成都地铁4号线列车网络控制系统

创新前沿Technology Innovation and Application2017年23期成都地铁4号线列车网络控制系统
李文正，殷培强，徐磊，张欣萍
(中车青岛四方车辆研究所有限公司技术中心，山东青岛266000)
摘要：文章介绍了基于TCN标准的列车网络控制系统在成都地铁4号线上的应用，主要包括系统拓扑结构、系统配置、关键控制功能、显示屏界面、图形化编程软件、创新设计及运营情况等，并对系统设计进行了总结。

关键词：成都地铁;列车网络控制系统;控制逻辑；冗余
中图分类号：U284.48 文献标志码：A文章编号院2095-2945 (2017)23-0018-02
1概述
成都地铁4号线列车未6辆编组B型车，其列车网络控 制系统(TCMS)采用的是中车青岛四方车辆研究所有限公司 自主化的软硬件平台。

2基于TCN列车网络配置
成都地铁4号线列车采用4动2拖的6编组形式，TCMS 列车总线及车辆总线均采用符合IEC61375标准规定的多功能车辆总线(MVB-EMD)。

基于TCN标准的列车网络系统拓扑结构如图1所示:
互为冗余的两个C C U分别位于T c1车和Tc2车，完成列 车控制、监视和故障诊断功能。

每辆车都具有RI0M模块，实现对110V控制电路的主要 信号进行采集和控制及模拟量信号的采集。

Mp1车和Mp2车分别安装了两个互为冗余的中继器(R P T)模块，实现对M V B信号的中继
传输，保证信号的传输质量。

两个人机接口单元(HMI)分别位
于T c1车和Tc2车，负责显示设备状
态和指导司机操作。

T c1车和T c2车各设置一个列车
数据记录仪(E R M)，对列车主要设备
的运行状态和故障信息进行冗余采集
和记录。

列车控制及监控系统通过
422G W与实时无线传输系统相连，其
他子系统通过M V B接口接入到TCMS
系统。

3系统关键功能
3.1辅逆停机控制
成都地铁4号线车辆前后半列各
安装一台辅助逆变器，两台辅助逆变
器分别给两组可被扩展供电接触器连接起来的中压母线供电，正常情况下每台辅助逆变器单独给 该半列的中压负载供电。

当TCMS检测到有且仅有一台辅逆发生故障时，TCMS给 故障侧的辅逆发送停机指令，故障侧辅逆停机;当两台辅逆同 时故障时，两台辅逆同时停机;当两台辅逆均正常工作，但扩 展供电接触器处于闭合状态时，为了避免辅逆并网运行，TCMS同时给两台辅逆发送停机指令，辅逆停机后TCMS控制 扩展供电接触器断开，TCMS复位停机指令，两台辅逆正常启 动。

3.2 扩展供电控制
正常工作时，扩展供电接触器断开，辅逆给各自半列的供 电网络的负载供电，前后半列中压负载在两个电网间平衡分 配，一旦一台辅逆故障，允许正常的一台辅逆为全列的中压负 载供电，此时故障侧的辅逆停机，满足扩展供电接触器闭合条 件时，TCMS将发送扩展供电接触器闭合指令，控制扩展供电 接触器闭合。

当故障侧的辅逆故障解除时，TCMS复位扩展供电接触器 闭合指令，并停止向辅逆发送停机指令，故障侧辅逆恢复启 动，正常工作。

3.3保持制动缓解控制
列车停车时，制动系统将自动施加保持制动，保证列车处 于静止状态。

当列车再次启动时，需要首先缓解保持制动，TCMS结合牵引力、牵引状态、列车速度等条件综合判断，当满 足车辆启动条件时，发送保持制动缓解指令，制动系统收到保 持制动缓解指令后缓解保持制动，保持制动缓解的牵引力大 小及列车速度的控制可以避免列车后溜并降低闸瓦磨耗。

图2 Simulink开发界面
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4系统显示屏界面
成都地铁4号线显示屏界面的操作流程主要分为运行模 式和检修模式，运行模式主要面向的对象是司乘人员，主要的 内容是车辆运行相关的状态信息和空调等运行相关的信息显 示和设定;检修模式主要面向的对象是检修维护人员，主要的 内容是车辆技术参数的设定，试验和检修维护相关信息的显 示和设定。

5图形化编程软件
目前国内复杂控制软件的开发主要借助于图形化开发软 件，包括OpenPCS、ISAGraph等，这些的使用都有针对性和特 定条件限制，而Matlab/Simulink具有很大的开放性，支持 DSP、ARM、X86等几乎所有的硬件系统和操作系统。

