一種市域車輛平臺網絡控制系統

于盼龍　周安德　李庭芳

摘 要：列車網絡控制系統是一種用于控制、通信、監視整列車的車載計算機系統，它是列車的神經系統和指揮中樞，實現各子系統信息傳輸共享，協調中央控制系統與各子系統的控制、監視與診斷任務，匯總各子系統工作狀態和故障診斷信息，提供信息顯示和人機交互接口，完成整車級的控制、故障診斷、狀態監視等工作。

關鍵詞：市域車 網絡控制系統 DTECS平臺 MVB總線

中圖分類號：U271.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0159-03

隨著城市范圍的不斷擴大，城市群的形成使傳統的地鐵系統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運而生。它拉近了中心城與市域組團以及組團之間的距離，具有大載客量、快起快停、快速通過、既可高速連續運轉又可短時大扭矩工作的典型特征，成為當前城市軌道交通發展的新熱點。

本文所介紹的市域列車網絡控制系統，采用基于分布式列車網絡控制系統（DTECS）的平臺，特別適合軌道交通車輛的車載網絡控制和診斷，由于采用模塊化設計，使得系統的構成十分靈活，不但可以顯著減少系統布線距離，而且容易將來對系統的擴展。本文主要從系統構成、系統功能等多方面對市域列車網絡控制系統進行介紹。

1 系統構成

1.1 網絡拓撲

以某型市域車輛平臺為例，列車采用8輛編組，6動2拖，編組配置為Mc+T+M+M+M+M+T+Mc。網絡控制系統分為兩級網絡結構，列車控制級總線和車輛控制級總線均采用雙通道冗余的EMD電氣中距離介質的MVB多功能車輛總線，符合IEC 61375最新標準的要求；中繼模塊REP作為列車級總線和車輛級總線的網關，實現列車級總線到車輛級總線的數據轉發功能。同時設以太網環網貫穿全車，用于維護、檢修以及信息化功能，同時用于傳輸列車運維數據，方便進行車輛的實時跟蹤、故障實時分析、診斷。

不論是列車級總線還是車輛級總線，物理上的連接采用兩路通信線的冗余結構，當某一路通信線路出現故障時，系統可以自動切換到另一路通信線路。它們對有關的關鍵區域提供部分冗余，即在列車控制單元、列車總線或車輛總線故障時，不會導致列車牽引停止。若單節車輛總線發生故障，不影響其它車輛總線的工作狀態。單個部件故障不影響整車運行。列車控制由列車通信網絡和列車硬線聯合完成，優先采用網絡控制技術，列車硬連線作為列車運行和安全的補充措施。MVB總線介質為雙絞屏蔽線纜，通信速率為1.5Mbit/s，傳輸距離大約為200m。

列車設置了一條獨立的以太網并配置網關，每節車輛均設置以太網交換機。列車上各子系統控制器通過以太網連接到列車維護網絡，為走行部監測系統、車門監測、空調監測、網軌檢測、牽引輔助、制動控制等子系統專業提供數據傳輸通道，通過設置在列車兩端的數據采集系統，實現數據車地無線實時傳輸；同時維護人員可通過設在司機室的維護端口訪問各子系統，進行故障相愛在、在線監控與測試等維護工作。列車網絡系統拓撲示意圖如圖1所示。

1.2 設備配置及冗余設計

網絡控制系統設備主要有網關模塊、輸入輸出模塊（包含數字量輸入輸出模塊、數字量輸入模塊、模擬輛輸入輸出模塊）、事件記錄模塊、中繼器、以太網交換機、顯示器等。為提高網絡傳輸的穩定性和安全性，列車控制系統將在多個方面實現冗余。

（1）列車在每個頭車上各安裝1臺網關模塊、事件記錄模塊等重要設備，互為冗余。當主設備故障的情況下，從設備將自動接管工作，列車可繼續運營。

（2）每節車輛設置2個中繼器，A路、B路通道通過單獨的中繼器進行冗余工作。

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

（4）當列車網絡發生故障時，司機可激活緊急牽引，實現列車的基本運行功能。

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

2 系統功能

列車網絡控制系統能夠實現信息傳輸、控制和顯示、故障診斷、故障預警、用戶支持等功能，從而把證列車安全可靠的運行。

2.1 信息傳輸功能

列車網絡控制系統對列車級總線、車輛級總線以及以太網總線進行控制和管理，按照通信協議完成列車數據、車輛數據的組織和轉發，實現列車控制、顯示屏的顯示、故障和狀態信息以及故障和事件記錄等功能。

