设计应用技术ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０３．００８
徐君，漆林
（中车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210031）
摘要：贵阳轨道交通3号线一期工程全长43.03 km，起于花溪区桐木岭，止于乌当区洛湾，共计29座车站和28个区间。介绍了贵阳地铁3号线列车网络控制及监控系统（Train Control and Monitoring System，TCMS）的结构和功能，阐述了系统的总线型式、网络架构、设备组成及主要功能。
关键词：列车网络；多功能车辆总线（MVB）；轨道交通；列车网络控制及监控系统（TCMS）；城轨车辆；
网络控制系统
Research of TCMS for Line 3 of Guiyang Metro
XU Jun，QI Lin
(CRRC Nanjing Puzhen Co., Ltd., Nanjing 210031, China)
Abstract: The first phase of Guiyang Metro Line 3 has a total length of 43.03 kilometers. It starts from Tongmuling, Huaxi District, and ends at Luowan District, Wudang District. There are 29 stations and 28 station sections in total. This paper introduces the structure and function of the Train Control and Monitoring System (TCMS) of Guiyang Metro Line
3. The bus type, network structure, equipment composition and main functions of the system are expounded.
Keywords: train network; Multifunction Vehicle Bus(MVB); rail transit; Train Control and Monitoring System(TCMS); urban rail vehicle; network control system
0 引 言
贵阳地铁3号线列车控制及监视系统（Train Control and Monitoring System，TCMS）是列车运行的核心系统之一，是集列车控制、诊断和监控为一体的集成控制系统。
贵阳地铁3号线TCMS系统可控制及监视车载牵引系统、制动系统、辅助供电系统、空调系统、车门系统、广播及信息显示系统、火灾报警系统以及重要列车线、开关按钮、断路器等的运行状态，实现对列
车的管理、监视和诊断功能，该系统的主要设备包括中央控制单元（Vehicle Control Unit，VCU）、司机显示单元（Driver Display Unit，DDU）、远程输入输出控制单元（Remote Input/Output Module，RIOM）、中继器以及交换机等。系统采用当前轨道交通城轨车辆行业成熟稳定的多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，MVB），其数据传输、主控单元、关键部件及均使用了冗余设计方式，最大程度地保障车辆系统安全[1]。
1 列车控制及监视系统
1.1 系统概述
系统采用分布式总线控制方式，符合IEC61375-1列车通信网络标准要求，系统控制总线由列车级MVB总线及车辆级MVB总线2级构成，MVB总线速率为1.5 Mb/s。
列车所有微机控制单元均通过MVB总线与TCMS系统通信和数据传输，每节车厢配置RIOM，实现对重要硬线信号的采集与控制。TCMS通过采集司机或信号系统的控制命令，根据各车载子系统上报的设备状态，诊断列车控制信号及状态信号，通过MVB总线将控制指令下发给各车载子系统，并将列车状态信息、故障信息实时显示在DDU，实现对列车的控制与监视功能、操作辅助功能、维护功能等。
系统配置维护以太网，可通过以太网维护接口对整列车所有具备以太网维护接口的微机控制单元进行数据下载及软件更新，便于车载各子系统的维护和检修[2]。
1.2 网络拓扑
列车控制网络由贯穿整列车的MVB总线构成。为保证MVB信号传输可靠性和总线传输距离，每个车厢设置一个具有冗余功能的中继器。
列车维护网络由贯穿整列车的以太网总线构成。每个车厢配置一台交换机，Tc车为具有网络地址转换（Network Address Translation，NAT）功能的3层交换机，Mp、M车为2层网管型交换机。维护以太网与车地无线传输通道具有接口，TCMS将MVB总线上的列车数据通过维护以太网经车地无线传输通道传输到地面智能运维系统。
