地铁车辆网络系统分析

地铁车辆网络系统分析

1TCMS系统概述

西安地铁三号线车辆为6辆编组，4动2拖，车辆的编组形式为：Tc1－Mp1－M1－M2－Mp2－Tc2。每辆动车有1个变压变频调速VVVF系统，每辆拖车有1个辅助逆变CVS系统，VVVF系统和CVS系统与列车网络

系统之间通过冗余的MVB总线实现通信。制动选用EP2002系统，整车

有2个CAN单元，每个CAN单元由2个网关阀GV、1个ＲIO阀及3个

智能阀SV组成，控制阀之间通过内部的CAN总线通讯。2个网关阀配

置为冗余的工作模式。网关阀具有独立的MVB接口，列车控制和监控

系统(TCMS)通过网关阀传输和接收指令、故障等信息，实现对整车制

动系统的控制和监视。

2TCMS系统结构

列车和车辆控制分3级：列车控制级、车辆控制级与子系统控制级。

整车分为5个网段，TC1车和Mp1车组成网段1，M1车为网段2，M2车为网段3，TC2车和Mp2车组成网段4，以及主干网网段，如图1所示。每辆拖车配置1台中央控制单元CCU、1台事件记录仪EＲM、1台人机

接口单元HMI，每辆动车配置1个MVB中继器ＲEP，每辆车配置1个远程输入输出模块ＲIOM。变压变频调速系统、制动系统和辅助逆变系统

采用普通D－SUB9连接器的总线连接方式;车门系统、乘客信息系统、

空调系统、广播系统采用总线连接器的接线方式与网络设备相连接，

信号系统的ＲS485总线通过集成在ＲIOM上的网关转换成MVB，再同ＲIOM数据一起通过总线连接器与网络通信。

2．1冗余结构MVB冗余：MVB总线采用符合IEC—61375标准的冗余

屏蔽双绞线EMD电缆，各中继器之间、各子系统之间、中继器与子系

统之间均为冗余布线，单点故障不会导致列车运行停止。MVB的线路A

和线路B同步发送相同的数据，能够防止传输线、引脚接点以及收发

器的错误导致MVB传输故障，MVB接线拓扑如图2所示。CCU冗余：每

列车的2台CCU配置相同的应用级过程数据源端口及宿端口。同时，2

台设备之间还有1对独立的端口，作为两者之间的生命信号。每台设

备定义2个配置文件，其中一个文件正常定义，另一个文件将所有应

用级源端口都定义为宿端口。从CCU作为热备冗余，当主CCU故障时，从CCU接替主CCU。中继器ＲPT冗余：中继器板卡上的A、B路处理器

采用了完全冗余的隔离供电、隔离处理芯片及隔离电气接口，当一个

模块故障时，信号仍然能够通过中继器实行传输。列车关键I/O信号

冗余：关键的列车线I/O信号，如运行方向信号、牵引/制动指令等，

均由Tc1车和Tc2车2个相互冗余的ＲIOM同时实行采集。重要的非列车线信号由ＲIOM的不同DI板卡实行采集。

2．2冗余设备的故障处理(1)CCU故障：单侧的CCU发生故障时，如

果该CCU是主设备，则需要实行冗余切换，切换后车辆没有功能损失;

如果该CCU是从设备，则不需实行切换。这2种情况显示器均会提示

故障报警。如果2个CCU均发生故障，则MVB网络没有主设备，车辆

进入备用模式，采用人工驾驶的降级模式运行。(2)中继器故障：中继

器只有在A、B两路同时出现故障时才会无法正常工作。当位于Mp车

的中继器发生故障，MVB网络干路中断。此时车辆在故障点处分为2个网络，两侧的CCU均作为主设备。因为两侧CCU信息不一致，无法正

常行使控制功能，车辆须进入降级模式运行。当M车的中继器发生故障，M车所有网络设备从网络中脱离，车辆能够在损失部分动力和制动的情况下运营。(3)EＲM故障：整车安装2个EＲM模块，任意1个E

ＲM故障只会影响到该EＲM的运行数据记录功能，车辆无须降级运行。

(4)ＲIOM故障：对于列车线信号，当一侧Tc车ＲIOM无法正常采集信

号时，由另外一侧的ＲIOM实行采集，此时CCU会实行相对应的判断来保证车辆无须降级运行;对于重要的非列车线信号，通过不同的信号板

实行采集，只有在2个信号板都无法正常采集时，才会导致功能缺失。此时车辆须视该信号的重要水准实行相对应的降级处理。

3显示屏界面结构

显示屏界面按照功能主要分为2类，一类用于车辆参数的展示和功能

按钮的布置，如“运行”界面和“调试”界面;另一类用于提供输入和

操作，如“密码”界面、“参数输入”界面，此类界面一般在展示类

界面间切换或针对某参数更改时弹出。显示屏上电启动后默认进入

“网络”界面，显示所有入网MVB设备的在线状态和主从状态。从

“网络”界面中能够通过点击“返回”按钮跳至“主菜单”界面，也

能够通过“调试界面”按钮进入“调试”界面。“主菜单”界面用于

司机或其他列车运营维护人员日常获取列车状态信息、设备参数更改、车辆控制等应用。通过“主菜单”界面下边栏中的各个按钮进入相对

应界面，这些界面可分为2类，一类是司机界面，通过“运行”、

“制动状态”、“牵引状态”、“辅助状态”、“旁路状态”、“空

调设置”等按钮进入相对应界面，另一类是维修界面，通过“维修菜单”按钮进入维修界面。“调试”界面用于车辆调试过程中查看网络

和子设备状态，也可用于运营维护时查询列车详细信息［1］。显示屏

界面结构如图3所示。

4通信协议

4．1物理层物理层对传输介质、设备属性、收发器接口、电气中距离EMD拓扑、EMD连接器实行规定。MVB总线在200m传输距离内最多可支持32个连接设备，信号速率为1．5M(1±0．01)bit/s，采用曼彻斯特编码［2］。CCU具有设备在线判断、过程数据、总线管理水平的设备

属性，设备等级为4级。列车网络系统子设备仅具有设备在线判断、

过程数据的设备属性，设备等级至少为1级。

4．2数据链路层数据链路层对报文时序、应答延时、源设备的帧间间隔、目标设备的帧间间隔、主设备的帧间间隔实行规定。报文由主帧

以及响应此主帧的从帧组成。总线报文时序如图4所示。应答延时默

认值和最小值为42．7μs;在主帧结束之后，被寻址的从设备应答一个从帧，响应时间为：最小2．0μs，最大6．0μs;目标设备忽略在其

接收到最后一个主帧之后发送的所有从帧，超时默认值为42．7μs;主设备在发送前一主帧后不迟于1．3ms的时间内发送后一主帧。