5列车控制系统

1 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 哈尔滨地铁车辆系统培训哈尔滨地铁车辆系统培训 (列车控制系统)(列车控制系统) 二一年三月一日二一年三月一日 2 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 功能:功能: ? 监视、控制车辆和车辆各系统的运行，同时可诊断各系统的运行情况，并给出报警信息。监视、控制车辆和车辆各系统的运行，同时可诊断各系统的运行情况，并给出报警信息。 配置:配置: ? 列车控制系统采用继电逻辑控制或分布式总线控制方式，采用继电逻辑控制时要配备单独的信息和诊 断系统，为车辆各系统提供运行状态检测、故障诊断和保护。 列车控制系统采用继电逻辑控制或分布式总线控制方式，采用继电逻辑控制时要配备单独的信息和诊 断系统，为车辆各系统提供运行状态检测、故障诊断和保护。 ? 目前,新造列车均采用了分布式总线控制方式。列车总线系统采用国际列车通信网络TCN标准（ IEC61375-1的最新版本）。所采用的总线控制系统成熟、安全可靠。 目前,新造列车均采用了分布式总线控制方式。列车总线系统采用国际列车通信网络TCN标准（ IEC61375-1的最新版本）。所采用的总线控制系统成熟、安全可靠。 ? 广州地铁一号线车辆采用有接点逻辑控制电路，二号线列车采用了当今世界上最先进的列车控制技术 ，总线控制技术。从牵引制动控制到车门开关，从PIS自动报站到汽笛报警等几乎列车的所有方面，整 列车各系统的监视、控制和诊断都通过贯穿全车的总线控制网络实现，总线系统使整列车成为一个有 机的整体。司机对整个列车的控制命令通过列车通信网路送到列车的各个车厢上，列车的各个车厢工 作状态通过列车通信网路送到司机显示台上，让整个列车有效而安全的工作。 广州地铁一号线车辆采用有接点逻辑控制电路，二号线列车采用了当今世界上最先进的列车控制技术 ，总线控制技术。从牵引制动控制到车门开关，从PIS自动报站到汽笛报警等几乎列车的所有方面，整 列车各系统的监视、控制和诊断都通过贯穿全车的总线控制网络实现，总线系统使整列车成为一个有 机的整体。司机对整个列车的控制命令通过列车通信网路送到列车的各个车厢上，列车的各个车厢工 作状态通过列车通信网路送到司机显示台上，让整个列车有效而安全的工作。 ? 总线技术的应用大幅度减少了金属导线的使用，减少了电气机械连接点，避免了一般接点逻辑电路由 于单个物理故障导致的错误动作；总线上的故障设备可以得到有效隔离并退出网络，而保持其它不需 要其控制信息的设备仍能有效运作。总线技术带来了许多优点和先进功能，但也带来了新的问题和新 的障碍，如对总线的物理介质的要求较高，要求有较好的电磁环境，甚至由于电磁环境、总线线路质 量不稳定或软件缺陷等问题导致整体的瘫痪；同时对维护人员的能力也提出了前所未有的要求。 总线技术的应用大幅度减少了金属导线的使用，减少了电气机械连接点，避免了一般接点逻辑电路由 于单个物理故障导致的错误动作；总线上的故障设备可以得到有效隔离并退出网络，而保持其它不需 要其控制信息的设备仍能有效运作。总线技术带来了许多优点和先进功能，但也带来了新的问题和新 的障碍，如对总线的物理介质的要求较高，要求有较好的电磁环境，甚至由于电磁环境、总线线路质 量不稳定或软件缺陷等问题导致整体的瘫痪；同时对维护人员的能力也提出了前所未有的要求。 列车控制系统列车控制系统 3 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 一、列车通信网路一、列车通信网路 二、总线系统基本概念二、总线系统基本概念 三、列车控制系统三、列车控制系统 1、列车控制系统硬件及其主要功能1、列车控制系统硬件及其主要功能 2、列车控制系统网络结构?2、列车控制系统网络结构? 3、冗余概念3、冗余概念 4、列车诊断4、列车诊断 4 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 一、列车通信网络一、列车通信网络 列车通信网路（Train Communication Network，简称TCN）列车通信网路（Train Communication Network，简称TCN） ? 是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯网络，它包括两种总线类型绞 线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）。 是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯网络，它包括两种总线类型绞 线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）。 多功能车辆总线MVB多功能车辆总线MVB ? 是用于在列车上设备之间传送和交换资料的标准通信介质。附加在总线上的设备可能在功能、大小、 性能上互不相同，但是它们都和MVB总线相连，通过MVB总线交换信息，形成一个完整的通通信网路。 MVB实现的是一个距离较短，拓扑相对固定的网络连接方式。 是用于在列车上设备之间传送和交换资料的标准通信介质。附加在总线上的设备可能在功能、大小、 性能上互不相同，但是它们都和MVB总线相连，通过MVB总线交换信息，形成一个完整的通通信网路。 MVB实现的是一个距离较短，拓扑相对固定的网络连接方式。 5 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 ? MVB与WTB之间通过一个网关设备进行资料交互以达到通讯控制的目的，从而构成一个 完整的具备灵活编组功能的列车控制网络，以下是拓扑示意图。 