毕业设计 城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除 - 图文(7)

第3章 常见列车网络控制系统

3.1.SIBAS系统

SIBAS系统是德国Siemens公司提供的列车控制系统，能够实现列车牵引系统控制、信息传输、运行监控和诊断等全部控制任务。SIBAS系统目前有SIBAS-16和SIBAS-32两个系列，主要运用到我国早期的西门子进口城市轨道交通地铁车辆中，如上海地铁1、2号线车辆使用的SIBAS-16控制系统；广州地铁1号线车

辆使用的SIBAS-32控制系统。

节点 终端 列车总线 列车 总线 车辆 总线 图3—1 列车总线

SIBAS-16是典型的第一代微机控制系统，核心部件有16位的8086型未处理器构成的中央计算机、存储器组件以及一个或多个控制机（8088，80C188）组成。该系统采用集中式机箱和插件式机械结构，控制系统由中央控制器集中管理，采用分层结构，即列车控制层。机车控制层和传动层。采用多个串行总线系统，在传输速度和运行记录方面能满足列车控制的影响要求。SIBAS-16本质上还不能算是一个分布式的列车网络控制系统。SIBAS-16的编程工具为SIBASL0G，系统提供大量的标准的程序模块，为控制软件的编程提供了有利的条件。

20世纪90年代，Siemens公司在SIBAS-16的基础上进一步采用32位芯片（Intel486）的SIBAS-32系统，并保持与SIBAS-16系统的接口兼容。为了减少传统机车车辆布线，SIBAS-32系统设有智能外围设备连接终端，即SIBAS KLIP站。采用SIBAS KLIP可以迅速综合信息和控制指令，并且通过一根串行总线传输给中央控制装置。KLIP站可以很自由地分布在各类车辆上。

3.2. MITRAC.系统

MITRAC系统是Bombardier(庞巴迪)公司的系列产品，包括MITRAC TC(牵引

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逆变器) 、MITRAC CC（列车控制系统）、MITRAC AU（辅助逆变器）MITRAC DR（牵引驱动器）。公司为了适应不同用户，推出了MITRAC500系、1000系、3000系。500主要用于城际有轨列车，1000系主要用于高速及地铁列车，3000系主要用于大功率机车。在广州地铁2号线、深圳地铁1号线一期庞巴迪地铁车辆中就使用了该系统。 MITRAC CC主要特点：

1）符合各国际标准（EN50155车辆上的电子设备标准；ENV50121-3-2：铁路应用电磁兼容性的标准；ENV50204：数字无线电话电磁场辐射标准；IEC61375-1：列车通信网络标准;IEEE1473:1999中关于列车通信协议标准；UIC556/557 列车中信息传输的诊断标准），具有开放接口。

2）该系统器件结构紧凑，电源直接由列车蓄电池供电，可以实现分布式安装且不需要额外的加热或制冷，器件配线最少，质量显著降低。

3）用线少，通过余增强系统的可用性，传感器的短距离连接和I/O设备接口减少了冲突。可测性和模块化使系统配置离火，并可兼容和连接以前不同的列车控制系统。

4）该系统具有自诊断功能。诊断功能组合在监控系统中，通过数据克视化的远程交付式诊断、车辆跟踪详细目录、GPS系统、货物跟踪、旅客载量数据等方式，进行实时监控和故障诊断，提高了应用的可靠性。

5）支持远程无线数据恢复系统。系统可以支持轨旁无线系统通信，如GSM/R和无线局域网。因特网和企业互联网作为客户端调的访问介质，通过MVB或者其他的通讯方式连接车辆通讯系统。国外先进的MITRAC CC系统可通过提供连接到运行车辆上的数据来实现远程维护，增强维护服务质量；并允许诊断和操作数据直接通过因特网传递给列车系统的操作者。系统使用开放得标准，例如移动电话、无线局域网以及因特网相关的通信协议。

6）提供MITRAC CC远程控制平台。MITRAC CC 远程平台使用互联网技术和移动通信，结合庞巴迪公司的铁路专用技术，开发出心技术以降低维护成本，推进整个系统的可可靠信。MITRAC CC远程平台提供多种服务，通过标准接口访问车辆。由于服务本身来源不同的厂商，该远程平台不接受未经授权调的厂商的访问，同时保证在线的控制通信系统不冲突。

