城市轨道交通车辆课件：列车控制和监控系统认知

城市轨道交通车辆

列车控制和监控系统认知列车通信网络控制系统(TCMS):实现车载设备的互联与控制，以确保运行安全与可靠列车自动控制(ATC)系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动化，能最大程度地保证列车运行安全，提高运输效率，减轻运营人员的劳动强度，发挥城市轨道交通的通过能力。目前，列车自动控制技术已十分成熟，已经进入了列车超速自动防护和自动驾驶时代。任务一

列车通信控制网络列车通信网络技术已成为现代列车的核心技术之一。城轨车辆采用列车通信网络技术实现车载设备的互联与控制，以确保运行安全与可靠。基于国际标准的列车控制网络TCN技术是专门为列车车载设备通信量身定制的一种总线技术，也是目前列车控制网络中最为广泛采用的一种技术形式。成都地铁4号线TCMS系统成都地铁4号线列车为6辆编组的B型电动车，其列车网络控制系统（TrainControlandManagerSystem，简称TCMS）包括车载硬件、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具等,具有分布式、模块化及高冗余性的特点。1

TCMS系统硬件配置成都地铁4号线列车采用4动2拖6辆编组图中设备对照HMI---人机交互单元；CCU--中央处理单元；ERM--数据记录仪；MC--司机控制器；RIOM--输入输出模块；BCU--制动控制单元；ACU--辅助控制单元；TCU--牵引控制单元；RAD--实时无线传输系统；MVB--车辆总线；RPT--中继器；ATC-列控系统；MDCU-电子门控单元；FAS--火灾报警系统；PIDS--乘客信息系统；HVAC--空调系统；北京地铁７号线列车采用６动２拖的８辆编组形式，ＴＣＭＳ总线采用ＭＶＢ－ＥＭＤ（电气中距离）总线。系统拓扑结构如图TCMS系统包括中央控制单元（CCU）、人机接口单元HMI）、远程输入输出模块（RIOM）等重要设备。连接到车辆总线(MVB)上各个子系统的控制单元主要包括：

牵引控制单元（TCU）、制动控制单元（BCU）、辅助控制单元（ACU）等。2TCMS系统设备介绍2.1中央控制单元（CCU）整列车共有2台CCU，分别安装在两个Tc车上，在正常运行情况下，其中1台为主控单元，另1台为备用设备。当主控设备出现故障时，备用设备将代替触控设备实现中央控制单元的功能，以保证TCMS系统正常工作。2.2人机接口单元（HMI）整列车共有2台HMI，分别安装在两个司机操作台上，通过MVB总线获取列车状态和故障诊断信息，为司机及维修人员提供人机接口。HMI为10.4寸的触摸操作硬屏，具有良好的人机界面，方便操作。HMI通过MVB总线获取客车各系统的信息，实时显示各系统运行状态、车辆参数和故障信息；显示画面上的部分文字和参数，用户可以自行定义和修改，如故障处理建议、站点名称等；HMI根据不同使用者的不同权限，如司机、维修人员等，显示不同的内容；显示画面采用菜单提示方式，使用者可按照菜单提示进行选择和操作；画面颜色配合协调，不易引起视觉疲劳。2.3中继器（RPT）整列车共有4台RPT，Mp车分别装有2台冗余的RPT。RPT的主要功能有：MVB信号再生及放大传输；检测网络上的信号冲突并进行相应的处理。2.4远程输入输出模块（RIOM）整列车共有8台RIOM，Tc车分别安装有2台RIOM，中间车各安装1台RIOM。RIOM完成各种数字量信号的采集和输出及模拟量信号的采集。2.5数据记录仪（ERM）整列车共有2台ERM，分别安装在两个Tc车，在正常运行情况下，2台ERM同时工作，互为备份。ERM通过MVB总线获得列车上各设备的状态信息、故障信息；ERM有记录功能，按照先进先出的原则进行数据的记录，存储容量为8GB；具有维护接口，可通过PTU读出数据，供维护使用。

