毕业设计 城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除 - 图文(9)

第4章 城轨列车网络控制系统

4.1 成铁１号线列车网络控制系统

4.1.1成铁1号线列车网络控制系统的结构及组成

成都地铁1 号线采用的是WTB/MVB/CAN 总线的网络系统。该系统为分布式、模块化及实时通信的总线控制方式，具有高冗余性的列车控制功能，广泛应用于机车、城际列车、地铁列车、轻轨列车等。系统设计符合列车通信网络的IEC 61375-1标准。

成都地铁编组形式为 =Tc+Mp+M1+M2+Mp+Tc=，Tc 为有司机室的拖车， 为无司机室带受电弓的动Mp车，M1、 车为无司机室的动车。M2车辆采用受电弓单一供电方式，供电制式为DC 1 500 V。列车微机网络控制系统的总体控制框图见图 4-1。

D I ——数字输入；W T B ——绞车总线；E T 线式列H ——以 太 网 网 络；D O ——数字输出；M V B ——多功能车辆总线；D I O ——数字输入 / 输出；C A N ——C A N 总线；A I ——模拟量输入；4 8 5 ——R S 4 8 5 接口；A O ——模拟量输出；4 8 5 a ——R S 4 8 5 接口（同步）；P W M ——P W M 信号；4 2 2 a ——R S 4 2 2 接口（同步）

图4-1 成都地铁 1 号线列车微机网络控制系统采用列车 总线WTB 和多功能车辆总线 MVB 作为骨干传送系统，同时还采用了CAN作为与各种装置连接的接口。WTB、MVB各系统均为双系统，自身双系统工作时互为冗余，其中一套处于激活状态，另一套处于待机状态。该系统结构可提高可靠

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性，即WTB或MVB系统中的单点故障不会导致列车运行停止。

列车总线WTB连接2个3节车单元的中央控制单元CCU，2个CCU之间通过WTB进行通信，符合有关的列车通信网络标准IEC 61375-1，总线物理上的采用2对屏蔽双绞线连接的冗余结构。WTB 传输的数据有过程数据、消息数据、监督数据等。CCU 与远程接口单元 RIO、网关 MGW 之间通过MVB 总线进行连接，多功能车辆总线物理上的连接也采用 2 对屏蔽双绞线连接的冗余结构，MVB 子系统与MVB的接口均符合有关列车通信网络标准IEC 61375-1。CCU 或MGW 与各车辆设备之间采用CAN 总线方式连接，实现与牵引变流器 V V V F 、制动控制装置BECU、辅助电源SIV、车门控制系统EDCU、空调系统HVAC、PIDS 系统等的通信和控制。

4.1.２ 列车网络管理系统 ＴＭＳ

TMS(Train Management System)是一种能监控列车牵引制动设备、供电设备、服务设备等车载设备，显示故障信息和处理方法，记录累计行驶里程等各种信息， 控制服务设备的控制系统。成都地铁1号线TMS设备构成如表4-2所示。

表4-2 成都地铁１号线ＴＭＳ设备构成 数量 部件名称 Tc Mp M1 M2 Mp Tc 总数 2 2 2 2 2 （1） （2） （3） （4） （5） （6） CCU Tc中央控制单元 MGW(Mp)MVB/CAN 网关 MGW(M1,M2)MVB/CAN 网关 RIO1(Tc)远程输入 / 输出系统 RIO2(Tc)远程输入 / 输出系统 RIO(Mp)远程输入 / 输出系统 RIO(M1,M2)远程输入 / 输出系统 I F - U T ( T c ) 接口单元 IF-UT(M p ,M1 ,M 2 )接口单元 D D U 显示驱动单元 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 中央控制单元CCU是TMS的核心单元，设置在2个头车上，由具有 W T B/ MV

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B 网关功能的 T G W (T ra i nGateway)和具有MVB/CAN网关功能的VCU(Vehicle Con-trol Unit)组成，分别构成双重系统。该双重系统包含2套 MVB/CAN 网关(MGW)具有 MVB/CAN 接口转换功能，设置在各中间车上，包含 1 套电源模块和 1 套VC-CPU/D VCU处理器模块，通过CAN 总线与各车辆设备如VVVF、BECU、车门控制器、空调装置等提供数据交换。

远程输入输出系统（RIO）使用MVB和CCU或MGW连接，功能是作为模拟输入 / 输出信号、数字输入/ 输出信号、PWM 信号的接口电路，设置在各车辆上。 车TcRIO设备由2套组成，RIO-1由RPT、CPU/IO 0、 1、 2、IO IO IO 3、 4 组成， 1 为驾驶台指令电路，IOIO为钥匙信号、方向信号等提供数字输入电路；IO 2为ATO、SIV、ATP模式、制动压力等提供数字输入电路；IO 3 为空调故障、紧急报警、关左右门指令等提供输入信号；IO 4 为PWM信号提供输入接口。RIO-2硬件配置与RIO-1配置相同，其中IO 1为扩展供电指令提供输入电路；IO 2为

蓄电池电压、电流、温度等提供模拟量输入接口；IO 3为速度表提供模拟输入接口；IO 4 为PWM 信号提供输入接口。M车各有RIO设备1套，包含RPT、CPU/IO 0、IO1、 2模块，IO为M车BCU信息、车门信息、受电弓状态、空调信息、VVVF 控制电源状态、BLB 动作状态等提供数字输入接口。

