城轨车辆通信控制系统

项目描述：城市轨道交通电客列车的主要列车管理服务系统：

通信控制系统

列车监测与控制系统

乘客信息系统

火灾报警系统

通信控制系统是将电客列车的各个子系统及相关外部控制电路的信息，进行读取、编码、通信传递、数据逻辑运算及输出控制的一个计算机网络系统。

该系统就好比人类的神经系统，能通过手和眼睛对自身所处的状态、外部环境进行感知和控制，并对不同情况做出反应。

在电客列车上，该系统对列车的供电状况、运行速度、列车运行模式等状态信息进行实时的监控和识别，并根据读取到的列车驾驶员发出的指令信息，对列车上各个子系统发出相关控制指令，进而使各子系统产生相应的调整，实现对电客列车的有效控制。项目描述：项目描述：列车监测与控制系统（TCMS），属于“列车管理系统”，目的是整合各个与“控制和监测系统”相关功能，完成列车的自动化、智能化，系统关联图如图6-1所示。通过电客列车各个系统的交互完成系统检测和控制；通过乘客信息系统输出终端向乘客发送相关服务信息；通过司机室人机界面反映列车自身的状态、数据，便于操作人员对车辆操控和维护；各系统共同完成对车辆的控制、防护和监控，完成对乘客服务信息提示和舒适化环境控制的服务管理。驾驶乘客信息照明电力分配事件记录空调车门制动牵引维护列车自动控制系统项目描述：图6-1TCMS列车监测与控制系统关联图学习任务：任务一电客列车通信控制系统系统作用：使各个相关的功能整合在列车中，完成列车的自动化、智能化，储存设备故障信息，协助维护检修作业。图6-2列车通信控制系统框图一、列车通信控制系统功能原理

列车通信控制系统采用：电子控制设备和串行数据通信

依靠：网络连接各子系统的控制设备（一）列车通信控制系统功能1.车辆控制用的信息，如列车牵引控制类和车辆功能控制类；2.列车故障诊断信息；3.乘客服务信息。列车通信控制系统传输信息大致分为三类：任务1列车通信控制系统通过输入端口及故障诊断软件的运算，对列车各子系统的实际运行状态进行监控和判断。如发生异常情况，实时显示在人机界面（MMI），以便司机及时观察并应急处理；记录和存储相关数据，方便车辆维修人员及时查阅并处理，从而保证行车安全。（二）列车通信控制系统原理任务11.列车通信控制系统首先读取和传输司机的控制指令，并按照所获得指令信息进行相应的输出，保证列车各子系统按一定的要求正常运行。例如，当司机操纵驾驶控制器手柄至牵引位时，列车控制单元（VTCU）通过AX模块和DX模块读取相关牵引指令信息，并判断其他相关回路是否正常，如正常，则将指令信息传递给牵引逆变器，控制牵引电机输出，列车实现牵引动车。2.通过乘客信息系统向乘客发送如站名、提示等相关服务信息，以方便乘客出行。（三）列车通信控制系统数据传输原理1.过程数据（PV）包括：全部有关能找到该变量的数据，存储器号码，端口内地址的偏移量，过程变量类型和长度，校验位的偏移量。主要特点：数据实时传输，数据长度短，反映车辆运行状态，周期性更新，格式固定，不需被确认。任务12．信息数据（MD）

在列车范围内按一般的传输协议，在两个设备间交换，各装置、功能组群被赋址，较大信息能自动地分割到数据包并确认传输。主要特点：没有实时要求，不限制长度，表述一个事件，需要给出确认。3.条件数据（CD）

主要指列车本身的基本外设参数，如时钟信息、列车轮径数据等。二、列车通信控制系统的控制（一）系统单元构成VTCU位于每个司机室内，管理整个列车的网络通信，并监控车辆设备的状态。VTCU包括两套互为冗余的VTCU1/VTCU2装置。正常运行情况下，系统随机选择一套作为主控设备，另一套热备监视主控设备的状态，当主控设备出现故障时，备用设备将代替主控设备，行使列车中央控制单元的功能，保障整个列车正常运行。1．列车控制单元（VTCU）2．输入输出单元（DXM、AXM）3．总线耦合单元（BCM）4．显示器（MMI）5．事件记录仪(ERM)6．无线传输装置(TSC1)7．PTU（便携式维护工具）