收稿日期：2022-12-13
作者简介：徐君（1986—），男，江苏南京人，本科，
工程师，主要研究方向为列车网络控制系统。
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列车网络拓扑结构如图1所示。
地面PIS 交换机
MVB 总线
以太网总线
Etherent
ES ES
ES ES ES ES
Repeater
DDU VCU
RIOM 10MVB Services RIOM 11
BAT RIOM 21
RIOM 31RIOM 31RIOM 21RIOM 10HVAC PCE
EDCU 7EDCU 8PAN HVAC PCE
EDCU 7EDCU 8HVAC PCE
EDCU 7EDCU 8HVAC PCE
EDCU 7EDCU 8PAN BCE 1BCE 2
BCE 1BCE 2
BCE 1BCE 2
BCE 1BCE 2
LCU PIC ATC ACE 1EDCU 7EDCU 8
FAU BMS ACE 2HVAC BCE 1BCE 2
Repeater
Repeater
Repeater
Repeater
Repeater
Tc(C 1)MVB
MVB
Mp(C 2)M(C 3)M(C 4)M(C 5)MVB Services RIOM 11
BAT FAU BMS ACE 2HVAC BCE 1BCE 2地面PIS 交换机
图1 列车监控系统网络拓扑结构
中央控制单元VCU 是系统的主控设备，连接在MVB 总线上，收集列车上所有微机和非微机控制系统的状态及故障等信息，监视、控制整列车，同时将诊断的信息发送到DDU 上，帮助司机进行驾驶操作。VCU 是一个自动运行的设备，其根据内部程序周期性重复读取输入信号、执行应用程序的功能、刷新输出信号[3]。
VCU 同时集成故障记录功能及事件记录功能，故障信息包含故障代码、故障名称、故障等级、车辆号、故障发生时间以及故障消失时间。用户可通过维护软件为待记录故障配置环境数据，当该故障触发时，环境数据将同时被记录，帮助用户分析故障发生的原因。事件记录方式是循环记录，以设定的周期作为条件进行连续的实时数据记录。
每个车厢配置远程输入输出模块RIOM ，RIOM 通过MVB 接口连接到列车网络上，和VCU 进行通信。它将车辆中非微机控制系统和部分列车状态信息发送给VCU ，以便VCU 实时掌握非微机控制系统和列车的状态；同时VCU 也可以将控制指令通过MVB 总线发送给RIOM ，RIOM 通过输出高低电平信号来控制非微机控制系统。RIOM 10主要采集司机室相关列车硬线信息，RIOM 11/21/31分别采集本车厢相关列车硬线信息。
在每个司机室的控制台上设一台带有亮度调节及操作显示功能的显示器，即DDU 。列车各车载子系统的状态信息、过程数据和设备故障信息由中央控制单元收集并处理后发送给DDU 显示，DDU 界面上布置有
触摸式控制按钮，通过按钮可设置的一些控制命令从DDU 发送给中央控制单元并转发给其他车载子系统。
2 系统冗余设计
2.1 MVB 线路冗余
MVB 总线网络采用冗余的总线连接方式，任意一个单点故障将不会导致总线通信故障。MVB 总线物理上的连接采用两对独立双绞线连接的冗余结构，其A/B 通道互为冗余，同时MVB 连接器采用带芯片的单通道双电缆连接器，列车网络某设备中的任意一个MVB 插头松脱，MVB 网络不受影响。2.2 VCU 主控冗余
某一列车的2个VCU 硬件配置及软件功能完全相同，互为热备冗余，在正常运行情况，一个为强主VCU ，另一个为弱主VCU 。在强主VCU 工作时，弱主VCU 一直处于侦听状态（只接收数据，但不发送），弱主VCU 不停地监视强主VCU 设备状态，当强主VCU 出现故障时，弱主VCU 设备将自动接替为强主VCU 设备，保障列车网络控制系统的正常运行。2台VCU 分别安装在2个Tc 车的电气柜中。2.3 中继器冗余
中继器可以过滤放大MVB 总线上传输的信号，并延长信号的传输距离。每个车厢分别设置一个具有双通道独立冗余功能的中继器。中继器A 路或B 路中的任意一路出现故障，均不影响总线的正常通信。2.4 RIOM 模块冗余
对于列车运行关键指令信号（如司机钥匙信号、
向前、向后、牵引以及制动等）等，列车网络控制系统提供了RIOM10与RIOM11这2个采集模块对这些信号进行了冗余采集。当一个采集模块出现故障时，系统读取另一个模块数据以保障列车正常运行。
2.5 数据存储冗余
每个VCU存储本设备诊断的故障数据及接收到的子系统上报的故障数据和列车状态数据，一列车2台VCU即可以实现列车数据的冗余存储。
3 系统功能广州地铁3号线时间
3.1 控制及监视功能
本项目列车控制及监控系统主要的监控功能如下所述。
3.1.1牵引系统