3.TCMS系统重要功能介绍列车的牵引、制动、车门等多个子系统通过自身的MVB-EMD通信接口接入到MVB网络。TCMS系统通过MVB总线和各个子系统进行数据通信，以实现对各子系统的监视与控制功能。3.1发送牵引/制动指令功能：TCMS系统可以向每节车的TCU和BCU传输牵引/制动级位百分比信号，牵引和制动系统根据级位信号，施加牵引/制动功能。3.2辅助系统控制功能当TCMS系统检测到辅助系统发生中等或重大故障时，TCMS系统将向发生故障的辅助系统发出停机指令。另外，当辅助系统发生中等以上故障时，在HMI上可以点击“辅助系统复位”的按钮，TCMS系统将系统复位的指令发送给辅助系统，从而实现系统的复位功能。3.3车门系统监视功能每节车中有2台主门控制器（MDCU）和6台从门控器（LDCU），主门控器通过内部CAN总线网络，采集本节车8台门控器的信息，包括每个车门的状态信息和故障信息，同时，主门控器通过MVB总线转发本节车8个车门的状态、故障信息，从而实现TCMS对车门的故障诊断和状态监视功能。3.4烟火报警系统的控制和监视功能Tc车各有一台FAS控制器，一台为主机，一台为从机。烟火报警系统主机、从机以及探测器通过内部总线的方式组成火灾报警系统的内网。TCMS可以实现：发生火灾时，触发声音报警，并显示火灾发生的位置；显示火灾探测报警系统的状态，并对故障进行诊断；可实现蜂鸣器的消音、复位功能列车自动控制(ATC)系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动化，能最大程度地保证列车运行安全，提高运输效率，减轻运营人员的劳动强度，发挥城市轨道交通的通过能力。目前，列车自动控制技术已十分成熟，已经进入了列车超速自动防护和自动驾驶时代。列车控制包括列车进路控制和列车速度控制，列车进路控制由联锁设备实现，列车速度控制由ATC系统实现任务二列车运行自动控制系统1、ATC系统的组成列车运行自动控制系统(ATC)包括列车自动防护（ATP）、列车自动运行（ATO）及列车自动监控（ATS）三个系统，简称“3A”。ATCATSATPATO列车自动防护列车自动运行列车自动监控地面控制中心（OCC)与控制站通过有线数据通信网连接，控制中心与列车之间可采用无线通信进行信息交换。（1）ATP子系统ATP子系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行，完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输人，与ATS、ATO及车辆系统接口并进行信息交换。ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息等通过轨道电路等传至车上，由车载设备计算得到当前所允许的速度，或由行车指挥中心计算出目标速度传至车上，由车载设备测得实际运行速度，依此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行，以缩短列车运行间隔，保证行车安全。列车运行控制系统地面设备框图地面系统主要功能：