通过配置适量的数字量输入输出模块（DXM）和模拟量输入输出模块(AXM)，就近放置在信号采集场合，完成控制信号的采集和输出。

总线耦合单元，实现MVBESD+和EMD的通信介质转换，实现车辆间MVB总线连接。MMI显示器位于司机操纵台，采用符合人机工程学原理设计，高分辨率图形显示及一个触摸屏系统。ERM装在每个司机室内。ERM自身有闪存FLASH作为存储体用于记录列车状态。它可以通过高速以太网将记录数据下载到地面设备或无线传输装置。

无线传输装置(TSC1)装在每个司机室。TSC1具有GSM/GPRS和802.11B三种无线通信接口，少量的实时信息通过GSM/GPRS传送到地面，大量的记录信息在列车回库后，通过无线局域网802.11B传送到地面。PTU包括笔记本电脑（WindowsPC）和打印机。PTU与通信控制系统单元连接后，记录数据可从通信控制系统单元下载到PTU，并在PTU显示器上显示及打印机打印。表6-1列车牵引/制动控制的硬连线备份表列车硬连线信号数量

描

述

牵引/制动2在备份模式下的用于牵引/制动的列车线备用指令信号1、22在备份模式下的用于牵引/制动力参考信号的二位编码列车线紧急牵引1启动备用模式合HSBC1备用模式下，控制HSBC紧急停车1断开主电路，关闭变流器

紧急制动1司控器紧急制动牵引安全1表明准备启动（门已关闭，所有制动均已缓解等），允许牵引行车方向，向前1表明向前行驶行车方向，向后1表明向后行驶（二）列车控制系统控制

10大控制功能

列车控制系统（TCC）功能框图如图6-3所示。1．牵引/制动控制列车运行控制系统（TCC）原理1.列车控制系统TCC通过车辆总线MVB向DCU和BECU传输信号。2.当司机操纵司机钥匙置“ON”位上时，激活司机室为主控室。如果同时有两司机钥匙处在激活位，则VTCU控制车辆于禁行状态。3.司机操纵司机驾驶器选择行驶方向，如果置“F”位，行驶方向为向前。如果置“R”位，为向后行驶。开关处“0”位，则没有行驶方向。4.来自司控器和ATO的牵引/制动参考信号通过司机台上AXM单元不同的AI通道读入到VTCU单元，VTCU将其进行处理加工后再传送到牵引逆变器。5.“备用指令信号1、2”用于备用模式，每一位代表牵引和制动的参考信号。“紧急牵引”：按下则启动备用驾驶模式。备用模式下不启用电制动。牵引安全列车线：用于表明列车已做好了起动前的准备。若起动准备未做好，此列车线可直接封锁驱动控制单元DCU输出的触发脉冲。不含任何软件控制。司控器“警惕”按钮。列车将自动实施紧急制动。解除：司控器把手推到惰行位，然后牵引，制动解除。“洗车模式”：控制列车速度保持3km/h

。再按此按钮，解除速度保持。列车运行控制系统（TCC）按钮作用2．空电联合制动控制

控制目的：TCC与BECU协调，提高乘坐平稳性。工作原理：TCC将来自司控器或ATO制动命令传输给BECU和DCU。在尽可能发挥

列车电制动力的基础上，BECU补充空气制动力，以满足总制动力要求。3．HSCB控制TCC传输司机室HSCB合命令，对全车HSCB进行合闸控制。图6-4合HSCB命令数据流（二）列车控制系统控制

4．扩展供电控制

当同时满足（1）ACU严重故障（2）ACU接触器未合两个条件时，TCC自动输出“扩展供电接触器合”命令并合接触器。

当发生ACU严重故障，TCC保持输出信号直到TCC关闭。

5．距离和速度的集中控制TCC根据制动系统的速度信息计算每辆车的速度，取中间值作为列车速度，每辆车一个速度数据。计算列车运行距离。

6．超速保护

牵引模式下当列车运行速度超出固定值时，TCC通过软件逻辑切除牵引命令，并作为超速保护的备份。（二）列车控制系统控制TCC传输10秒宽的空调启动信号作为空调系统的启动命令。

