：

设备参考颜色说明指示状态正常

HMI左上角指示灯绿电源状态亮表示电源供电正常亮

4）HMI故障显示

HMI故障显示分为运行诊断和保养诊断两个层次：

面向司乘人员界面：

正常运行中自动显示各车辆重要运行数据;当有部件故障时，通过闪烁显示和蜂鸣器报警，向司机指示故障发生的位置，并给出处理建议;面向司机界面的处理建议侧重于应急操作，能够指导司机使故障尽快消失或使列车动车。

面向维修人员界面：

面向维修人员界面的处理建议侧重于故障原因和故障查找。处理建议需要反映列车控制系统、110V控制电路及各子系统等具体的故障环路。

5）HMI通讯故障分析

HMI通讯故障的原因经分析统计后可归纳为：显示器电源断开;显示器通信连接器松动;显示器故障。

HMI通讯故障后，断开再复位电气柜空开，重启故障设备。若恢复，正常运行，回库检修。若无法恢复，汇报OCC，按照操作规程降速运行或到达下一站清客回库，车辆回库后检修。回库检修内容包含：检查司机室电气柜空开是否闭合;检查HMI 通讯连接器 X10 连接是否牢固;断开再闭合司机室电气柜空开，重启故障设备。若故障不能消除，则更换HMI。

五、结论

列车TCMS系统采用了国内城轨列车普遍使用符合国际标准的MVB网络拓扑形式，功能实现以“设备导向安全”的理念进行设计，在调试及试运行过程中进行不断的完善修正，目前运行相对稳定可靠。

参考文献

[1] IEC61375-1列车通信网络国际标准[S].

[2] 韩红彬，王晓鹏，鲁振山，等. HXD2 系列电力机车 CCU 软件结构设计[J]. 铁道机车与动车，2017，（ 8） ：4-7.

[3] 王志国. 对 HXD2 型电力机车 TCMS 系统故障分析[J]. 内蒙 古科技与经济，2017，（ 17） ：93，95.

作者简介：

曾理（1987-9），男，汉族，四川成都人，高级工程师、讲师，硕士。研究方向：轨道交通机电技术。

袁玲（1989-6），女，汉族，四川成都人，助教，硕士。

研究方向：轨道交通故障诊断。

课题信息：2021年成都工贸职业技术学院科研课题《《轨道车辆TCMS系统》课程基于工作过程的一体化课程开发实践研究 》编号：2021130815。