基于自动重联的列车网络控制系统在新型跨座式单轨上的应用

基于自动重联的列车网络控制系统在新型跨座式单轨上的应用
近年来，跨座式單轨车辆技术正在逐步向轻量化、节能、环保快速迈进，要求列车网络系统向高性能、高水平发展，以确保新型跨座式单轨实现模块化、轻量化的目标。

同时增加WTB总线，列车可以快速自动连挂、解编运行，增加车辆运营灵活性。

标签：跨座式单轨；列车网络系统；应用
1 新型跨座式单轨列车网络系统
1.1 列车总线的选择
列车网络系统包含三级网络总线：列车级、车辆级以及子系统（设备）级总线，此外，还可以额外搭建用于列车设备维护的网络。

可以根据需求自由选择总线。

（1）列车级网络对数据传输率以及传输距离都有一定的要
求，其数据传输量也较多，与此同时，列车级网络对可靠性、实时性、确定性和安全性也有较高的要求，因此需要被选总线在铁路网络上有较为成熟的技术沉淀。

考虑到这些需求，应选择较为符合的MVB总线作为列车级网络总线。

（2）车辆级网络对数据传输的距离和吞吐量要求不太高，但
却对可靠性、实时性、确定性等有较高的要求，可选择跟列车级网络相同的MVB总线，使得车辆级网络更加容易接入列车级网络，数据传输更加便捷，更容易实现。

同时，也可以选择成本较低的CAN总线，通过CAN/MVB网关实现接入列车级网络。

（3）子系统（设备）级需要很高的数据实时性、确定性和可靠性，同时应考虑设备更加容易接入总线。

因此，对于不具备MVB接口的设备可以考虑选择CAN总线，而对于具备MVB接口的设备则应选择直接接入MVB总线。

这两种选择都能很好的满足网络的需求。

（4）列车维护网络不参与TCMS系统的工作，因此不需要满足TCMS网络的实时性、确定性等要求。

此外，为了维护方便，列车维护网络应该考虑更加容易组网，数据更容易共享，同时具备较高的数据传输率等要求。

因此，应选择具备多种组网方式、资源共享能力强、传输速率超高的以太网总线。

（5）对于经常需要联挂或解编的列车，考虑选用WTB总线，以满足要求。

因此，新型单轨车的列车网络系统，采用WTB总线为列车总线，WTB总
线仅用于列车的重联；采用MVB总线为列车总线及车辆总线用于过程数据传输；采用以太网构建维护网络。

1.2 新型跨座式单轨网络系统
新型跨座式单轨列车采用4辆编组，列车网络控制拓扑图如图1所示。

列车网络控制系统方案描述如下：
新型单轨车列车网络控制与监视系统采用总线控制方式，按照IEC61375-1标准的规定组建列车通信网络，列车总线采用绞式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB），绞式列车总线（WTB）用于列车重联，当列车对接时，TCN 网关进行初始化，初始化完毕后，两列车之间通过WTB总线进行通信；多功能车辆总线（MVB）用于列车级和车辆级总线控制，实现列车级和车辆级内部各设备的正常通信。

多功能车辆总线（MVB）通过中央控制单元（CCU）实现列车级和车辆级总线控制。

各个子系统的控制单元主要包括：车载ATC装置、牵引控制单元、制动控制单元、辅助逆变器控制单元、空调控制单元、门控单元、列车旅客信息显示系统控制单元等。

整个列车网络监控系统包括车载硬件、操作系统、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具等。

（1）互为冗余的两个CCU分别位于Mc1车和Mc2车，完成列车控制、监视和故障诊断功能。

（2）每辆车都具有RIOM模块，实现对110V/24V控制电路的主要信号进行采集和控制。

在头车设有两个冗余的RIOM模块，对司控器指令信号、方向手柄信号等重要信号进行冗余采集和输出。

（3）中继器（RPT）模块，实现对MVB信号的中继传输，保证信号的传输质量；每辆车安装了一个互为冗余的中继器模块，列车总线采用“T”型结构，可以保证该车网络故障或网络中断，不影响其他车的正常通信。

（4）两个人机接口单元（HMI）分别位于Mc1车和Mc2车，负责显示设备状态和指导司机操作；
（5）Mc1车和Mc2车各设置一个列车数据记录仪（DRU），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。

2 现有列车网络系统
（1）列车总线采用符合IEC 61375 1～2007《牵引电气设备列车总线第1部分：列车通信网络》标准的MVB总线、电气中距离（EMD）传输介质，MVB 总线为双路冗余布线，车辆总线采用RS485总线。

（2）网络系统产品主要包括中央控制单元（CCU）、人机接口单元（HMI）、远程输入输出单元（RIOM）、数据记录仪（DRU）、中继器（RPT）等。

2个CCU 分别位于Mcl和Mc2车，负责对全列车的控制、监视和诊断；2个CCU互冗余，一个为主，一个为从，从设备为主设备的热备。

2个HMl分别位于Mcl和Mc2车，负责显示列车运行状态、故障诊断和指导司机操作。

2个DRU分别位于Mcl 和Mc2车，用于整列车运行状态及故障信息的记录，2个DRU互为冗余。

（3）其他子系统通过MVB总线或输入/输出设备连接到列车网络控制系统；没有MVB总线接口的设备可以通过MVB/RS485网关与MVB总线相连；子系统部件故障不影响列车总线的正常通信。

其中，牵引系统、辅助系统、制动系统、门控系统采用MVB总线连接到列车网络控制系统上，空调、旅客信息、受电弓等系统采用RS485通信方式，网络系统通过MVB/RS485网关进行信息转换。

3 两种列车网络系统对比
两种网络系统的对比分析见表1。

由表1可见，新型跨座式单轨的列车网络控制系统参与部分车辆控制功能，减少了大量的传感器及硬件电路，利于车辆的轻量化设计。

车辆总线及列车总线全部采用MVB总线，减少中间协议转换环节，实现了产品技术提升，列车编组灵活，车载设备互换性好，系统扩展性强，通信速率快，实时性、稳定性和可靠性更高；列车总线增加WTB总线，列车可以快速连挂、解编运行，增加车辆运营灵活性。

网络拓扑采用“T”型结构，单车网络故障不影响其他车网络的正常通信，增加了系统的稳定性；增加以太网维护网络，便于系统维护。

参考文献
[1]殷培强，崔凤钊，单正辉.基于TCN的列车网络控制系统在单轨列车上的应用，铁道车辆，2014（11）：10-12.
[2]仲建华.重庆跨座式单轨交通[J].都市快轨交通，2004（5）：7-22.。