MITRAC列车控制通信系统的核心是TCN（列车通信网络）标准，允许不同用户之间的相互操作。交换信息使用的额传输介质为屏蔽双绞线或者光纤，列车上所有MITRAC CC器件都连在一个网络上，从而可以交换程序和诊断数据，很容易

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增加新的设备。在MITRAC中没有控制柜和机箱，而是各个控制单元或I/O单元均自成一体封装在一个具有较好的电池兼容性能得机壳中。每个刻体军友自己的电源和车辆总线接口。

列车微机控制系统由列车总线和多功能车辆总线两部分组成，它们在关键区域提供冗余，即WTB或MVB中的单点故障不会导致列车运行停止。列车控制分为列车控制级、车辆控制级以及子系统控制级三级（包括牵引控制、气制动控制、辅助电源控制、门控制、空调控制、乘客信息控制等。）列车控制级上的WTB通过安装在每个单元的VTCU中的大功率网关与MVB相连，进行数据交换。列车控制级和车辆控制级与每个3节车单元的VTCU构成一个整体，执行如下的主要功能：通过WTB进行列车控制；总线管理和过程数据的通信；监督和诊断；通过MVB在各个子系统之间进行通信；提供与外部PC机之间的服务端口等。各部分功能如下：

（1）列车总线（WTB）与多功能车辆总线

列车总线(硬线连接总线WTB)连接着两个3单元的VTCU，两个VTCU之间通过WTB进行通信。多功能车辆总线MVB与车辆及列车控制单元VTCU 直接连接.VTCU包括多功能车辆总线控制器，大容量的事件记录器等，可以对车辆总线通信进行管理。VTCU通过MVB与车辆所有子控制系统进行数据交换，实现列车控制和车辆控制，车辆控制级，子系统控制级，以及本车于同一单元的其他车之间通过本地车辆总线进行通信和数据传输。

（2）车辆及列车控制单元VTCU 车辆及列车控单元

VTCU为带集成诊断功能和控制功能的车辆与列车控制装置，每三节车单元拥有一个VTCU，作为总线管理主机，他是一个带有32位数字处理器，8MB闪烁内存的微机控制单元，还包含静态电池缓冲RAM，串行接口，独立电源。

（3）列车管理系统（TMS）

它是以VTCU为核心的一个列车控制系统，是列车微机控制和网络系统的重要组成部分。他由列车控制级的多台计算机系统和一些专门开发的高处理速度的微机组成。TMS负责列车的控制，监控和诊断，该系统可以为列车子系统控制和模块提供各种实时控制信号。

（4）列车故障诊断（VTCU）

通过列车微机控制和网络系统接受从各个子控制系统或I-O控制单元传来的故障报告，并附带所选者的环境数据和相应的时间参数。所有列车运行所需的关键的诊断信息则是通过安装在驾驶室驾驶台上的TFT液晶彩色触摸式显示起

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来显示。显示器的内容分别有中，英文显示，对不同的使用者设置了不同的权限，分为驾驶模式界面和检修模式界面。

列车故障诊断系统对所有重要的故障信息的记录均给出了跟踪数据，并通过分析数据能显示出连续的牵引、制动曲线图形，对于每个直接连接到MVB总线上的子控制单元，均要求诊断系统能诊断并显示到最小可更换部件的故障。

3.3. AGATE系统

AGATE系统是Alstom公司开发的列车控制系统。AGATE系统主要由AGATE link(列车监控)、AGATE Aux（辅助控制）、AGATE Traction（牵引控制）和AGATEe-Media（乘客信息系统）4个部分组成。

AGATE牵引控制系统主要是实现实时的机车牵引控制和产生制动命令。其主要特点是模块化设计实现安全快速的操作；主要功能的子装配系统标准化；采用World-FIP总线网络，实现和主要数据网络（TCN、CAN、FIP、LON）的通信网关；具有自测试功能；使用EASYPLUG技术；包含了最新技术FPGA器件和PCI总线接口。

