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武汉东湖100%低地板有轨电车列车监控及控制系统冗余功能简析

时间:2024-05-19

宋砚海

【摘 要】本文介绍了武汉东湖100%低地板有轨电车列车网络及监控系统拓扑结构和配置情况,同时也对该系统的冗余功能设置和功能进行了介绍,MVB通信线缆采用A、B双通道冗余设计,在冗余功能工作原理上分别介绍了VCU冗余功能工作原理和WTB网关冗余功能工作原理,最后阐述了数据记录冗余工作原理并做出总结。

【关键词】TCMS VCU WTB总线 MVB总线

1 系统概述

武汉东湖100%低地板有轨电车的列车监控及控制系统(以下简称TCMS)按照IEC61375标准规定的列车通信网络组建,列车总线与车辆总线均采用MVB总线。总线采用冗余传输,保证数据传输的可靠性。MVB总线的传输速率为1.5Mbit/s。MVB总线可以传输过程数据和监视数据。多功能车辆总线(MVB)的电气接口为EMD介质。

连接到车辆总线(MVB)上各个子系统的控制单元主要包括:ATC、牵引、制动、辅助、空调、车门、乘客信息系统控制单元等。其它没有MVB接口的子系统可通过MVB总线协议转换模块连接到MVB网络中。整个TCMS系统包括车载硬件、操作系统、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具等。列车总线及车辆总线系统符合有关列车通信网络IEC61375标准及TB/T3035标准,列车网络控制系统硬件满足EN50155标准。

2 网络拓扑和系统配置

全列由两个基本对称的单元组成,网络拓扑配置:(1)两个MC车各配置一台主控制单元(MCU),其中包含列车控制单元(VCU)、远程输入输出单元(RIOM)、事件记录仪(ERM);两个人机接口单元(HMI)分别位于两个Mc车,负责车辆及各子系统设备状态的显示、负责故障报警并且提供人机交互输入接口。(2)每个Mc车配置一台列车控制单元(VCU),两者互为冗余。(3)在每个Mc车各安装一个RIOM模块,实现对硬线控制电路的主要信号进行采集和控制,其中Mc车的RIOM模块为冗余配置,可实现对一些關键信号的冗余采集;(4)Mc1和Mc2车各配置一台列车事件记录仪,实现对列车主要设备的运行状态和故障信息的周期性记录,其记录的数据可通过便携式测试单元PTU读出和打印。(5)其它子系统,如TCU、ACU、BCU、HVAC、EDCU等,通过MVB接口连接到TCMS;(6)ERM通过以太网接口同无线传输设备连接,可实现故障数据实时传输;(7)电池管理系统BMS直接通过CAN网络同VCU连接;(8)在T车安装WTB网关(WTBGW),TCN网关用于将一列车的MVB数据通过WTB总线传送到另一列连挂车辆的MVB总线,为了保证数据传输的安全性,WTB网关具有冗余结构。(9)信号系统(ATC)通过RS485同VCU连接。

3 冗余功能工作原理

MVB通信线缆采用A、B双通道冗余设计,若MVB总线单通道通信中断,设备则从另一条传输线接收数据,整个网络通信不受影响。

每个Mc车配置一台列车控制单元(VCU),两者互为冗余。主VCU负责对网络的调度、车辆的控制以及对车辆设备的监视和诊断,从VCU实时监视主VCU的状态,当主VCU故障后,从VCU立即接替其工作;

在T车安装WTB网关(WTBGW),TCN网关用于将一列车的MVB数据通过WTB总线传送到另一列连挂车辆的MVB总线,为了保证数据传输的安全性,WTB网关具有冗余结构。

3.1 VCU冗余功能工作原理

列车控制单元(VCU)做为列车关键的控制设备,由于其主要实现总线管理、列车控制等功能,因此在整个列车网络中对VCU做了热备冗余配置。每列车设置两个列车控制单元(VCU),分别位于Mc1车和Mc2车。两个VCU通过竞争机制选取一个VCU为主控单元,执行总线管理和控制功能;另外一个VCU做为从控单元,监视主设备状态。当主控VCU出现故障时,从控VCU检测不到主控VCU的生命信号时接管总线,执行总线管理和控制功能,成为新的主控单元。

3.2 WTB网关冗余功能工作原理

WTB网关实现列车总线和车辆总线的双向数据传输,保证列车级总线和车辆级总线网络通信的实时性、可靠性、数据分配的合理性。

WTB网关由两组硬件完全相同、互为冗余的板卡组成,正常模式下,一组板卡处于激活状态,进行正常的网关通信,另一组板卡处于待机状态,激活网关失效后,待机网关会迅速自动转为激活网关。

对于MVB总线,激活网关与待机网关都具有两种配置,分别对应激活状态和待机状态的MVB端口及设备地址配置,激活网关参与MVB总线通信,参与实际列车通信和应用数据处理,待机网关监听MVB总线通信,保留一个端口用于发送生命信号,其他端口处于监听状态(宿端口),不发送应用数据。

两个MVB冗余接口在MVB网络中都是激活端,并且该状态与WTB冗余状态无关。在初始状态,MVB端口都配置成宿端口(sink port),应用层程序需根据WTB节点状态(激活或备用状态)来动态切换端口的方向是源端(source port)或者宿端(sink port)。MVB端口方向会随着WTB冗余节点状态的切换而切换。两个MVB板卡必须使用不一样的MVB地址,MVB设备地址会随着冗余切换的发生而变化。但是针对激活和热备的状态,MVB设备必须有固定的地址与冗余状态对应。

3.3 数据记录冗余工作原理

数据记录仪采用冗余设计,全列车有两个数据记录仪,两个数据记录仪在正常情况下同时记录列车的所有故障信息。当其中一个数据记录仪故障,另一个数据记录仪继续工作以保证列车的故障记录不会丢失。

4 结语

该项目网络配置充分考虑了各种工况的冗余功能,并能实时对采集的数据进行实时记录和故障分析,最大限度的能够保障列车稳定运行。

参考文献:

[1]刘琦,赵磊,徐慧林,吴紫薇.国产化列车控制及监控系统的监控设计改进[J].城市轨道交通研究,2013(10):59-62+83.

[2]赵磊.北京地铁7号线列车网络控制系统[J].城市轨道交通研究,2014(5):109-114.

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