该部分功能如下：（1）监测牵引系统以及牵引设备工作状态（如牵引电机电流状态、电机温度、VVVF逆变器状态等）；（2）能耗管理（牵引和再生制动的当天能耗、当月能耗、总能耗累加）；（3）牵引起动封锁保护；（4）列车超速防护；（5）空转滑行状态监测；（6）监视牵引系统相关故障。
3.1.2高压系统
该部分功能如下：（1）受电弓升降状态监测；（2）监测接触网电压和电流；（3）监视高速断路器状态；（4）检查高压系统相关故障。
3.1.3辅助供电系统
该部分功能如下：（1）监测辅助逆变器工作状态；（2）监测蓄电池充放电电压、电流、温度及状态信息；（3）监测蓄电池充电机状态；（4）监测辅助逆变器输出的电压、电流；（5）监测辅助系统能耗，包括辅助系统的当天能耗、当月能耗、总能耗累加；（6）监测中低压电路主要断路器、熔断器状态；（7）检查辅助系统相关故障。
3.1.4制动系统
该部分功能如下：（1）监测制动系统工作状态及气制动施加状态；（2）气缸压力保护监控；（3）监视载客率；（4）紧急制动状态监控；（5）空气压缩机工作状态及打风时间检查；（6）检查制动系统相关故障。
3.1.5驾驶系统
该部分功能如下：（1）司机室激活和列车方向监控；（2）列车速度监测；（3）总运行里程、运行时间监测；（4）联挂状态监视；（5）重要列车线、旁路开关状态监视；（6）司机台重要按钮状态监控；
（7）检查驾驶系统相关故障。
3.1.6空调系统
该部分功能如下：（1）监测空调系统及空调机组工作状态（制冷、制暖、通风等）；（2）空调集中控制（温度控制、模式控制）；（3）检查空调系统相关故障。
3.1.7车门系统
该部分功能如下：（1）监测客室车门状态（打开、锁闭、隔离、紧急解锁、故障等）；（2）门参数监视和设置；（3）车门联锁回路列车线监视；（4）开关门按钮及旁路开关监测；（5）检查车门系统相关故障。
3.1.8乘客信息系统
该部分功能如下：（1）监视乘客信息系统工作状态；（2）报站控制；（3）客室紧急报警按钮监视；（4）检查乘客信息系统各设备相关故障。
3.1.9火灾报警系统
该部分功能如下：（1）监测火灾报警系统工作状态（报警点监测）；（2）检查火灾报警系统相关故障。
3.1.10ATC系统
该部分功能如下：（1）监视列车自动控制系统（Automatic Train Control，ATC）系统工作状态；（2）上报列车状态信息给ATC；（3）站点信息转发及接收ATC相关控车指令；（4）检查ATC系统相关故障。
3.2 操作辅助功能
操作辅助功能的主要面对对象是司机，列车控制及监控系统实时监视车载各子系统主要设备的状态并通过DDU显示各设备的状态及故障信息，为司机驾驶操作提供辅助信息。
显示器的操作界面将驾驶和检修分开，主要显示内容包括列车运行方向、司机室状态、车门状态、乘客紧急报警状态、受电弓状态、列车连挂状态、门联锁状态、牵引制动级位、高速断路器状态、牵引逆变器状态、常用制动状态、停放制动状态、辅助逆变器状态、空调工作状态、客室温度、列车速度值、列车驾驶模式、列车限速值、网压值、下一站、终点站、时间以及日期等。
3.3 维护辅助功能
中央控制单元VCU收集列车主要设备的故障、状态信息，并根据整列车的状态及该子系统部件故障对列车运行的影响程度，对相关信息进行集中诊断、
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存储和分类。故障信息可以在显示在DDU的故障界面，并有故障提示音。重要的故障信息可以通过弹出式显示的方式，便于司机及维护人员及时看到，协助检修人员定位故障并解决问题。
故障信息及事件信息采用先进先出的记录方式记录在VCU的非易失性存储器中，设备掉电后记录数据不会丢失。
中央控制单元具有8 GB的存储空间，可至少存储30天的事件信息、3个月以上的故障信息，储存在VCU里的故障、事件信息都可以通过便携式维护工具PTU下载及分析。
便携式维护工具PTU主要用于给设备加载应用程序、下载故障数据、分析离线数据等，主要面向售后维护人员。
4 结 论
列车控制及监视系统是列车的核心控制系统，系统的安全稳定是车辆运营的重要保障，贵阳3号线列车
控制及监视系统采用的MVB总线架构及软硬件设备在国内多条地铁项目中均有应用业绩，满足本项目的运营要求。
当前国内以及海外轨道交通市场仍然处于快速成长期，成熟可靠的列车网络控制系统对于推动轨道交通的现代化升级及相关产业链的发展具有显著的社会及经济效益。
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4 结 论
通过分析避雷器的故障成因，明确避雷器智能监测系统的状态评判依据，进而掌握避雷器智能监测系统的监测方向。利用数据技术对避雷器泄漏电流进行实时数据监控，并随时备份避雷器监测数据，通过扩大数据存储量，确保检测人员能精准获取避雷器设备信息和运行数据，进而减少人工统计数据所造成的数据丢失等意外情况发生，推动我国避雷器事业取得更好的发展。
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