一種輕軌車無電區受電弓及供電切換控制方法

姜仲昊　何勇　王建強　宋揚

摘要：本文基于國內某在建輕軌項目中含有多個無接觸網區的情況，設計了一種基于列車網絡控制系統控制的受電弓自動升降控制方法，保證在列車通過無接觸網區的過程中便捷、及時、準確的完成受電弓的升降與供電切換功能。

關鍵字：無接觸網;列車網絡控制系統;升降弓;供電切換;

0.引言

在當今提倡低碳城市發展的背景下，有軌電車交通的規劃建設已經成為實現低碳城市的重要一環[1]。然而，基于環境因素與安全因素，某些文物保護區、繁華商業區或特殊路段無法設置接觸網。由于通過這些區域時需要切換供電方式，若僅靠司機進行切換，則難免有誤操作的幾率發生。

本文首先介紹了該輕軌車的列車網絡系統，并基于該系統提出了一種受電弓及供電切換控制方法，使列車能夠在進入與離開無網區前自動切換供電方式，并執行升降弓。

1.?TCMS網絡系統

列車網絡控制系統（TCMS）用于監視車載牽引系統、制動系統和列車內各主要設備的狀態，實現車輛的管理、監視和診斷功能。TCMS車輛總線采用符合IEC61375標準的CANopen總線和實時以太網總線，列車總線采用了WTB總線，其中主控單元具有熱備冗余功能，能夠最大程度的確保系統安全。

列車為5輛編組，兩動兩浮一拖形式，編組方式：-Mc+F+Np+F+Mc-。

TCMS系統所屬設備主要包括中央控制單元VCU，主要用于實現車輛的CANopen總線管理與列車運行控制功能;數據記錄儀ERM，用于實現了故障數據與運行數據的記錄功能;遠程輸入輸出模塊RIOM，用于實現TCMS與車輛硬線信號的交互（硬線信號的輸入與輸出）;顯示屏DDU，用來顯示車輛及子系統的狀態及提供人機交互的接口;WTB網關，用于實現了列車總線WTB和車輛總線實時以太網之間的轉換功能;牽引、輔助等子設備配置作為示意。

列車數據記錄儀用于記錄列車主要設備的運行狀態和故障信息，并可通過便攜式測試單元PTU讀取與解析。TCMS系統車輛級總線VCU、RIOM等均具備兩路CAN接口，可以同時采集2路CAN總線的數據，能夠避免數據在2路CAN總線的轉發，降低負載的同時提高了冗余性能。

WTB網關、DDU、ERM在車輛級總線級別采用了以太網總線，通過WTB網關集成的機箱進行連接，采用以太網總線連接可以大幅度的提升車輛總線級別的傳輸效率，并可以有效的降低總線負載。以兩車重聯為例，WTB最大可傳輸雙向128字節，結合既往項目經驗，在250Kbit/s的波特率下，可有效的降低負載率，保證各個總線段上的負載率小于40%。

2無電區切換功能描述

根據供電模式狀態以及受電弓狀態的不同排列組合，總共有四種狀態，分別為：CM+弓降;CM+弓升;CFM+弓降;CFM+弓升。四種狀態的轉換關系如下圖所示：

根據實際線路情況，可將無電區分為有網無電區與無網無電區兩種情況，具體控制方式如下。

2.1有網無電區間功能

車輛初始上電后，初始狀態為受電弓供電模式（CM），受電弓處于弓降到位的狀態，即CM+弓降模式;車輛手動升弓后，車輛的模式轉化為CM+弓升模式;當車輛從有電區進入無電區時，在離開有電區會前會提前收到儲能供電模式（CFM）請求指令，該信號由位置檢測系統發給TCMS，接收到該指令后，牽引系統進入CFM模式，由超級電容對車輛進行供電。此時車輛由CM+弓升模式轉化為CFM+弓升模式。車輛通過有網無電區后，進入有網有電區，車輛收到位置檢測系統發出的CM模請求指令（CFM指令為低電平時），牽引系統退出CFM模式，此時車輛處于CM+弓升模式;

2.2無網無電區功能

列車經過該路段前，車輛處于CM+弓升狀態。在列車離開有電區之前，TCMS系統會收到位置系統發送的“CFM模式請求”信息，并向TCU發送進入超級電容模式的指令，使牽引系統進入CFM模式，此時處于CFM+弓升模式;TCMS系統檢測位置系統發送的“降弓請求”信息后，系統將在條件滿足的情況下輸出降弓指令，此時車輛將處于CFM+弓降模式。TCMS系統接收到“升弓請求”信息后，系統將在條件滿足的情況下輸出升弓指令，此時車輛將處于CFM+弓升模式。列車進入有網有電區時，TCMS會收到位置檢測系統發出的CM模式請求指令，系統將向牽引系統發送退出CFM模式指令，此時車輛處于CM+弓升模式;

3.總結

列車通過無電區時，為保障安全，操作人員需要進行升降弓操作與供電方式切換。本文提出了一種基于列車網絡控制系統的無電區受電弓及供電切換控制方法，能夠安全、有效的保證列車在通過無網區時供電與受電弓的按時切換，減少操作人員誤操作帶來的風險。

參考文獻

[1] 錢才云， 周揚. 從城市設計層面促進城市有軌電車交通發展的必要性與策略研究[J]. 華中建筑， 2017（5）.