2.2 控制與顯示功能

列車網絡控制系統能實現列車牽引/制動控制、再生制動特性控制、列車/車輛總線管理、顯示器控制、防滑/防空轉保護控制、壓縮機和空調機組順序啟動控制、緊急牽引控制、數據轉儲及自動過分相等邏輯控制功能。

在每節頭車司機操縱臺上設置1臺彩色顯示觸摸屏，為司機提供圖形化的顯示界面，向車輛駕駛人員和維護人員提供車輛綜合信息和設備工作狀態；主要實現列車運行狀態監視、故障存儲、部分列車設置功能（輪徑設置/時間設置等）、故障信息的綜合與處理等功能。

其運行模式操作流程如圖2所示。

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

（2）給司機顯示列車的基本運行數據、故障和評估，以及列車狀態信息。

（3）給維修人員顯示故障信息的記錄及已定義的環境條件，利于維修。

可以進行列車運行時加速度、減速度、制動距離等基本參數的功能測試。通過USB接口，將故障信息轉儲地面進行統計、分析。

（4）故障報警信息，應包含故障代碼、故障名稱、故障類型、車號、故障設備的名稱、故障發生/恢復的日期和時間、同類故障統計數、公里數及相關的環境數據。嚴重故障時顯示屏還應發出聲光報警。另外，當列車出現故障時，診斷系統可以根據環境數據進行綜合判斷，并在顯示屏提示最優的處理指引。

2.3 故障診斷功能

車載故障診斷系統是列車控制系統的一個重要組成部分，完成車載各部件故障數據的采集、分析、轉儲和顯示功能。故障信息在司機臺上通過HMI顯示，并且可以通過PTU上傳到地面維修和服務系統中，供長期的儲存和深入的地面分析。

列車網絡控制系統診斷功能可以協助司機和檢修人員進行工作。當故障發生時，協助司機采取適當的操作，顯示司機實施操作的指導說明，并使維護人員更容易地查找并解決故障。

對于維修工作，除了可直接利用司機顯示器外，還能夠通過服務接口（串行/USB/以太網接口）將存儲在顯示器中的存儲數據傳輸到普通的個人計算機。在個人計算機中借助專用的專家分析軟件對故障數據進行分析。對重要的故障信息的記錄給出跟蹤數據，并通過分析數據記錄能顯示出連續的數據曲線圖形。

2.4 故障預警功能

地面運維中心通過WTD接收列車傳送的數據信息并進行分析、診斷及健康評估，從系統或狀態部件大數據及故障機理模型中預測故障趨勢，并根據預定的各種參數指標極限值/閾值來提供故障預警，給出列車當前運營建議，減少列車正線發生故障的概率，提高運行安全性、可靠性。

2.5 用戶支持

（1）在線監視讀取。通過列車以太網，利用便攜式測試單元（PTU）軟件，對連接到以太網的各子系統狀態、運行參數、故障等進行實時數據讀取以及實時監控記錄。

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

（3）遠程維護。系統能夠遠程在線監視列車總線傳送的數據，遠程單點更新車載所有連接到以太網的智能設備的程序，遠程單點下載車載所有連接到以太網的智能設備的數據，并通過PTU可實現對列車的遠程維護。

3 結語

某型市域車輛平臺列車網絡控制系統基于DETCS平臺，采用模塊化設計手段，構建了完整的拓撲結構，實現了列出控制及信息顯示、故障診斷等功能；通過冗余設計和故障導向安全設計，保障了系統穩定性、可靠性。采用以太網技術，把列車各智能設備連接到以太網交換機上，通過WTD將數據傳輸到地面進行存儲、分析以及大數據挖掘，從而提高車輛的實時監控水平和車輛狀態評估能力，提高運維體系以及人員對車輛故障的響應速度和處理能力。

參考文獻

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