AGATE辅助控制系统主要是实现对列车上静态逆变器和电池充电的控制，其主要特点是结构紧凑、模块化、低成本、低噪声和快速保护等。

AGATEe-Media乘客信息系统主要是再列车运行中，提供实时的多媒体信息和休闲娱乐，为乘客提供便利性和舒适性，同时还可以作为一种高效广告媒体，能带来新收益。AGATEe-Media主要功能有：系统用发音系统自动报站，并在屏幕上以有色信息显示，具有动力学线路地图，也可以显示广告和新闻。当系统突然中断或者意外情况发生的时候，优先直接向乘客广播实时信息。

AGATE Link是在线管理和监视列车的电子模块，是整列车辆维护的有效工具。通过监视列车各子系统的运行状况来提供迅速准确的列车故障诊断，从而减少了检查时间和成本，缩短了停工维护时间。AGATE Link的突出特点是改善了列车生命周期成本（LCC）。AGATE Link可根据应用需要对基本部件进行组合，如远程输出模块、司机控制台、GIS定位模块、无线电数据传输模块和在线通讯网络，系统易于扩展。

AGATE系统的控制网络WorldFip总线是从Fip总线发展而来的。Fip总线是一种面向工业控制的通信网络，其主要特点可归纳为实时性、同步性、可靠性。WorldFip的设计思想是：按一定的时序，为每个信息生产者分配一个固定的时段，通过总线仲裁器逐个呼叫每个生产者，如果该生产者已经上网，应在规定时间内应答。生产者提供必要的信息，同时提供一个状态字，说明这一信息是最新

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生产的还是过去传送过的旧信息。消费者接收到信息时，可根据状态字判断信息的价值。AGATE系统采用WorldFip总线完整地实现了列车控制的所有功能。

3.4 TIMS管理系统及其结构

TIMS是基于AGATE系列，通过数据处理网络连接的产品。TIMS收集来自与它连接的设备的故障信息，并且通过驾驶显示单元提供信息给驾驶员和维护人员，它能记录故障、综合故障以及记录设备状态。TIMS具备操作帮助、维护帮助、事件记录管理、旅客信息触发（音频和视频）的功能。

FIP数据网络是TIMS的核心，他们根据等级结构配置分为：列车网络、车辆网络。FIP列车网络连接列车的两个MPU以确保在每个车辆组之间进行数据通信。MPU控制列车网络和定义信息流动。ACE、BCE、PCE都是与FIP数据网络连接，但是他们不在TIMS范围内。

车辆设备直接连接到每个车辆网络：MPU，运行主要的TIMS软件应用程序和支配FIP车辆网络上的通信；DDU，人机界面，通过交互式的入口来运行和维护TIMS的功能；RIOM，局部安装在每一个车上，提供二进制I/O接口和标准的RS485串行通信口；PCE（牵引），安装在动车C和B上，通过FIP连接的通信被限于监测功能；BCE（制动），安装在每节车上，在A车上的BCE也控制压缩机设备，通过FIP连接的通信被限于监测功能；ACE（辅助），通过FIP连接的通信被限于监测功能。TIMS设备的FIP地址通过数字插头或低压二进制输入组合来定义。

为了优化单元之间的电缆长度，FIP网络电缆线路由双绞屏蔽线构成（120欧姆阻抗），FIP列车网络布设在整个列车并连接两个MPU。这个网络没有连接其他设备，FIP车辆网络受限于车辆组的长度，它连接总线上的设备。

TIMS管理系统的组成及功能 与外围设备的串行通信口通信由RIOMS通过系统软件提供，设备变量通过相同的RS485串行通信口连接，串行网络接口元件是智能的，它们处理协议编码、译码、传输、接收和故障检查。串行通信口交换数据是建立在主/从机制上：RIOM在串行通信口上发送一个请求（设备地址标志），设备（与地址标志一致）反馈响应，为了知道在RIOM与设备之间的通信是否中断，相互检查功能是否可用。

经串行通信口交换MPU通过列车网络初始化，在应用软件的每个循环，MPU通过RIOM发送一个请求询问串行通信口。连接到串行通信口的每个单元都有唯一的地址。此外，相同类型的设备和有相同功能性设备都分享相同的组地址。设计此原理是为了保持信息在网络上不断地传输，从而避免在紧要的时候出现传输高峰。常见的信息包括所有故障状态信息，并能够被传送到驾驶室。

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