MVB与WTB之间通过一个网关设备进行资料交互以达到通讯控制的目的，从而构成一个 完整的具备灵活编组功能的列车控制网络，以下是拓扑示意图。 ? MVB传输长度为200m，WTB传输长度为860m。MVB传输长度为200m，WTB传输长度为860m。 6 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 MVB总线的特点MVB总线的特点 ? 系统中， MVB总线的设置根据IEC-61375-1列车通信网标准，速率：1.5 Mb/s 延时：1 ms，最大设备连接数量：255个控制终端，组网形式：固定式人工组网，MVB总线支持 RS485铜介质和光纤。MVB的通讯介质分为3种：OGF、EMD、ESD。 系统中， MVB总线的设置根据IEC-61375-1列车通信网标准，速率：1.5 Mb/s 延时：1 ms，最大设备连接数量：255个控制终端，组网形式：固定式人工组网，MVB总线支持 RS485铜介质和光纤。MVB的通讯介质分为3种：OGF、EMD、ESD。 WTB总线的特点WTB总线的特点 ? WTB总线遵循的是IEC-61375-4标准，速率：1 Mb/s 资料周期：25 ms，最大设备连接数 量：32个终端，组网形式：动态自动编组组网，采用直线总线形式，覆盖距离：860 m（ 约合UIC标准车辆为22辆），介质：采用屏蔽双绞线传输速率为1 Mb/s的曼切斯特II型资 料码，控制形式：采用单主机控制，在编组连挂组网时通过竞争机制选定（其它终端可作 为备用主机，当主机故障后，其它终端竞争成为新的主机），连路协议：使用标准的 HDLC协议（IEC3309）。 WTB总线遵循的是IEC-61375-4标准，速率：1 Mb/s 资料周期：25 ms，最大设备连接数 量：32个终端，组网形式：动态自动编组组网，采用直线总线形式，覆盖距离：860 m（ 约合UIC标准车辆为22辆），介质：采用屏蔽双绞线传输速率为1 Mb/s的曼切斯特II型资 料码，控制形式：采用单主机控制，在编组连挂组网时通过竞争机制选定（其它终端可作 为备用主机，当主机故障后，其它终端竞争成为新的主机），连路协议：使用标准的 HDLC协议（IEC3309）。 7 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 二、总线系统基本概念二、总线系统基本概念 总线与总线段总线与总线段 ? 从广义来说，总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方 式。一组设备通过总线连在一起称为 从广义来说，总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方 式。一组设备通过总线连在一起称为“总线段总线段”（bus segment）。可以通过总线段相互连 接把多个总线段连接成一个网络系统 （bus segment）。可以通过总线段相互连 接把多个总线段连接成一个网络系统 总线主设备总线主设备 ? 可在总线上发起信息传输的设备叫做可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备总线主设备”（bus master）。也就是说，主设备 具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。 （bus master）。也就是说，主设备 具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。 总线从设备总线从设备 ? 不能在总线主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设设备称为总 线从设备（bus slaver），也称基本设备。 不能在总线主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设设备称为总 线从设备（bus slaver），也称基本设备。 8 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 总线控制信号总线控制信号 ? 总线上的控制信号通常有3种类型。一类控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操 作，如设备清零、初始化、启动和停止等。另一类是用于改变总线操作的方式，如改变 数据流的方向，选择数据域位的宽度和字节等。还有一些控制信号表明地址和资料的含 义，如对于地址，可用于指定某一地址空间，或表示出现了广播操作；对于资料，可用 于指定它能否转译成辅助地址或命令。 总线上的控制信号通常有3种类型。一类控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操 作，如设备清零、初始化、启动和停止等。另一类是用于改变总线操作的方式，如改变 数据流的方向，选择数据域位的宽度和字节等。还有一些控制信号表明地址和资料的含 义，如对于地址，可用于指定某一地址空间，或表示出现了广播操作；对于资料，可用 于指定它能否转译成辅助地址或命令。 总线协议总线协议 ? 管理主、从设备使用总线的一套规则称为管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议总线协议”（bus Protocol）。这是一套事先 规定的、必须共同遵守的规约。 （bus Protocol）。这是一套事先 规定的、必须共同遵守的规约。 总线操作总线操作 ? 总线上命令者与响应者之间的连结资料传送脱开这一操作序列称为一次总线总线上命令者与响应者之间的连结资料传送脱开这一操作序列称为一次总线“交易交易” （transaction），或者叫做一次总线操作。