浅谈地铁车辆TCMS系统

廖文彬

摘要：地铁车辆TCMS类似于车辆的神经系统，对各个子系统的设备状态与故障数据通过主控制单元传输到司机室的显示屏并记录下来，让司机了解及掌握车辆的运行状况，以及供维护人员分析维修。本文根据多年工作实践，对地铁车辆的TCMS系统进行阐述。

关键词：地铁车辆;TCMS

前言

某地铁车辆TCMS系统自已设计，硬件由车辆厂家提供。车辆由之前的6辆编组扩为8辆。之前在TCMS架构不变的原则已预留了8辆编组的接口。以下就TCMS设备进行介绍。

一、系统配置

由图1可见，车辆除ATC之外所有的控制器都是通过MVBB.EMD通信接口接入MVB网络。其它牵引控制、车门、信号等系统均有硬线接口，这样方便TCMS出现故障时进行紧急牵引操作。

图1  TCMS系统拓扑结构

二、TCMS设备介绍

（一）中央控制单元（CCu）

CCU作为TCMS的中央控制单元，管理网络系统，具有车辆运行控制、监视以及MVB总线通信调度功能，因此，每辆带司机室的拖车（Tc）的司机室电气柜中都有1台CCU。在正常运行情况下，其中1台CCU为主控制设备，另1台为备用设备，备用设备实时监视主控制设备状态;当主控制设备出现故障时，备用设备将代替主控制设备行使中央控制单元的功能，以保障整个地铁车辆网络正常工作;2台设备切换时间小于2 s，不影响系统正常工作，不影响地铁车辆正常运营。

（二）司机室人机接口（HMI）

每辆Tc车司机台上均安装HMI，通过总线获取车辆设备信息，实时显示车辆参数、以及车辆故障信息，可供维护人员监视及操作的人机接口，人机接口还可作为部分车辆参数的输入接口，可以设置时间、车次、轮径等参数。

（三）车辆数据及事件记录器（ERM）

ERM是地铁车辆信息采集和记录的关键设备，位于司机室电气柜中，以滚动存储的方式保存数据（先进先出的原则FIFo）。在正常情况下，2台ERM同时工作，互为备份，记录主CCU收发的重要数据以及MVB总线上的故障信息。

（四）远程输入输出模块（RIOM）

RIoM备安装在每辆车的电气控制柜内。远程输入输出模块完成地铁车辆各种数字量信号采集、数字量开关信号输出、模拟量信号采集等工作。其中，模拟量PWM、电压、电流采集范围可以根据外部负载的变化进行配置，满足车辆整体设计要求。

RIOM数量可进行灵活配置，在满足车辆整体原理设计需求的基础上，预留了部分设计余量，充分满足后续功能扩展的需求。

（五）中继器（RPT）

中继器是满足IEC 61375标准的设备，是冗余管理的MVB—EMD中继设备，为地铁车辆网络监控系统的可靠性提供了保障。中继器可以通过接收到的数据帧识别数据传输方向，将数据帧从一个网段中继传输到另一个网段。

RPT的主要功能有：MVB信号再生及放大传输;侦测网络上的信号冲突并进行相应的处理。

三、TCMS关键功能介绍

TCMS通过系统各硬件设备以及CCu软件逻辑实现对地铁车辆的控制及监视功能，其主要控制功能有：牵引制动指令控制、牵引制动力设定值控制、牵引母线高速断路器BHB/BLB闭合控制、扩展供电接触器闭合控制、保持制动缓解指令控制、电制动指令控制。

（一）牵引母线高速断路器闭合控制

对于第三轨受流的地铁车辆牵引系统，每个动力单元之间的牵引母线在库内停车时需要断开，当地铁车辆进入到正线运营时，需要将牵引母线贯通，使每个动力单元的电力供应在地铁车辆通过断电区时不会中断。对于高速断路器的控制难度在于精确地闭合指令时长控制、闭合次数限制、异常动作保护以及故障复位等。

TCMS接收到司机发出的闭合指令后，综合判断速度、车辆运行状態、故障状态后，作出允许闭合或者禁止闭合指令，并将该指令发送给RIoM的DO模块，最终控制断路器闭合、断开。

（二）扩展供电接触器闭合控制

地铁车辆的两套辅助电源系统为整车的中、低压负载提供工作电源，在正常情况下，两套辅助电源系统同时工作，分别为本单元车辆的中、低压负载供电。当其中一套辅助电源系统工作异常时，另外一套正常工作的辅助电源系统对另半车辆进行扩展供电，承担起整地铁车辆的中、低压负载供电。在进行扩展供电之前，首先要将全车辆的中、低压负载进行减半处理，确认其处于半载运行模式或者功耗低于半载的其他运行模式后，进行扩展供电。当故障的辅助电源系统恢复正常后，需要撤销扩展供电指令、撤销减载指令，恢复正常供电状态。

在扩展供电动作中，辅助电源系统故障判断、减载指令发出撤销、减载状态确认以及接触器闭合断开动作，都是由TCMS的CCU在其软件逻辑中实现的。

（三）保持制动缓解指令控制

当地铁车辆停车时，制动系统会自动施加保持制动以确保地铁车辆静止;当车辆再次启动时，应首先缓解保持制动，TCMS的CCu根据牵引系统的牵引状态以及牵引力大小进行综合判断，如果满足起车条件，将向制动系统发出缓解保持制动指令，避免坡道溜车以及车辆在闸瓦未释放的情况下启动，造成闸瓦过度磨耗。

四、TCMS显显示屏界面介绍

TCMS显示屏界面采用QtCreator 4.7软件工具进行开发，界面共126个，界面共分3级，如图2所示。

图2  HMI主要界面分级框图

界面设计风格简洁、直观，显示信息量大，在“运行”界面中，主要显示了地铁车辆运行的各种参数，便于司机对车辆的操控以及对关键系统状态的掌握。在“运行”界面中，上部为车辆状态栏，中部为主信息显示区，下部为导航按钮区。在“网络”界面中，主要显示了TCMS的通信状态，便于检修、维护人员对TCMS的调试及维护。在“网络”界面中，绿色的设备表示设备通信正常或者该设备为主设备，黄色的设备表示设备通信正常且为从设备，红色的设备表示设备通信异常。

五、TCMS的控制逻辑

TCMS的控制逻辑设计是在硬线控制逻辑的基础上进行的，两者相互配合，实现整车控制功能。控制逻辑开发流程按照EN 50128执行，开发工具采用Simulink。针对TCMS的功能需求，设计开发了专用的功能模块库，具有很大的开放性，使用灵活、便于集成。另外，控制逻辑采用分级、模块化设计，易于设计和维护，如图3所示。

图3  逻辑开发流程图

六、结束语

综上TMCS系统介绍并按照相关标准对MVB—EMD一致性测试;通信协议功能测试;地面联调等进行了试验，总体符合要求，但是安全及可靠性有待运营后验证。