城市轨道交通车辆电气控制 课件6-2任务2列车控制和管理系统

列车控制和管理系统目录132TCMS系统组成介绍4TCMS系统功能及特点HMI界面及功能TCMS系统故障诊断显示学习目标了解列车控制和管理系统的架构

了解列车控制和管理系统的设备掌握列车控制和管理系统的功能特点了解HMI界面及功能掌握列车监测诊断及显示功能

TCMS系统组成介绍01系统概述列车控制与管理系统显示单元（DDU）主要用于在列车的运行过程中显示车辆状态信息、故障信息和操作提示，同时完成行车数据记录。司机通过参考显示单元显示的状态及故障信息，进行必要的安全操作，完成动车组、地铁、机车车辆的运行控制。另外，司机通过显示单元也可以对车辆进行参数设置及功能测试。列车控制与监视系统显示单元是保证列车正常运营的重要因素，对保证行车安全有着重要意义。系统概述WTB列车总线WTB列车总线MVB车辆总线MVB车辆总线MVB车辆总线MVB车辆总线MVB车辆总线MVB车辆总线CAN总线CAN总线列车硬线图6-17列车控制和管理系统拓扑结构示意图VCMe:车辆控制模块ATC:信号系统PIS:旅客信息系统GV:网关阀SIV:辅助供电系统ACVP:空调系统ERMe:事件记录模块VVVF:牵引系统MC:司机控制器SV:智能阀DIMe:数字量输入模块DXMe:数字量输入输出模块MDCU:主门控单元DCU:门控单元REP:中继器模块HMI:显示单元RCMe:RS485通信模块AXMe:模拟量输入输出模块系统概述图6-17表示现阶段使用最广泛的列车控制与管理系统拓扑图。TCMS系统总线和多功能车辆总线组成，每节车厢的车辆总线采用一条总线连接车厢内的各个设备。在六辆编组的列车中，中央控制单元（CCU）位于Tc车，两个都是通信总线主设备，运行中互为热备份。系统概述TCMS系统与车辆各设备间釆用硬线连接或网络通信；其中多数电气控制设备与TCMS系统间采用硬线连接，连接接口为DIM、DOM、AIM等，具有总线通讯接口的设备，如牵引控制单元（TCU）、制动控制单元（BCU）、旅客控制系统（PIS）、采暖通风和空调控制单元（HVAC）、信号控制系统（ATC）、门控制单元DCU等与TCMS之间直接通过网络相连；其他具有RS485、CAN等其他总线的设备通过转接模块连接到系统。系统概述司机室人机界面（HMI）中央控制单元车辆数据及事件记录器（ERM）远程输入输出模块（RIOM）中继器（RPT）系统组成设备系统组成设备

中央控制单元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2s，不影响系统正常工作，不影响地铁车辆正常运营。系统组成设备

司机室人机界面（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。系统组成设备

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。系统组成设备

远程输入输出模块（RIOM）RIOM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。系统组成设备

中继器（RPT）中继器是满足IEC61375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。

TCMS系统功能及特点02系统与列车子系统联系牵引系统控制功能空调系统控制功能烟火报警系统控制功能自动控制系统控制功能制动系统控制功能门控系统控制功能广播系统控制功能

牵引系统控制功能TCMS实现的主要功能：1）牵引切除和重置功能，切除牵引和电制动；2）驾驶模式管理功能，和ATC—起定义列车几种运行模式；3）驾驶方向选择功能，牵引制动命令产生功能；4）高速断路器（HSCB）管理功能；5）故障和测试管理功能；6）时间同步管理，TCMS广播参考时间，其他设备依次执行时间同步功能；7）诊断功能，定义在显示单元上显示的状态和默认值；8）牵引变流器的控制和管理；9）车辆速度计算，速度校准；10）牵引的状态和故障记录。系统与列车子系统联系系统与列车子系统联系

制动系统控制功能TCMS系统具有制动控制功能。在制动系统中，TCMS通过向制动控制单元的网关阀（GatewayValve）传输指令信息，实现对整车制动系统的控制。TCMS实现的主要功能：紧急制动监测；停放制动的缓解；制动力参考值和制动力测试；BCU设备的时间同步管理；诊断功能，定义在显示单元上显示的状态和默认值；实际制动力的监视和自检。系统与列车子系统联系