当TCC检查到空压机启动命令时，将10秒宽改为13秒，多3秒允许空调启动，未启动的空调系统接收到自己的启动代码时自行启动。ABCCBA启动触发123456图6-5空调启动触发命令顺序7．空压机和空调启动控制（二）列车控制系统控制图6-6空调系统启动触发控制数据流

（二）列车控制系统控制

8．空调控制TCC在电源完全工作后，自动给空调系统产生模式命令。也可通过维护人员操作触摸屏给空调系统传输命令。9．乘客信息系统（PIS）控制

当TCC向PIS传输运行信息时，TCC提供有指定运行信息的数据库，搜索运行条件，将目的站作为人工操作在TCC上显示，并通过运行距离在数据库中识别出运行参数，并传输给PIS，PIS实时显示到站等信息。

10．隔离、联锁和复位功能（1）任何车执行了停放制动，停放制动启动联锁动作；（2）任何车执行了常用制动，常用制动启动联锁动作；（3）任一主风缸（MR）压力低于某值时，主风缸低压启动联锁动作；——出现以上三种情况之一，TCC都将切除DCU牵引命令。操作TCC显示器可实现旁路。（4）牵引设备隔离

TCC传输“DCU隔离”给DCU。当故障DCU接收到隔离命令时将隔离一架或两架动力，DCU隔离命令数据流如图6-7所示。（二）列车控制系统控制

图6-7DCU隔离命令数据流（三）输入输出单元控制

其中：X表示输入/输出，D表示数字型，A表示模拟型模块类型：DX模块AX模块1．数字式输入输出模块（DX）图6-8含有终端电阻的外部连接器插销2．模拟式输入输出模块（AX）

与MVB网络的连接包括了两个9针D-sub连接器，X1和X2，针分布相同接口类型相反。每个与MVB网络连接的单元都有一个唯一的12位地址。地址位4-11被内部上拉电阻强加+5V的电压，这意味着设备地址位有一个默认值“1”。通过使用外部桥，地址位4-7可以选择连接逻辑地。地址位0-3为总是接在逻辑地即不允许跨接使用。终端插不为OPTOMVB线提供任何终端电阻。总线段终端必须连接在包含有终端电阻的外部连接器插销。其外形如图。AX模块的外型、总线连接方式及插头结构均与DX模块相同，仅所对应的输入输出变量为模拟量，可以是电压或是电流。输入通常用来测量直流信号，也可以用来测量频率在16-50Hz的交流信号。输出通常用来控制警告终止继电器，故障状态下首先使用，也可在故障状态下切断电源。（四）人机界面（MMI）系统运行状态的显示其中：IDU为全图像化10.4寸VGA显示,带触摸屏的彩色液晶显示器,基于奔腾I计算机，操作系统OS/LINUX，64MCF存储卡，RS422连接，VTCU由车辆蓄电池直接供电，自然散热，自动背光控制。

1．人机界面简介智能显示单元（IDU）串行接口（RS422）列车控制单元（VTCU）的9/X22接口图6-9MMI连接示意图图6-10MMI驾驶模式的界面

1．人机界面简介司机室的MMI显示界面：驾驶模式、检修模式，语言环境：中文或英文驾驶模式下进入“事件”菜单后，显示：第一列为事件分类；第二列为日期；第三列为时间；

第四列为简短说明。如再点击“Activity”，则进入故障处理指南。图标用颜色变化显示不同状况：图标变成红色，表明对应系统故障。例如车门：灰蓝—正常，关门状态；

闪烁的灰蓝—正常，开门状态；

黄色—门切除状态；

红色—功能失效；

黑色——紧急开门。

2．司机显示器的启动每个司机室有一个显示器。受控司机室内的显示器激活，则另一个司机室内的显示器不能被激活。主控制器钥匙开关转到“ON”位置，显示器被激活，显示屏亮，表明此屏可通过触摸屏接受指令。显示器为非激活状态时，其显示屏为黑屏，不接受任何指令，但此时装置本身已接通电源。

