城轨车辆列车网络控制系统技术方案及发展方向

城轨车辆列车网络控制系统技术方案及

发展方向

摘要:列车网络控制是中国城轨车辆核心技术,建设可靠安全的车载通讯网络

系统十分必要。本文重点剖析了中国城轨动车组网络的故障,阐述了中国动车组

内部网络系统的发展,以及与其他中国传统机车系统的不同之处,并阐述了动车组

内部通信网络的总线技术,对中国动车组网络常见故障作出了解析。

关键字:城市轨道交通列车;网络控制系统;故障

引言

中国城市建设步伐加速,将城市地铁建筑作为中国城市的主要标志,而城市地

铁车辆也因其高效,低能耗等优势在中国城市建筑中得以迅速发展。是目前缓解

城市交通拥堵问题的最好解决办法,因为轨道交通车辆是复杂的多功能集合体,网

络技术是对轨道交通车辆的控制神经,可以实现列车运作,人机交互等一系列功能。在轨道交通的车载系统中,将各种互联网技术综合使用,在车辆维护中,创造了更

为有效的运作模式。

1城轨车辆网络控制系统简介

网络控制器是完全网络化的控制器,而列车网络控制器则是动车组的核心部件,包括实现车辆控制系统的车辆控制器,以及实现各种功能控制的单元控制器等。列车网络已经经过了从最简单的牵引控制系统向复杂车辆控制器的发展过程。狭

义的网络控制器指以互联网为基础设施,进行控制器和执行机等控制系统单元之

间的信号交流,并进行数据共享,而采用了现场总线技术的网络控制器则称为狭义

的网络控制器。广义的网络控制还包括利用网络技术和公司内部互联网,完成对

企业车间和工作地点设备的远距离控制,管理等。列车的运行网络控制系统功能

主要包括进行牵引力和制动控制,进行列车牵引黏着的状态检测,以保持轮轨中的

最大牵引和制动,完成并联连接和电路的联系,完成列车系统的故障信息处理,对

列车运行乘务人员进行故障的实时处理。动车组网络系统是适用于列车流动性大,对安全性要求高,并与控制系统密切关联的特定场合的微机局域网络。车辆网络

系统是车辆的核心部件,与传统系统之间通过一对多的计算机相连,网络化系统则通过网络和感应器,以及执行机等部件之间相互传递信息,在网络系统中,信息化

的技术通过控制各部分的相互联系,给系统的维修提供了便利。

2轨道列车的网络管理系统的国内研发现状

目前,由于国外的列车厂商在车载智能设备的研发,以及系统配置和整车线路设计等方面已经累积了大量的技术经验以及比较详细的、复杂系统的设计理论,

因此网络控制技术的系统在中国轨道列车上已经运用的相对较为成熟。不过,因

为外国政府对轨道车辆相关的核心技术限制,在国内外对这些关键技术开展深入

研究同时缺乏参考资料和理论支撑,而研究控制系统所需的技术只是门槛较高,且牵涉范围更广,因此光靠个人经验也无法涉及出完善、稳定、可信的轨道车辆网

络管理系统。

尽管国家政府一直在大力的增加对这个方面的资金投入,但是目前的技术与

世界上领先技术相比,尚有较大的差异,主要体现在:随着全球通用的轨道列车网

络总线协议的发布,当前的列车通信技术也有了相应的突破,不过技术的安全、可靠性仍亟待试验证明,以及网络调度算法等方面亟需更进一步的优化和研究;采用网络控制技术的车辆控制技术主要是借鉴了国外现有的方法,目前对于控制的基

础理论研究尚处在初级阶段。

轨道列车的网络控制系统以及相关技术、理论上的不完善,严重限制了中国

轨道列车,由于系统的国产化,导致了中国的轨道列车只能整体引进外国现有的系统,也影响了以牵引、电源、信息、控制系统、诊断系统为代表的整个中国轨道

交通列车科技领域的发展趋势。

3城轨车辆列车的网络控制技术方案

3.1系统拓扑结构

车辆系统中通过车辆级总线的拓扑架构,可以划分为多功能列车总线网块,牵引单元可以通过网络协议将MVB协议转变为双绞线型车辆总线网络,而整个MVB

网段通过氢原子线分支构成,留级生长把整个MVB分成了几个支路,MVB的支路故

障后并不影响与其他支路通信。

中央控制单元,人机界面显示屏,由控制采集设备等组成的设备连通在牵引单元内部通信控制网络,轴承型温度传感器通过光缆联接分布式的输入工作站,并与牵引单元内部装置实现通讯。

3.2系统设备组成

列车运行控制系统一般包含人机接口显示器,MVB中继器和中心监控单元组成等。中央监控单元组成为控制系统主设备,以确保旅客列车的安全运营。向驾驶

员提交故障状态管理指示。中央管理单位采取通用架构设计,并采用各种多功能

板卡的综合实现网络系统管理任务。当列车运行启动时,若1台中央控制单元出

现故障状态,故障状态中央控制单元管理将由另台设备接收,中央控制单元进行管理列车运行控制功能,通过检测列车各控制系统完成了对整车的控制管理。

HMI主要是经过MVB网络的程序,展示功能控制系统的基本状况,为驾驶员提

示事故等详细信息。完成了各系统内部控制命令的统一下达。HMI硬件部分一般

分为中央处理器电路,电源模块,寄存器和外设接口电路,使用了高速嵌入式实时

操作系统,HMI诊断系统使用了分级检测的设计思想，输入输出工作站将多种开关信息集中采集出来,为应用系统提供开关状态数据,输入输出工作站的主体部分为110v/24v独立电源控制器,主CPU控制器中,可按照需要挂接十二个输入输出模块,包括16个DC110v输入输出通道,工作站使用了特殊的模块化结构设计。

MVB中继器功能提供MVB网段之间的物理链接,如果超过32个节点必须使用

中继器,中继器功能可以完成2个EMD介质的MVB网段之间数据转发,并通过现场的可程序化门阵列技术完成信道幅值的调节,有效抑制和屏蔽了故障设备的持续

传输,并且使用了金属整体外成型机壳,安装维修方便。具有完全自主的双通道结构。主动完成顿间隔时序调节。

3.3列车网络控制系统常见故障分析处理