广播系统控制功能TCMS系统具有对列车广播系统（PA）控制的功能。Tc车各有一个PA控制器，一个为主机，一个为从机。Tc车的PA控制器通过通信连接到TCMS上。TCMS实现的主要功能：监测主PA系统；预报站，设置起始站和终点站；乘客紧急手柄监测；乘客紧急报警呼叫监测；PA设备时钟同步；诊断功能，定义在显示单元上显示的状态和默认值。系统与列车子系统联系

自动控制系统控制功能TCMS系统具有对列车自动控制系统（ATC）的监控功能。Tc车各有一个ATC系统的控制器，一个为主ATC控制器，一个为从ATC控制器。ATC系统控制器通过车辆总线将故障信息和状态信息传递给中央控制单元和人机接口单元。TCMS实现的主要功能：运行模式管理；时间同步管理；站点信息管理；诊断功能，定义在显示单元上显示的状态和默认值。系统与列车子系统联系

烟火报警系统控制功能TCMS系统具有对烟火报警系统（FAS）控制的功能。Tc车各有一个FAS控制器，一个为主机，一个为从机。烟火报警系统主机、从机以及探测器之间均通过内部总线的方式组成火灾报警控制系统的内网。TCMS实现的主要功能：火灾报警警告；判断火灾报警系统主机；监视火灾探测器状态；蜂鸣器消音。系统与列车子系统联系

门控系统控制功能TCMS系统具有对门控系统的监控功能。各车均有两个EDCU具备网络接口与TCMS系统通讯，其中一个为主门控器，另一个作为从门控器，当主门控器与TCMS系统通讯失败时，从门控器将接管主门控器的功能。与此同时，门控系统的状态信息通过门控器传送给列车TCMS，用于显示以及故障记录功能。系统与列车子系统联系

空调系统控制功能TCMS系统具有对空调系统的控制功能。各车配有一个空调控制器（PLC控制器），同时控制两台空调机组，空调控制器通过通信接口连接到TCMS总线上。系统的特点使用独特的控制与管理系统可以简化列车通信网络（TCN）。列车构架变得更加高效，能够节约开发和维护成本。另外，集中化的TCMS用于自动化列车运行和子系统诊断，能增加可靠性并加快反应时间，有如下几个特点：系统的特点（1）高效的集成TCMS的核心是TCMS列车通信网络（TCN）。TCN构架允许在全列车范围内的信息交换。通过一个或一些通用网络将所有的列车子系统连在一起，实现集中化的控制。实际应用中，TCN由列车计算机组成，通常被称为网关，彼此相连同时连接各个列车子系统。网关支持多接口技术，包括WTB、MVB、CAN、串行链路和以太网，以及输入/输出接口模块（模拟输入、高速模拟输入、数字输入/输出、数字继电输出、模拟输出、Pt-100温度传感器输入），还有可用的远程输入/输出模块（RIOM）。系统的特点（2）列车自动化TCMS可用于自动化列车子系统。在大多数现代列车上，车载子系统会产生大量的数据，这些数据对于安全性（速度、制动、故障等）和运行目的（系统状态、能耗、视频记录等）十分重要。TCMS可以搜集并分析这些数据，还能发送逻辑命令和警告。这些信息可以在子系统之间自动交换，也可以实时地传送给列车司机、列车长、远程人员甚至乘客。系统的特点（3）更多的控制权TCMS是建立在开源软件平台（Linux）上的强大且高灵活性的系统。该系统可以自由开发用户需要的应用程序，也可以集成第三方硬件和软件到平台。可以使用ISaGRAFPLC软件或C语言开发应用程序和修改配置，用户具有更多的控制权。系统的特点（4）质量和可靠性出众的质量和高的可靠性，最小化维护需求并最大化列车可用性，降低了生产和维护成本，广泛的应用于高速列车、城际列车、有轨电车、轻轨和地铁列车上。

