動車組列車控制管理系統簡述

摘要：介紹了動車組列車控制管理系統的基本構成以及主要功能，闡述了動車組列車控制管理系統的冗余設計要點，為動車組列車控制管理系統設計提供了參考。

關鍵詞：動車組;列車控制管理系統;TC CCU;TDS CCU

0 引言

列車控制管理系統（TCMS）是用于控制、監督和管理列車及各子系統的分布式電腦系統，可直接或間接地通過離散的輸入輸出單元（MIO）監控隨車系統以及與列車通信網絡連接的子系統。TCMS系統由帶車輛控制應用軟件的智能硬件裝置組成，它通過列車控制網絡（TCN）實施控制和監管功能;TCMS系統為列車及其子系統主要提供以下功能：網絡通信功能、控制功能、監測功能、診斷功能、可視化功能、遠程數據傳輸功能。

TCMS系統網絡控制如圖1所示。

TCMS系統的優勢：（1）可以降低動車運行成本;（2）系統整合容易，安裝簡單，可以快速被動車組工作人員所掌握;（3）系統所用材料少;（4）動車組可以根據運行需求，進行TCMS系統功能的變更與添加，提高了動車組運行操作的便捷性;（5）重量輕;（6）系統可靠性強，可保障動車組的安全運行。

TC CCU（控制系統）和TDS CCU（診斷系統）是TCMS系統的重要組成部分，二者可以根據不同的設計需求設計不同的系統功能，TC CCU是負責控制列車運行中各種數據的系統，既負責整合車輛車載設備信息，又控制動車組各系統的運行模式。TDS CCU對動車組各系統的運行進行監控，并進行系統故障診斷，提高了動車組運行的可靠性、安全性，保障了動車組列車運行的穩定性。TC CCU和TDS CCU具有平臺分割機制，可以為動車組提供安全保障、操作保障與舒適度保障。安全保障是指TC CCU和TDS CCU可以提高整個動車運行安全水平，例如通過控制或監視功能，對動車組的運行進行控制與監視，保障動車組的安全運行。操作保障是指通過控制功能、車載設備監視功能以及相關的輔助功能，保障動車組操作的科學化與便捷化。舒適度保障是指在有需要時通過控制車輛所有非關鍵功能、車輛診斷功能、車載車輛管理功能以及相關輔助功能，為動車組運行提供更多的便利，提升乘客的舒適度。

1 列車控制管理系統的基本構成

動車組列車控制管理系統由GW（網關）、CCU-O（車輛控制器-控制）、CCU-D（車輛控制器-診斷）、HMI（人機顯示屏）、MIO（I/O單元）等控制設備組成。

2 列車控制管理系統的控制和診斷功能

2.1? ? CCU網絡管理

CCU是用來實施列車控制的主要元件，它通過列車MVB網絡來對本單元組的各個系統進行控制和監視。每個列車基本單元都配備一個冗余中央計算單元運行系統，起到控制和監測的作用。每輛動車在運行過程中，每輛端車的司機室內都有2個CCU，即每個牽引單元有2個CCU，其中一個CCU在主方式下工作，另一個CCU在從方式下工作，負責對整輛列車的網絡控制，對動車組運行進行嚴密監督，保證動車組運行的安全、穩定性。

2.2? ? 供電系統控制

TCMS系統對高壓系統的控制包括：控制受電弓升降，控制主斷路器、主變壓器、牽引變流器以及輔助變流器等供電設備的工作，并監視它們的工作狀態。例如，電力動車組分為直流電動車和交流電動車，動車組上的電能來自于軌道上方的電網，即接觸網，一般采用25 kV、50 Hz的單相交流電。動車組通過其車頂的受電弓將電流傳遞到動車組牽引系統，再經過變流器將25 kV、50 Hz的單相交流電變換成合適的電壓為動車組提供動力，并為輔助供電系統供電。運用TCMS網絡系統對動車組進行控制，可以實現動車特性控制、邏輯控制、故障監視和自我診斷功能，并將信息傳送到司機操縱臺的微機顯示屏上，直觀顯示動車運行狀態，使司機可以全面了解動車組運行狀況，及時發現并處理動車組在運行過程中出現的問題，保證動車組供電系統的可控性。

2.3? ? 車載電源控制

TCMS系統對直流充電機和蓄電池的運行狀態進行控制和監測，并通過網絡對充電機和蓄電池發出控制命令，監視它們的運行狀態。

2.4? ? 牽引控制

TCMS系統通過與牽引系統控制器通信，向牽引系統發出控制命令，并監視牽引系統各設備的工作狀態，記錄并顯示牽引系統發生的故障。

2.5? ? 制動控制

TCMS系統通過與制動系統控制器通信，向制動系統發出制動力需求控制命令，監視制動系統各部件的工作狀態，記錄并顯示制動系統發生的故障。

2.6? ? 塞拉門控制

TCMS系統通過與塞拉門系統控制器通信，向塞拉門系統發出開關門指令，并監視各個塞拉門的工作狀態，記錄并顯示塞拉門系統發生的故障。

2.7? ? 空調控制

TCMS系統通過與空調系統控制器通信，向空調系統發出工作模式指令，使空調系統能夠根據指令運行在相應的工作模式;同時，監視空調系統部件的工作狀態，記錄并顯示空調系統發生的故障。

2.8? ? 診斷功能

TCMS系統可以通過診斷控制器來診斷和記錄車輛故障。診斷控制器和TCMS系統互相通信交換數據，并通過HMI（人機顯示屏）顯示，可以通過本地下載和遠程傳輸的方式把信息傳遞到服務器內，方便對故障的查找和分析。

3 高速動車組列車控制管理系統的冗余設計

為了滿足動車組的高速運行需求，國內高速動車組TCMS系統的控制設備使用了雙網關、雙HMI、雙中央控制處理器，關鍵數字輸入/輸出單元模塊也做了雙備份。

當列車運行時，每種網絡控制設備都處于工作狀態，雙備份的網絡控制設備一個處于主控狀態，另一個處于熱備狀態;處于主控狀態的網絡控制設備，對列車以及子系統發出工作指令，并對列車的運行狀態進行數據處理;處于熱備狀態的網絡控制設備，對列車的指令和運行狀態只監不控;當主控設備發生故障時，處于熱備狀態的網絡設備會立刻接管列車的控制權，轉變為主控狀態。

動車組網絡控制系統的雙備份冗余設計理念，確保了動車組可以安全、高效、可靠地運行在祖國的大江南北，不會因為其中一個網絡控制設備發生故障而影響動車的正常運行，為動車組的高速、安全、可靠運行提供了技術保障。

4 結語

列車控制管理系統主要負責傳輸列車控制指令，監視列車運行狀態以及診斷列車故障，是保證列車正常運行不可或缺的關鍵系統之一，為動車組運行提供了更多的便利，提升了乘客的舒適度。

[參考文獻]

[1] 張力，藍伯雄.基于旅客選擇的高速鐵路客運收益管理研究[J].運籌與管理，2012（2）：116-125.

[2] 張新麗，范蓉.改進的蟻群聚類算法在電信CRM客戶細分中的應用[J].移動通信，2011（22）：84-88.

[3] 單杏花，周亮瑾，呂曉艷，等.鐵路旅客列車票額智能預分研究[J].中國鐵道科學，2011（6）：125-128.

收稿日期：2020-07-07

作者簡介：王帆（1999—），女，河北唐山人，研究方向：機電工程領域的自動化控制、機械人測控。