（1）语言选择

（2）亮度控制

（3）部件显示通过主画面上的软按钮，可在英语和中文之间选择显示语言，默认显示为中文。（1）手动调节：手动调节在司机显示屏的“setup（设置）”调节。（2）自动调节：在显示屏框架内安装有光感应器，显示屏的亮度取决于司机室内的环境亮度，如在隧道内，司机室尽管持续黑暗，显示屏却始终清晰可见。

当部件故障或未处于“待运行状态”时，它们都只显示在部件子系统画面内。

但受电弓（降弓或升弓）和高速断路器（关闭或打开）的状态一般一直显示。3．司机显示器显示菜单4．司机显示器操作屏以深圳一号线增购列车为例说明。图6-12门状态显示（1）标题区

驾驶端车号画面标题实际日期时间（2）乘客信息区终到地站名下一站(或实际)站名（3）功能概览区空调/通风辅助电源车号门状态紧急通讯制动状态牵引状态火灾报警空气压缩机受电弓/HSCB（4）车组区

列车为6节编组，位于乘客信息区下方，根据选择的画面显示实际信息(如车辆编号)。

前方目的地定义为右侧，司机的位置用符号“·”指示。如果为拖车联挂模式，车末端符号显示在被联挂的车辆末端（即左侧）。（5）符号优先级

列车及运行设备的不同状态用不同符号显示在相关车上，如果在同一位置显示设备不同状态，必须定义优先等级(1为最高优先级)，仅显示最高优先级符号。（6）状态区

状态区显示列车的状态信息。同一个位置显示状态存在优先级（1为最高优先级）。仅显示最高优先级的状态。（7）故障分类区图6-18故障分类区显示四类整车故障：1“严重故障”，2“中度故障”，3“轻微故障”，4“维护信息”（8）消息区表6-2消息处理的默认项目设置信息分类声音信号严重故障,报警(红色)持续声音报警直到消息被确认中等或小故障,警告(黄色)声音将间断重复直到消息被确认运行或者状态信息(白色)仅响一声

消息区显示最先发生的故障信息直到司机按下“确认”按钮确认。新消息将储存在缓存器中，只有当消息被确认后新消息会一个个显示出来,直到缓冲器为空。消息以日期和时间指示起首，显示的是MMI收到此消息的时间。所有MMI收到的消息在“司机室占有”后显示为“新”消息。当一条新消息出现，将同时产生一个声音信号，声音信号和信息的颜色相关，因此消息出现时，至多3种不同的声音将用于引起司机的注意。所有信息都在“事件信息”中显示。（9）软按键操作栏光标触摸按钮：“取消”、“确认”和“主页”

通过“取消”按钮，操作或输入值可被放弃,或画面切换到前一页；

通过“确认”按钮，操作、选择或输入值将被接受，显示的故障消息也将被确认。特殊功能触摸按钮(如数字键盘)；语言按钮的操作可瞬间切换中文和英文语言，默认为中文；选择“事件信息”，“设置”和“维护”按钮将进入各自的殊操作画面；其他3个按钮设计成控制乘客信息系统。（10）图标颜色意义绿色激活(与白色相反)白色未激活(与绿色相反)灰色背景(无显示或未激活)黑色激活红色报警状态，严重(或中等)故障黄色警告状态，小(或中等)故障选择的项目，引起注意的对象或状态橙色需引起注意的特殊对象或状态表6-3设备或列车运行模式不同状态的颜色含义（11）操作种类

①画面的选择通过单次触摸对应的功能按钮实现；

②“二位”操作通过“1步”实现而不需要使用“确认”按钮；

③“值”操作通过“3步”操作实现：首先选择对应值区域，此时数字键盘将在底部软键操作栏出现，通过触摸数字，被选择的值凹下且显示在值输入处，使用“确认”键，值将写入，按“取消”按钮在任何情况下退出值的更改。

如果信息是一个“清单”项(如路线的站名)，单项将逐行显示，显示行数由可用空间大小决定；“实际”项将用不同颜色显示，可用“上”“下”按钮滚动条目，使用“确认”按钮，输入选择的条目。（12）可能显示的符号表6-4“通风/空调”画面显示含义①“通风/空调”画面显示

优先级符号指示状态1加热/空调故障2加热/空调警告3加热/