HMI界面及功能03HMI显示界面分别面对司机和维护人员进行设置，故障项目、故障代码和故障等级将显示在司机室显示屏HMI上，并发出报警提醒司机注意，HMI界面如图6-18所示，界面按键功能释义如图6-19所示。列车故障和事件信息储存到事件记录仪ERMe中，同时通过通信系统的PIS/CCTV无线通道向控制中心OCC的主控系统传送，实现车地无线通信功能。HMI界面及功能HMI界面及功能图6-18HMI界面外观图HMI界面及功能图标释义图标释义显示器最高温度关闭背光灯背光调节昼夜切换音量调节事件查询信息查询帮助取消上下左右确认0~9数字键感光6-19HMI界面按钮功能释义图HMI界面及功能6-20HMI导航界面HMI界面及功能图6-20表示了HMI导航界面。该人机交互界面中分为A、B、C、D四个区，分别是基本信息区、列车运行显示区、故障和模式显示区和界面切换区。HMI界面及功能基本信息区包括编组信息、当前日期、当前时间、下一站、终点站、实时网压值和当前车辆运行速度等信息。HMI界面及功能列车运行显示区包括列车编组、列车号、列车运行方向、牵引/辅助状态、受电弓状态、制动相关状态、级位显示区、乘客报警系统、门和空调等信息。例如在运行主界面按下“站点设置”进入到站点设置界面，然后在站点菜单中对始发站、下一站和终点站均设置完成后，点击设定按钮完成站点设置。HMI界面及功能故障和模式显示区第一行显示故障等级、故障内容和故障代码，故障和模式显示区第二行显示列车运行模式、级位、限速值和紧急制动施加状态显示。HMI界面及功能界面切换区中，HMI硬件上电后默认进入到司机操作界面“运行界面”，通过按压界面切换区的软按钮进入到相应的各个功能模块区域，包括运行状态、车辆状态、空调、时间、通讯状态、检修等导航窗口。例如点击模式切换区的软按钮“车辆状态”进入到车辆状态界面，显示此时车辆基本信息。

TCMS系统故障诊断显示04系统故障等级所有子系统通过MVB总线或者以太网（针对不具备MVB接口的子系统）将评估分级的故障传送至列车中央控制单元CCU。CCU收集子系统分级故障进行整车故障评估，评估后的故障（1，2，3级故障）将在HMI界面进行显示。关键的子系统状态和故障将通过ATC上传至OCC，所有车载HMI的故障消息通过数据采集与监视控制系统（FSCADA）上传至OCC；另一方面，子系统通过以太网将详细故障存储在诊断存储单元（NAS）。车载诊断功能实现的框图如图6-21所示。系统故障等级一个故障发生时，诊断系统输出故障内容及故障的等级到显示器上，并对所有故障都有声光信息显示给驾驶员。故障等级分为子部件故障等级和列车故障等级，它是根据故障对系统功能或列车的运行安全的影响程度来定义的，列车故障等级可作为驾驶员处理故障列车的指导。系统故障等级TCMSHMI车辆故障和状态评估ATCOCCFSCADACMMSNAS缓存数据库CCU子系统评估后分级的故障（MVB和以太网）1，2，3级故障（以太网）1级故障（MVB）1，2，3级故障（无线）1，2，3级故障及子系统详细故障TCMS详细诊断数据HMI图6-21列车诊断概念图1级：严重故障（火警、严重影响牵引制动相关的故障）；2级：非严重故障；3级：轻微故障/操作提示。OCC-运行控制中心；

FSCADA-数据采集与监视控制系统；DOD-脱轨障碍物检测；

CMMS-计算机维护管理系统。系统故障等级

子部件的故障等级1）3级故障即轻微故障，是指不影响子系统功能的故障，不影响列车运营，只降低列车的舒适性。2）2级故障即中等故障，是指限制子系统功能的故障，需要列车在运行至终点后回库检修。3）1级故障及严重故障，是指严重影响子系统功能的故障或子系统故障，会降低列车的操作性能，影响乘客乘坐安全，发生严重故障必须尽快停止运营。系统故障等级并非所有的子系统都有三个故障等级，它取决于各个系统的故障类型。如DCU、EBCU有三个故障等级，即轻微故障（包括速度传感器等检测设备的故障）、中等故障（包括牵引参考值和负载信号丢失等故障）、严重故障（严重影响逆变器或气制动单元的故障，如短路或过电流等）；DCU或EBCU会自动封锁并定时自动检测，如故障原因消除，系统功能可自动恢复。如DC/AC、DC/DC只有严重故障和中等故障两个故障等级，中等故障是逆变器/变换器温度过高的故障；严重故障是部件故障，逆变器/变换器自动封锁。子系统故障在列车HMI屏可以查看到，相应的故障用红点指出，并对应各自车辆编号。系统故障等级

列车级的故障等级1）3级列车故障，即发生的故障不影响列车功能，列车可继续运行直到服务结束，回库后检修。2）2级列车故障，即发生的故障限制列车功能的发挥，列车将在下一次到达车辆段时退出服务，列车最多可运行一个来回。3）1级列车故障，即发生的故障严重影响列车的功能，列车必须在下站退出运营。故障诊断和HMI显示故障诊断系统对以下各系统进行诊断：牵引控制单元TCU、气制动电子控制单元EBCU、空调控制单元、辅助系统（包括DC/AC逆变器和DC/DC变换器）、车门、空