(1)检查列车在区间的位置，

(2)形成速度信号，

(3)向列车传送允许速度、线路参数等信息。

列车速度VMAX列车制动距离闭塞分区先行列车相邻地面控制中心地面控制中心轨道电路信号机相邻地面控制中心列车控制系统组成-地面系统。

车载设备

主要由天线、信号接收单元、制动控制单元、司机控制台显示器、速度传感器等组成。车载设备根据接收到的地面信息、列车特性，计算列车制动模式曲线，控制列车运行状态。

列车运行控制系统车载设备框图列车控制系统组成-车载设备司机显示器信号接收机制动控制单元天线速度传感器（2）ATO子系统ATO子系统主要用实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心的指令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，传送车门和屏蔽门同步开关信号。ATO子系统包括车载ATO单元和地面设备两部分。地面设备有站台电缆环路、车地通信设备(TWC)以及与ATP联锁系统的接口设备(3)ATS子系统ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站、车辆段分机ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站、车辆段分机。控制中心ATS设备有中心计算机系统、工作站、显示屏、绘图仪、打印机、UPS等。每个控制站设一台ATS分机，用于采集车站设备的信息和传送控制命令，并实现车站进路自动控制功能。车辆段ATS分机用于采集车辆段内库线的列车占用情况及进／出车辆段的列车信号机的状态。城市轨道交通ATC，按闭塞制式可分为：固定闭塞式ATC系统、准移动闭塞式ATC系统和移动闭塞式ATC系统；按结构不同可分为：点式ATC系统、连续式ATC系统和无线ATC系统。固定闭塞式准移动闭塞移动闭塞2、ATC系统原理功能(1)ATS功能：可自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥，并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC(控制中心)内的设备实现。(2)联锁功能：响应来自ATS功能的命令，在随时满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号的控制，将进路、轨道电路、道岔和信号的状态信息提供给ATS和ATC功能。联锁功能由分布在轨旁的设备来实现。(3)列车监测功能：一般由轨道电路完成(4)ATC功能：在联锁锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运行的控制。ATC功能有三个子功能：ATP/ATO轨旁功能、ATP/ATO传输功能和ATP/ATO车载功能。ATP/ATO轨旁功能负责列车间隔和报文生成；ATP/ATO传输功能负责发送感应信号，它包括报文和ATC车载设备所需的其他数据；ATP/ATO车载功能负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和驾驶员提供接口(5)PTI功能：是通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置传给ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号和列车位置数据，以优化列车运行。ATC车载设备ATC车载设备包括在每一节A车上两个完全相同的系统(图10—5)，每个系统包括驾驶室后侧的ATC机柜，这样能使ATC容易测试。ATC系统由以下几个主要部分组成：(1)1套ATP设备。(2)1套ATO。(3)ATP／ATO编码里程表，它收集车速、车辆移动的信息，由ATP／ATO板进行电子处理。(4)列车定位PTI信号天线，它是用于车载ATP／ATO同轨道上信号设备的数据传输。(5)两个信号接收线圈(ATC天线)，它为车载ATP／ATO板不间断地收集线路上的向列车发送的信号。4、列车驾驶模式司机可通过主控制器的模式选择器来选择驾驶模式，城市轨道交通列车的主要驾驶模式应包括：(1）列车自动运行驾驶模式（ATO模式或AM模式）ATO模式是正线或试车线上列车运行的正常模式，且在车辆、ATP、ATO、和闭塞设备正常的情况下使用。ATO模式:在这种模式下，列车自动启动、加速、维持惰行、减速、停车和开门，司机只负责启动ATO、监控列车运行和在车站按压关门按钮关门，列车在车站之间的运行是自动的，不需驾驶员驾驶。列车完全在ATP的保护下运行，驾驶员只负责监视ATO显示，监督车站发车和车门关闭（2）列车自动防护驾驶模式（SM模式或CM模式）SM模式即ATP监督人工驾驶模式，是一种受保护的人工驾驶模式。在这种模式下，驾驶员根据驾驶室中的指示手动驾驶列车，并监督ATP显示，以及列车运行所要通过的轨道、道岔和信号的状态，可在任何时刻操作紧急制动。ATP连续监督人工驾驶的列车运行，如果列车超过允许速度将产生紧急制动。3）限制人工驾驶模式（RM模式）RM模式即ATP限制允许速度的人工驾驶模式，是一种受约束的人工操作，必须“谨慎运行”。在这种模式下，列车由驾驶员根据轨旁信号驾驶，ATP仅监督允许的最大限速值。RM模式在下列情况下使用：(1)列车在车辆段范围内（非ATC控制区域）运行时；(2)正线运行中联锁设备、轨道电路、ATP轨旁设备、ATP列车天线或地对车通信发生故障时；(3)列车紧急制动以后。此时，车载ATP将给出一个最高25km/h的限制速度。4）非限制人工驾驶模式（关断模式、URM模式关断模式是无ATP监督的人工驾驶模式，用于车载ATP设备故障以及车载设备测试情况下完全关断时的列车驾驶，列车是由驾驶员根据轨旁信号和调度员的口头指令驾驶的，没有速度监督。在关断模式下，列车由司机人工驾驶，没有ATP保护措施；使用这种模式必须进行登记，此时，列车运行安全完全由司机负责。5）自动折返驾驶模式（AR模式）列车在站端调转行车方向或使用折返轨道进行折返操作，要求列车控制系统进入自动折返驾驶模式。自动折返模式有下