一种轻轨车无电区受电弓及供电切换控制方法

姜仲昊　何勇　王建强　宋扬

摘要：本文基于国内某在建轻轨项目中含有多个无接触网区的情况，设计了一种基于列车网络控制系统控制的受电弓自动升降控制方法，保证在列车通过无接触网区的过程中便捷、及时、准确的完成受电弓的升降与供电切换功能。

关键字：无接触网;列车网络控制系统;升降弓;供电切换;

0.引言

在当今提倡低碳城市发展的背景下，有轨电车交通的规划建设已经成为实现低碳城市的重要一环[1]。然而，基于环境因素与安全因素，某些文物保护区、繁华商业区或特殊路段无法设置接触网。由于通过这些区域时需要切换供电方式，若仅靠司机进行切换，则难免有误操作的几率发生。

本文首先介绍了该轻轨车的列车网络系统，并基于该系统提出了一种受电弓及供电切换控制方法，使列车能够在进入与离开无网区前自动切换供电方式，并执行升降弓。

1. TCMS网络系统

列车网络控制系统（TCMS）用于监视车载牵引系统、制动系统和列车内各主要设备的状态，实现车辆的管理、监视和诊断功能。TCMS车辆总线采用符合IEC61375标准的CANopen总线和实时以太网总线，列车总线采用了WTB总线，其中主控单元具有热备冗余功能，能够最大程度的确保系统安全。

列车为5辆编组，两动两浮一拖形式，编组方式：-Mc+F+Np+F+Mc-。

TCMS系统所属设备主要包括中央控制单元VCU，主要用于实现车辆的CANopen总线管理与列车运行控制功能;数据记录仪ERM，用于实现了故障数据与运行数据的记录功能;远程输入输出模块RIOM，用于实现TCMS与车辆硬线信号的交互（硬线信号的输入与输出）;显示屏DDU，用来显示车辆及子系统的状态及提供人机交互的接口;WTB网关，用于实现了列车总线WTB和车辆总线实时以太网之间的转换功能;牵引、辅助等子设备配置作为示意。

列车数据记录仪用于记录列车主要设备的运行状态和故障信息，并可通过便携式测试单元PTU读取与解析。TCMS系统车辆级总线VCU、RIOM等均具备两路CAN接口，可以同时采集2路CAN总线的数据，能够避免数据在2路CAN总线的转发，降低负载的同时提高了冗余性能。

WTB网关、DDU、ERM在车辆级总线级别采用了以太网总线，通过WTB网关集成的机箱进行连接，采用以太网总线连接可以大幅度的提升车辆总线级别的传输效率，并可以有效的降低总线负载。以两车重联为例，WTB最大可传输双向128字节，结合既往项目经验，在250Kbit/s的波特率下，可有效的降低负载率，保证各个总线段上的负载率小于40%。

2无电区切换功能描述

根据供电模式状态以及受电弓状态的不同排列组合，总共有四种状态，分别为：CM+弓降;CM+弓升;CFM+弓降;CFM+弓升。四种状态的转换关系如下图所示：

根据实际线路情况，可将无电区分为有网无电区与无网无电区两种情况，具体控制方式如下。

2.1有网无电区间功能

车辆初始上电后，初始状态为受电弓供电模式（CM），受电弓处于弓降到位的状态，即CM+弓降模式;车辆手动升弓后，车辆的模式转化为CM+弓升模式;当车辆从有电区进入无电区时，在离开有电区会前会提前收到储能供电模式（CFM）请求指令，该信号由位置检测系统发给TCMS，接收到该指令后，牵引系统进入CFM模式，由超级电容对车辆进行供电。此时车辆由CM+弓升模式转化为CFM+弓升模式。车辆通过有网无电区后，进入有网有电区，车辆收到位置检测系统发出的CM模请求指令（CFM指令为低电平时），牵引系统退出CFM模式，此时车辆处于CM+弓升模式;

2.2无网无电区功能

列车经过该路段前，车辆处于CM+弓升状态。在列车离开有电区之前，TCMS系统会收到位置系统发送的“CFM模式请求”信息，并向TCU发送进入超级电容模式的指令，使牵引系统进入CFM模式，此时处于CFM+弓升模式;TCMS系统检测位置系统发送的“降弓请求”信息后，系统将在条件满足的情况下输出降弓指令，此时车辆将处于CFM+弓降模式。TCMS系统接收到“升弓请求”信息后，系统将在条件满足的情况下输出升弓指令，此时车辆将处于CFM+弓升模式。列车进入有网有电区时，TCMS会收到位置检测系统发出的CM模式请求指令，系统将向牵引系统发送退出CFM模式指令，此时车辆处于CM+弓升模式;

3.总结

列车通过无电区时，为保障安全，操作人员需要進行升降弓操作与供电方式切换。本文提出了一种基于列车网络控制系统的无电区受电弓及供电切换控制方法，能够安全、有效的保证列车在通过无网区时供电与受电弓的按时切换，减少操作人员误操作带来的风险。

参考文献

[1] 钱才云， 周扬. 从城市设计层面促进城市有轨电车交通发展的必要性与策略研究[J]. 华中建筑， 2017（5）.