淺談地鐵車輛TCMS系統

廖文彬

摘要：地鐵車輛TCMS類似于車輛的神經系統，對各個子系統的設備狀態與故障數據通過主控制單元傳輸到司機室的顯示屏并記錄下來，讓司機了解及掌握車輛的運行狀況，以及供維護人員分析維修。本文根據多年工作實踐，對地鐵車輛的TCMS系統進行闡述。

關鍵詞：地鐵車輛;TCMS

前言

某地鐵車輛TCMS系統自已設計，硬件由車輛廠家提供。車輛由之前的6輛編組擴為8輛。之前在TCMS架構不變的原則已預留了8輛編組的接口。以下就TCMS設備進行介紹。

一、系統配置

由圖1可見，車輛除ATC之外所有的控制器都是通過MVBB.EMD通信接口接入MVB網絡。其它牽引控制、車門、信號等系統均有硬線接口，這樣方便TCMS出現故障時進行緊急牽引操作。

圖1? TCMS系統拓撲結構

二、TCMS設備介紹

（一）中央控制單元（CCu）

CCU作為TCMS的中央控制單元，管理網絡系統，具有車輛運行控制、監視以及MVB總線通信調度功能，因此，每輛帶司機室的拖車（Tc）的司機室電氣柜中都有1臺CCU。在正常運行情況下，其中1臺CCU為主控制設備，另1臺為備用設備，備用設備實時監視主控制設備狀態;當主控制設備出現故障時，備用設備將代替主控制設備行使中央控制單元的功能，以保障整個地鐵車輛網絡正常工作;2臺設備切換時間小于2 s，不影響系統正常工作，不影響地鐵車輛正常運營。

（二）司機室人機接口（HMI）

每輛Tc車司機臺上均安裝HMI，通過總線獲取車輛設備信息，實時顯示車輛參數、以及車輛故障信息，可供維護人員監視及操作的人機接口，人機接口還可作為部分車輛參數的輸入接口，可以設置時間、車次、輪徑等參數。

（三）車輛數據及事件記錄器（ERM）

ERM是地鐵車輛信息采集和記錄的關鍵設備，位于司機室電氣柜中，以滾動存儲的方式保存數據（先進先出的原則FIFo）。在正常情況下，2臺ERM同時工作，互為備份，記錄主CCU收發的重要數據以及MVB總線上的故障信息。

（四）遠程輸入輸出模塊（RIOM）

RIoM備安裝在每輛車的電氣控制柜內。遠程輸入輸出模塊完成地鐵車輛各種數字量信號采集、數字量開關信號輸出、模擬量信號采集等工作。其中，模擬量PWM、電壓、電流采集范圍可以根據外部負載的變化進行配置，滿足車輛整體設計要求。

RIOM數量可進行靈活配置，在滿足車輛整體原理設計需求的基礎上，預留了部分設計余量，充分滿足后續功能擴展的需求。

（五）中繼器（RPT）

中繼器是滿足IEC 61375標準的設備，是冗余管理的MVB—EMD中繼設備，為地鐵車輛網絡監控系統的可靠性提供了保障。中繼器可以通過接收到的數據幀識別數據傳輸方向，將數據幀從一個網段中繼傳輸到另一個網段。

RPT的主要功能有：MVB信號再生及放大傳輸;偵測網絡上的信號沖突并進行相應的處理。

三、TCMS關鍵功能介紹

TCMS通過系統各硬件設備以及CCu軟件邏輯實現對地鐵車輛的控制及監視功能，其主要控制功能有：牽引制動指令控制、牽引制動力設定值控制、牽引母線高速斷路器BHB/BLB閉合控制、擴展供電接觸器閉合控制、保持制動緩解指令控制、電制動指令控制。

（一）牽引母線高速斷路器閉合控制

對于第三軌受流的地鐵車輛牽引系統，每個動力單元之間的牽引母線在庫內停車時需要斷開，當地鐵車輛進入到正線運營時，需要將牽引母線貫通，使每個動力單元的電力供應在地鐵車輛通過斷電區時不會中斷。對于高速斷路器的控制難度在于精確地閉合指令時長控制、閉合次數限制、異常動作保護以及故障復位等。

TCMS接收到司機發出的閉合指令后，綜合判斷速度、車輛運行狀態、故障狀態后，作出允許閉合或者禁止閉合指令，并將該指令發送給RIoM的DO模塊，最終控制斷路器閉合、斷開。

（二）擴展供電接觸器閉合控制

地鐵車輛的兩套輔助電源系統為整車的中、低壓負載提供工作電源，在正常情況下，兩套輔助電源系統同時工作，分別為本單元車輛的中、低壓負載供電。當其中一套輔助電源系統工作異常時，另外一套正常工作的輔助電源系統對另半車輛進行擴展供電，承擔起整地鐵車輛的中、低壓負載供電。在進行擴展供電之前，首先要將全車輛的中、低壓負載進行減半處理，確認其處于半載運行模式或者功耗低于半載的其他運行模式后，進行擴展供電。當故障的輔助電源系統恢復正常后，需要撤銷擴展供電指令、撤銷減載指令，恢復正常供電狀態。

在擴展供電動作中，輔助電源系統故障判斷、減載指令發出撤銷、減載狀態確認以及接觸器閉合斷開動作，都是由TCMS的CCU在其軟件邏輯中實現的。

（三）保持制動緩解指令控制

當地鐵車輛停車時，制動系統會自動施加保持制動以確保地鐵車輛靜止;當車輛再次啟動時，應首先緩解保持制動，TCMS的CCu根據牽引系統的牽引狀態以及牽引力大小進行綜合判斷，如果滿足起車條件，將向制動系統發出緩解保持制動指令，避免坡道溜車以及車輛在閘瓦未釋放的情況下啟動，造成閘瓦過度磨耗。

四、TCMS顯顯示屏界面介紹

TCMS顯示屏界面采用QtCreator 4.7軟件工具進行開發，界面共126個，界面共分3級，如圖2所示。

圖2? HMI主要界面分級框圖

界面設計風格簡潔、直觀，顯示信息量大，在“運行”界面中，主要顯示了地鐵車輛運行的各種參數，便于司機對車輛的操控以及對關鍵系統狀態的掌握。在“運行”界面中，上部為車輛狀態欄，中部為主信息顯示區，下部為導航按鈕區。在“網絡”界面中，主要顯示了TCMS的通信狀態，便于檢修、維護人員對TCMS的調試及維護。在“網絡”界面中，綠色的設備表示設備通信正常或者該設備為主設備，黃色的設備表示設備通信正常且為從設備，紅色的設備表示設備通信異常。

五、TCMS的控制邏輯

TCMS的控制邏輯設計是在硬線控制邏輯的基礎上進行的，兩者相互配合，實現整車控制功能。控制邏輯開發流程按照EN 50128執行，開發工具采用Simulink。針對TCMS的功能需求，設計開發了專用的功能模塊庫，具有很大的開放性，使用靈活、便于集成。另外，控制邏輯采用分級、模塊化設計，易于設計和維護，如圖3所示。

圖3? 邏輯開發流程圖

六、結束語

綜上TMCS系統介紹并按照相關標準對MVB—EMD一致性測試;通信協議功能測試;地面聯調等進行了試驗，總體符合要求，但是安全及可靠性有待運營后驗證。