（transaction），或者叫做一次总线操作。 9 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 寻址寻址 ? 寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总线操作。通常有以下3种寻 址方式：物理寻址、逻辑寻址和广播寻址。 寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总线操作。通常有以下3种寻 址方式：物理寻址、逻辑寻址和广播寻址。 通信请求通信请求 ? 通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某 种服务。 通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某 种服务。 资料传送资料传送 ? 一旦某一命令者与一个或多个响应者连接上以后，就可以开始资料的读写操作。一旦某一命令者与一个或多个响应者连接上以后，就可以开始资料的读写操作。“读读”（ read）资料操作是读来自响应者的资料； （ read）资料操作是读来自响应者的资料；“写写”（write）资料操作是向响应者写资料。（write）资料操作是向响应者写资料。 控制信号控制信号 ? 总线上的控制信号通常有3种类型。一类控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操 作，如设备清零、初始化、启动和停止等。另一类是用于改变总线操作的方式，如改变 数据流的方向，选择数据域位的宽度和字节等。还有一些控制信号表明地址和资料的含 义，如对于地址，可用于指定某一地址空间，或表示出现了广播操作；对于资料，可用 于指定它能否转译成辅助地址或命令。 总线上的控制信号通常有3种类型。一类控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操 作，如设备清零、初始化、启动和停止等。另一类是用于改变总线操作的方式，如改变 数据流的方向，选择数据域位的宽度和字节等。还有一些控制信号表明地址和资料的含 义，如对于地址，可用于指定某一地址空间，或表示出现了广播操作；对于资料，可用 于指定它能否转译成辅助地址或命令。 10 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 三、列车控制系统三、列车控制系统 ? 系统由车辆控制单元和各子系统控制单元组成，具有列车逻辑控制、牵引控制、状态监视 、故障诊断等功能车辆控制单元具有中央控制功能与牵引控制功能，每列车两个，其中一 个为主控单元列车网络线和VCU采用冗余设计，列车基本控制、运行安全性能具有备用硬 件电路紧急牵引功能：当列车级控制发生故障时，通过硬件电路能使列车启动运行 系统由车辆控制单元和各子系统控制单元组成，具有列车逻辑控制、牵引控制、状态监视 、故障诊断等功能车辆控制单元具有中央控制功能与牵引控制功能，每列车两个，其中一 个为主控单元列车网络线和VCU采用冗余设计，列车基本控制、运行安全性能具有备用硬 件电路紧急牵引功能：当列车级控制发生故障时，通过硬件电路能使列车启动运行 （一）、列车控制系统硬件及其主要功能（一）、列车控制系统硬件及其主要功能 （二）、列车控制系统网络结构?（二）、列车控制系统网络结构? （三）、冗余概念（三）、冗余概念 （四）、列车诊断（四）、列车诊断 11 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 （一）（一）列车控制系统硬件及其主要功能列车控制系统硬件及其主要功能 微机显示器微机显示器 远程输入输出终端远程输入输出终端 MVB中继器MVB中继器 车辆控制单元车辆控制单元 12 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 1、中央控制器VCU1、中央控制器VCU 中央控制功能（CCF）， ：中央控制功能（CCF）， ： ? 控制和监测整列车的列车功能和电路，司机室联锁、高速断路器的控制、接通/切断各 类系统（照明，空调 控制和监测整列车的列车功能和电路，司机室联锁、高速断路器的控制、接通/切断各 类系统（照明，空调）、列车自动运行、车门控制和状态信号的处理、在故障情况 下切除个别部件、指示灯控制、 MVB为所有连接到MVB的子系统提供主时钟、 HMI将运 行和故障信息传送给HMI ）、列车自动运行、车门控制和状态信号的处理、在故障情况 下切除个别部件、指示灯控制、 MVB为所有连接到MVB的子系统提供主时钟、 HMI将运 行和故障信息传送给HMI 牵引控制功能（TCF），牵引控制功能（TCF）， ? 控制和监测整列车的牵引系统如牵引、制动计算，制动力补偿等。 中央诊断功能 控制和监测整列车的牵引系统如牵引、制动计算，制动力补偿等。 中央诊断功能 ? 收集和评估通过MVB传送的故障信息 其他功能 收集和评估通过MVB传送的故障信息 其他功能 ? 带MVB模块，支持过程数据和消息数据带MVB模块，支持过程数据和消息数据 ? 扩展的内存容量：扩展的内存容量： ? 通过主/从切换实现全冗余通过主/从切换实现全冗余 ? 提供RS232接口及以太网接口进行维护提供RS232接口及以太网接口进行维护 13 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 14 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 2、中继器2、中继器 ? 