四方所基于目前列车网络控制系统控制需求及编程条 件，开发了具有自主知识产权的列车网络控制系统Simulink 功能模块库，通过这些模块库可以将复杂的网络系统控制算 法及逻辑以简单搭建模块的形式实现，具有结构清晰、可操作 性强、易维护、高效率等特点。

图2是基于Simulink实现的列车网络控制系统软件结构 及开发界面。

6系统优化及创新
成都地铁4号线列车网络控制系统针对招标文件的特殊 要求，进行了分析论证，并进行了优化创新设计。

6.1头尾车冗余RI0M设计
头尾车各配置两台冗余的RIOM模块，对影响车辆运营 的关键硬线信号进行冗余采集/输出，主要包括：司机室激活 信号、方向信号、牵引制动指令、空压机状态监视、空压机启动 指令、TCMS正常指示、司控器级位信号等。

冗余采集的目的是为了提高系统的可靠性，当其中一个 R IO M单元模块故障或电源模块故障后，冗余R IO M采集可以 保证车辆正常运营。

6.2冗余RS422接口设计
成都地铁4号线列车网络控制系统通过422GWCRS422 转M V B网关)与无线实时传输系统进行通信，列车可以借助 RS422通道将车辆重大故障上传给综合监控系统，同时综合 监控系统可以通过RS422通道对列车运行数据进行实时查 看，监控列车的运行状态。

422G W采用双冗余设计，头尾车各配置一台422G W，两 台422G W同时上传车辆故障信息；同时422G W自身的 RS422接口也是冗余的，同一时刻其中一个RS422接口为主，负责与R A D通信，另一个RS422接口处于热备状态，并实时 监测主RS422接口的工作状态，当检测到主RS422接口通信 丢失后自动切换到从RS422接口与R A D系统继续通信，最大 程度上保证数据不丢失。

7结束语
成都地铁号线自2015年12月31日正式开通运营以来，运营情况表明：成都地铁4号线列车网络控制系统硬件性能 满足系统功能需求，系统软件可靠性、稳定性满足列车运营要 求。

参考文献：
[1] 赵磊.北京地铁7号线列车网络控制系统[J].城市轨道交通研究，2014(5)：109-114.
[2] 霍芳，刘群欣，张森.CRH2型高速列车网络控制系统的创新研究与 实现[J].机车电传动，2014(4):21-23,52.
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图2不同加载模式比下层间断裂面显微图（1500X)试件总数为60件，预先设定了 8种加载模式比（茁=G…/
G t)，每种模式比用了 7个试件，剩余4个作为备用试件。

2.2试验结果
计算得到对应各混合模式比的c值。

试验获得了施加在铰链上的临界载荷P c，采用公式（1) (3)(4)计算得到了不同混合模式比下的断裂韧度G c。

经统计 分析，断裂韧度随着I I型模式占比的逐渐增大而增大;纯I型模式下，断裂韧度最小，纯I I型模式下，断裂韧度最大。

不同加 载模式比下断裂韧度分散性大，这与界面粘结强度、试件厚度 等因素的分散性大有关。

2.3断面形貌
图2为3种不同加载模式比下层间断面的三维电子显微 图。

图像显示，纯I型模式下，断裂面上纤维间凹槽清晰，且整 齐一致，基本看不到零散的基体层片，该凹槽由上层纤维从树 脂中整齐拔出所致;随着II型模式占比的增加，断裂面上纤维 间凹槽变得越来越模糊和平坦，且纤维间出现了很多凸起的 基体层片;在纯I I型模式下，凸起的基体层片数量最多，且排 列成有规律的羽梳状特征，层片倾斜方向与层间裂纹的扩展 方向相一致。

另外，断面形貌与断裂面上主控分层的载荷形式 密切相关，纯I型模式下法向拉伸应力主控分层，纤维容易从 层间树脂中剥离出来;纯II型模式下层间剪切应力主控分层，纤维不容易从树脂中拔出，层间断面上留下明显的剪切特征。

3结论
完成了不同加载模式比下T700/YPX3001复合材料的层 间断裂韧度研究，结果表明断裂韧度值随着II型模式占比的 增大而逐渐增大，随着I I型模式占比的增加，层间断裂面上纤 维间凹槽变得越来越模糊和平坦，且纤维间凸起的基体层片 排列逐渐呈羽梳状特征；断面形貌特征与断裂面上主控分层 的载荷形式密切相关。

参考文献：
[1]ASTM.Standard test method for Mode I interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber reinforced polymer matrix composites [S].1994.
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