某型地铁列车控制及监视系统拓扑结构及调试方法

杜朋洁+董利芳+张闯+穆俊斌

摘要：列车控制及监视系统（TCMS）作为城轨列车的“大脑”，是整个列车的核心系统，它控制列车牵引、制动、网络及各个联网子系统的功能，监视相关系统的实时状态并对相应故障做出诊断。文章介绍了某型地铁列车TCMS的拓扑结构及其特点，阐述了TCMS在实车上的调试方法。

关键词：TCMS；地铁列车；控制及监视系统；核心系统；拓扑结构；调试方法 文献标识码：A

中图分类号：U231 文章编号：1009-2374（2016）36-0121-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.060

1 概述

目前，我国城轨列车正朝着自动化、节能化、舒适化的方向发展，为满足这些需求，TCMS的可靠性发挥着重要的作用。TCMS是一种分布式的控制系统，它将分布于列车的智能模块连成一个列车网络，通过信息的传输、记录、诊断，实现控制并监视整个列车状态。为提高TCMS的可靠性，合理的TCMS拓扑结构及调试方法尤为重要。

2 列车总线拓扑结构

2.1 编组方式

此型地铁列车为六辆编组，2/3动力配置。编组形式为：-Tc+Mp+M*M+Mp+Tc-（Tc：带司机室拖车，Mp：带受电弓动车，M：不带受电弓动车，-：全自动车钩，*：半自动车钩，+：半永久牵引杆）。

2.2 网络拓扑结构

此型地铁的TCMS采用分布式总线网络控制技术，划分为两级：列车控制级及车辆控制级。列车控制级总线和车辆控制级总线均采用EMD电气中距离介质的多功能车辆总线（MVB）。MVB在物理层上采用两对冗余的双绞线总线结构，通过总线连接器实现列车各智能子系统与列车中央控制单元（VCU）之间的数据通信。为防止反射及干扰，避免通讯故障，MVB在总线的每一端都设有终端电阻（120Ω）。具体的网络拓扑结构如图1所示。

图1中各英文缩写的具体含义见表1。

2.3 TCMS网络拓扑结构的典型特征及优势

2.3.1 每辆车分别配置两个REP，且两个REP为热备冗余，MVB线的LineA和LineB分别和两个REP连接，能够保证单个中继器故障情况下列车功能不降级。

2.3.2 因DCU/M、DCU/A、BECU设备位于车下，空间设备有限，无法使用MVB专用总线连接器，其他连入TCMS的各智能设备均采用MVB专用总线连接器连接。采用MVB专用总线连接器，优点在于MVB总线的LineA和LineB分别布线，通道完全冗余，保证了列车单个节点故障不影响整列车的网络通信。

2.3.3 将蓄电池监视单元连入TCMS网络中，方便列车司机及维修人员查看蓄电池的实时状态，有效减少蓄电池故障排查的时间。

3 列车TCMS的调试方法

TCMS作为列车的核心系统，其调试分析是列车调试工作中的重点，具体的调试工作划分为以下三个阶段：列车上电前、列车通110V直流电后、列车通1500V高压后。

3.1 列车上电前

3.1.1 DXM和DIM设备地址编码检查。此列车中DXM和DIM设备是利用其电源连接器中引脚短接的形式进行设备地址配置的。因此，在网络设备上电前，需要目视检查DXM和DIM的设备地址是否按照设计文件配置正确，防止因设备地址配置错误引起网络通信故障。

3.1.2 终端电阻测试。列车级通信網络终端电阻测试：断开连接两个中继器的MVB专用连接器，测量连接接口X1的连接器管脚1、2（即线路A通道），其电阻值应为60±10%Ω；测量连接接口X2的连接器管脚4、5（即线路B通道），其电阻值应为60±10%Ω。

车辆级通信网络终端电阻测试：断开连接空调控制器的两个MVB专用连接器，测量连接接口MVB-M2的连接器管脚1、2（即线路A通道），其电阻值应为60±10%Ω；测量连接接口MVB-M1的连接器管脚4、5（即线路B通道），其电阻值应为60±10%Ω。

3.2 列车通110V直流电后

3.2.1 配置AXM设备地址。AXM上电后，利用串口工具按照设计文件配置AXM的设备地址。

3.2.2 上载应用程序。利用以太网线缆及优盘将VCU、ERMe、HMI的应用程序上载到相应的硬件模块中，在HMI的版本信息界面核实应用软件的软件版本是否正确，如图2所示：

3.2.3 检查MVB网络线路的传输质量。准备条件：全部联网子系统上载完应用程序，在HMI的网络拓扑界面确认各连网设备通信正常，如图3所示，HMI的事件信息界面的当前故障无MVB线路故障，如图4所示。

列车级网络线路通信质量测试：将1车或6车VCU模块接口X5处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在VCU模块的接口X5，对车辆通信线路B通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路B通道的通信质量是否合格；将该车VCU模块的接口X6处的MVB专用连接器连接，将其接口X6处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在VCU模块的接口X6，使用MVB分析仪对整个车辆通信线路A通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路A通道的通信质量是否合格。

车辆级网络线路通信质量测试：将1车空调控制器的接口MVB-M2处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在空调控制器的接口MVB-M2，对车辆通信线路B通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路B通道的通信质量是否合格；将该车车厢空调柜中空调控制器的接口MVB-M2处的MVB专用连接器连接，将其接口MVB-M1处的MVB专用连接器断开，使用MVB分析仪连在空调控制器的接口MVB-M1，使用MVB分析仪对整个车辆通信线路A通道上传输数据进行200秒的记录，并对记录的数据检查分析后得到错误帧数据，以此评价线路A通道的通信质量是否合格。按上述步骤分别对2/3/4/5/6车的车辆网络线路通信质量进行的测试。

MVB网络线路的传输质量的合格标准为：列车网络通信线路在200秒的通信时间内错误帧数量小于1个，如图5所示：

通常情况下，导致MVB网络线路的传输质量低的原因有以下4点：（1）连接器制作工艺粗糙，例如连接器双绞线虚接、有毛刺、屏蔽层处理不正确；（2）MVB电缆弯曲半径过小；（3）终端电阻配置错误；（4）设备地址冲突。

3.3 列车通1500V高压后

确认各网络设备及联网子设备的MVB电缆均连接完好，MVB网络线路传输无错误帧后，当列车通1500V高压后，查看VCU是否能正常启动DCU/A、ACU及空压机。

4 结语

列车的TCMS能够实时监控列车的运行状态及故障信息，且在HMI上能够显示列车电气上的DI、DO、AI、AO等信息，这些功能都可以有效地帮助司机和维护人员迅速地做出判断和操作，对提高列车运行的安全系数有很大的帮助，更好地了解TCMS的拓扑结构和调试方法对研究某型列车的控制原理有重要的意义。

参考文献

[1] 陶艳.列车网络控制技术原理与应用[M].北京：中 国电力出版社，2010.

[2] 张津津.西安地铁三号线车辆网络系统分析[J].轨道 交通装备与技术，2015，（5）.

[3] 胡黄水，等.基于多功能车辆总线的网络系统冗余设 计[J].吉林大学学报，2015，53（6）.

[4] 徐红星，张晓.上海13号线列车网络控制系统设计与 研究[J].铁道机车车辆，2012，32（3）.

作者简介：杜朋洁（1988-），女，中车唐山机车车辆有限公司助理工程师，工学硕士，研究方向：城轨列车网络控制。

（责任编辑：王 波）