两个独立的MVB 通道两个独立的MVB 通道两个独立的电源回路两个独立的电源回路防止线路干扰防止线路干扰 15 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 3、车辆控制单元BCU3、车辆控制单元BCU ?安装在轨道上的带MVB接口模块和总线模块的SIBAS-KLIP站.安装在轨道上的带MVB接口模块和总线模块的SIBAS-KLIP站. ?读取数据、状态监控，故障跟踪读取数据、状态监控，故障跟踪 16 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 4、HMI4、HMI 司机可以通过HMI显示器对以下的装置和系统故障状态有一个大概了解：司机可以通过HMI显示器对以下的装置和系统故障状态有一个大概了解：Main circuit 主电路 Main circuit 主电路Drive status 牵引状态Drive status 牵引状态Brake status 制动状态Brake status 制动状态Auxiliary Inverter/Battery 辅助逆变器/蓄电池 Auxiliary Inverter/Battery 辅助逆变器/蓄电池Doors 车门Doors 车门Air conditioning systems 空调系统Air conditioning systems 空调系统Pantograph 受电 弓 Pantograph 受电 弓PIS system PIS系统PIS system PIS系统Air compressor 空压机Air compressor 空压机 17 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 （二） 列车控制系统网络结构（二） 列车控制系统网络结构 VCU：车辆控制单元：车辆控制单元 BCU：制动控制单元：制动控制单元 AUX：辅助逆变器：辅助逆变器 DCU: 车门控制单元车门控制单元 HVAC：空调：空调REP：中继器：中继器HMI：人机界面：人机界面TICU：牵引控制单元：牵引控制单元 ATC：列车自动控制：列车自动控制 ATO：列车自动驾驶：列车自动驾驶PIS：乘客信息系统：乘客信息系统 SKS：信号车载设备：信号车载设备 18 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 数据传输数据传输 两个冗余的数据传输：通过独立的两个通道两个冗余的数据传输：通过独立的两个通道A和和B。防止单根电线失效，连接针失效，收发器失效 、电缆破裂、连接器移除等故障 。防止单根电线失效，连接针失效，收发器失效 、电缆破裂、连接器移除等故障 19 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 （三）列车控制系统冗余（三）列车控制系统冗余 1、数据传输1、数据传输 ?通过独立的两个通道A和B。通过独立的两个通道A和B。 20 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 2、布线2、布线 ?每个通道冗余的MVB电缆和冗余的布线每个通道冗余的MVB电缆和冗余的布线 ?可防护单根电线失效、连接针失效、收发器失效、电缆破裂、连接器移除等故障可防护单根电线失效、连接针失效、收发器失效、电缆破裂、连接器移除等故障 21 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 3、中继器及其电源3、中继器及其电源 ?采用两个独立的MVB 通道采用两个独立的MVB 通道两个独立的电源回路两个独立的电源回路防止线路干扰防止线路干扰 22 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 4、冗余的、冗余的MVB-ASIC芯片特性芯片特性 ?每个通道均有曼彻斯特解码接收器，即使通道切换每个通道均有曼彻斯特解码接收器，即使通道切换,数据也无丢失，选择一个通道作为主 通道，另一通道作为观测通道，直到接受到下一帧（主或负帧）。 数据也无丢失，选择一个通道作为主 通道，另一通道作为观测通道，直到接受到下一帧（主或负帧）。 5、特殊的、特殊的MVB接头特性接头特性 23 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 6、中央控制器的主从切换、中央控制器的主从切换 ?每一列车上安装有两台VCU，互为冗余。列车激活后，其中一台将成为主控VCU，另外 一台将成为受控VCU。在一台VCU故障的情况下，故障VCU的管理功能将由另一台VCU接 管，列车可继续运营。 每一列车上安装有两台VCU，互为冗余。列车激活后，其中一台将成为主控VCU，另外 一台将成为受控VCU。在一台VCU故障的情况下，故障VCU的管理功能将由另一台VCU接 管，列车可继续运营。 24 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 （四）列车诊断（四）列车诊断 ?状态和故障事件将被VCU评估。根据故障对车辆运行造成的 影响对其进行分级。 状态和故障事件将被VCU评估。根据故障对车辆运行造成的 影响对其进行分级。 故障分为三级：故障分为三级： 1、车辆无法继续运作1、车辆无法继续运作 2、车辆可能带限制继续运作2、车辆可能带限制继续运作 3、车辆可以继续运营，但应注意需要进行维护。3、车辆可以继续运营，但应注意需要进行维护。 ?评级后的故障消息将在HMI上显示.评级后的故障消息将在HMI上显示. 25 广州地铁 Guangzhou Metro 广州中咨城轨工程咨询有限公司广州中咨城轨工程咨询有限公司 ?司机可以通过HMI显示器对