显示驱动单元(DDU)是装有带触摸面板的液晶显示器的显示装置，设置在驾驶台上，为用户提供信息界面和远程控制接口。DDU和CCU之间采用Ethernet连接，其间设置HUB，实现已冗余的VC-CPU与DDU 2对1的连接。正常情况下，CCU中的VC-CPU 2套模块其中一套处于激活状态，另一套处于待机状态，DDU 与激活的VC-CPU 模块进行通信。当激活的VC-CPU 模块发生故障时，由冗余控制单元VC-RCU/A 将待机的VC-CPU激活，从而实现与DDU 通信的冗余控制。

接口单元（IF-UT）具有CAN/RS485或CAN/RS422网关功能，设置在各车辆上。由电源模块AVR36和一定数量的MCB90模块组成，MCB90是执行CAN open通信和RS485或者RS422 序列通信之间的协议的网关单元。每一台MCB90可以进行CAN open←→RS485/RS422 １频道的协议变换。模块数量可根据接口数量进行扩展。TC车的IF-UT具有4套MCB90模块，用于实现与ATO设备、RCS设备、SIV设备的协议转换。M车IF-UT具有2套MCB90模块，用于实现与VVVF的接口电路转换。

4.1.３ＴＭＳ 与车辆设备的接口关系

CCU与各列车设备之间、MGW 与各设备之间通过CAN 总线进行连接，接口规格见表4-3。

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表4-3 CCU MGW 与各设备之间的接口 项目 通信方式 适用规格 传送速度 同步方式 传送形态 适用电线 网 络 CAN open CAN open (ISO 11989,CiA DS-301) 1Mbps（最大） 帧同步方式 总线结构（多站点） 额定120Ω平衡，带屏蔽的双股扭绞电缆 1对多 规格 以TMS 与空调装置通信接口为例简单介绍 TMS 与车辆设备的CAN总线接口，WTB、MVB以及RS485接口限于篇幅关系不再举例进行介绍。图4-3是成都地铁TMS与空调装置的接口示意图，其中 T M S使用2套VC-CPU模块的CAN接口，与空调装置使用同一总线的设备有EDCU、PIDS、CCTV等，在同一总线上的设备如果同时发送数据存在冲突时，有预先设定好的优先级（根据传输信息中11位标识符）进行判定。如果空调装置不处于 CAN总线的末端位置，不需要使用120Ω的终端电阻。

TMS 向空调装置传输的信息包括网络控制目标温度值、控制方式选择（自动 / 手动） 通风机启停、、空调工况控制等。空调装置向 TMS 传输的信息包括所有故障信息（如压缩机过电流、低压保护等） 压缩机工作、电流、回风温度、环境温度以及空调的工作状态（如通风、半冷、全冷、网络控制、紧急通风等）。

4.2 广铁３号线列车网络控制系统

通过数字总线技术构建的列车通信网络，利用串行数据在子系统控制设备的接口中相互通信及传输，并实现故障准确定位、获取详细故障信息和子系统状态。 4.2.1 广铁3号线的概述

广州地铁3号线列车通信网络的总体结构、连接各车辆的列车总线、连接车辆内部各智能设备的车辆总线及过程数据等内容进行了详细的规定。它包含2 级总线：WTB 总线和MVB 总线。

绞线式列车总线（WTB）是适用于机车车辆经常连挂和解编的列车总线。多功能车辆总线（MVB）是连接车辆内设备，以及在固定编组的列车组中连接各车辆设备的车辆总线。MVB 多功能总线被设计为在独立车辆范围内电子元件和控制

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系统之间数据传输，连接至MVB 网络的子系统数量在项目的设计阶段进行规定。4.2.2 广铁3号线拓扑结构

部分信号采用列车线控制是必要的，例如安全电路、车门关闭电路、紧急牵引。正常模式下，列车上所有带 MVB 接口的子系统将被列车总线控制，列车线信号只被监控（除了安全电路和车门关闭电路）当列车。线信息不同于列车总线信息，一个故障数据将被提示在车辆显示屏上。

假如看门狗诊断出总线故障（逻辑错误或线路故障）降级或救援模式将被激活，然后列车线信号将被采用执行。为此，在车辆设计前期必须定义好在降级或救援模式下所实现的列车功能。

下文以广州地铁 3 号线列车为例，介绍列车网络控制系统的诊断方式，并对列车网络控制系统故障进行故障诊断分地面诊断和车载诊断两个层次，优先采用车载诊断。

广州地铁 3 号线列车采用德国西门子基于 TCN 通信网络开发的 SIBAS32（Siemens 32 位处理器的列车自动系统）控制技术，网络拓扑结构如图 4-4 。车辆的每一个电子子系统（例如车门系统、制动系统等）集成了一个电子控制单元来监测自己，未集成电子控制单元的其他电子子系统（例如列车线等）则会被车辆控制单元（VCU）进行检测。

图 4-4 广州地铁 3 号线网络拓扑结构

1．车载诊断主要是：

发车前停车状态下的检测，行驶过程中的功能诊断，故障信息的记录保存，故障记录的转储以供地面分析。 2．车载诊断的结构分三个层次

①部件诊断：各微机控制的部件对其本身自诊断以及对被控对象进行监测诊

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