轨道交通列车网络控制技术课件：城市轨道交通列车网络控制系统及其应用

轨道交通列车网络控制技术

城市轨道交通列车网络控制系统及其应用4学习重点(1)掌握几种常见的列车网络控制系统的应用。(2)掌握TCMS的功能及拓扑结构。(3)掌握DTECS的硬件设备。(4)掌握DTECS的功能。(5)理解DTECS的操作及维护方法。u知识目标：(1)掌握几种常见的列车网络控制系统的应用。(2)掌握TCMS系统的功能及拓扑结构。(3)掌握DTECS系统的硬件设备。(4)掌握DTECS系统的功能。u素质目标：(1)培养学生的应变能力和解决问题的能力；学生要具备应对突发情况的能力，保持冷静，迅速采取有效的应急措施，确保列车网络控制系统

的安全稳定运行。u能力目标：(1)能分析TCMS系统的结构。(2)会DTECS系统的操作及维护方法。学习目标23常见的列车网络控制系统基于DTECS的城轨列车TCMS概述DTECS硬件设备DTECS功能DTECS操作及维护任务三目

录CATALOG任务五

3任务四5任务一任务二421任务一常见的列车网络控制系统4一、

SIBAS随着科学技术不断发展，现阶段国内外城市轨道交通行业主流的列车网络控制平台有：西门子的SIBAS、庞巴迪的MITRACS、

阿尔斯通的AGATE系统、

三菱的TIS和中国中车的DTECS等。SIBAS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车辆中。SIBAS-16核心由16位的处理器构成的中央计算机、存储器组件及一个或多个控制机组成。系统采用集中式机箱与插件式结构，由中央控制器集中管理，分为列车控制层、机车控制层和传动层的分层结构。它采用多个串行总线系统，传输速度与运行记录可满足列车控制响应要求。其编程工具为SIBASLOG

，系统提供大量标准程序模块，便于控制软件编程。在SIBAS-16的基础上设计出采用32位芯片(Intel486)的SIBAS-32系统。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SIBASKLIP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。5MITRAC

CC的主要特点如下：(1)符合国际标准(2)系统器件结构紧凑(3)用线少，通过增强系统的可用性，传感器的短距离连接和I/O设备接口减少了冲突(4)系统具有自诊断功能(5)支持远程无线数据恢复系统(6)提供MITRAC

CC远程控制平台MITRAC列车控制通信系统的核心是TCN标准

，允许不同用户之间的相互操作。交换信息使用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。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

池兼容性能的机壳中，每个壳体均有自己的电源和车辆总线接口。二、

MITRACSMITRACS包括MITRAC

TC(牵引逆变器)、MITRAC

CC(列车控制系统)、MITRAC

AU

(辅助逆变器)和MITRAC

DR(牵引驱动器)。6采用WorldFIP总线网络，实现和主要数据网络(TCN、CAN、FIP、LON)的通信网关主要的子装配系统标准化模块化设计，实现安全快速操作具有自测试功能包含了最新技术FPGA器件和PCI总线接

口。使用Easyplug技术AGATE牵引控制系统其主要特点三、AGATE系统

77AGATE系统主要由AGATE

Link(列车监控)、AGATE

Aux(辅助控制)、AGATE

Traction(牵引控制)和AGATE

e-Media(乘客信息系统)四部分组成。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。三、AGATE系统

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。AGATE

e-Media乘客信息系统主要是在列车运行中，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。88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时

，优

先直接向乘客广播实时信息。主要功能三、AGATE系统

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，从而减少检查时间和成本，缩短停工维护时间。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信网络，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。AGATE系统采用WorldFIP总线完整地实现了列车控制的所有功能。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，应在规定的时间内应答。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。99TIS由列车通信网络、各车厢通信网络和功能单元控制机组成。TIS的基本结构有两种：一种是车厢内的终端只传输TIS的信息；另一种是节点既传输信息又传输控制命令。5.

控制命令传送。

控制命令包括牵引动力、制动、门控与空调、照明、辅助电源、受电弓、蓄电池开闭等。4.

旅客服务功能。

该功能向旅客提供各种信息，如到站和前方站、运行时刻表等。3.

维修支持功能。

该功能能自动检测各功能单元的运行情况，调阅各设备的故障记录，为检修提供依据。2.

乘务员操作功能。

乘务员可以通过TIS的终端站设定车厢的空调温度，异常情况下能发出警报1.

驾驶员操作向导。

该功能即指导列车正确、正点运行，并显示列车运行图TIS的

功能四、TIS10五、

DTECSDTECS是专为轨道车辆的列车控制和通信而设计的一套车载计算机系统，它控制并监视整个列车，

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，主要完成轨道车辆的通信管理、功能控制、故障诊断、信息显示和事件记录等功能。DTECS是一个分布式控制系统，它分布于整个列车的各个智能单元。这些单元可分别安装于车下设备箱、驾驶台或车厢内的电器柜中。DTECS系统的最大和最重要的优点是：显著减少各箱柜之间的连线

，

并方便将来对系统功能的扩展。系统设备采用模块化设计，其系列产品不仅适用于各种牵引系统的控制，而且适用于列车的控制，也可以用于列车监控系统。DTECS广泛采用电子控制设备和串行数据通信，并且通过网络连接各个子系统的控制设备，以减少继电器、接触器、列车布线、端子排和连接器联锁的使用。控制系统中具有电子控制机监控设备的子系统有：列车控制单元、牵引变流器控制单元、辅助逆变器、驾驶显示器、空调控制系统、车门控制系统、制动控制系统。11任务二基于DTECS的城轨列车TCMS概述12基于DTECS的城轨列车TCMS概述由若干个DTECS平台的模块构建的网络，称为TCMS

(Train

Control

and

Management

System)。TCMS

主要包含控制功能、

故障检测和诊断功能、

监视功能。综合车辆运行工况及各设备的工作状态，对车辆进行控制是TCMS的主要功能之一。根据

设计需求，TCMS主要完成以

下控制功能：司机室激活控制、方向控制、紧急牵引控制等。1.

控制功能车辆的监视功能由智能显示器(HMI)完成。每列车辆配有两个HM

I，分别安装于两个M

c车辆的司机控制台上，对

司机和检修人员提供其所需的

必要信息。车载故障检测和诊断系统是TCMS的一个重要组成部分，

完成车载各部件故障数据的采

集、分析、转储和显示功能。2.

故障检测和诊断功能3.

监视功能13(

1)两台人机接口单元(HMI)分置两辆Mc车，显示车辆及子设备状态、故障报警，提供人机交互输入

接口。(2)每辆Mc车各配一台车辆控制模块(VCMe)

，互为冗余。主VCMe负责网络调度、车辆控制、设备

监视与诊断；从VCMe实时监测主机，主机故障即刻无缝接管。一、

TCMS的网络拓扑结构基于DTECS的TCMS的网络拓扑结构如图5-1所示。TCMS采用分布式控制技术

，划分为两级：

列车控制级、

车辆控制级。列车控制级总线和车辆控制级总线均采用电气中距离介质的多功能车辆总线。全列车由两个基本对称的单元组成，网络拓扑描述如下：图5-1TCMS网络拓扑结构14(3)各车配置DXMe模块，实现电气信号与网络控制信号相互转换。(4)

Mc1、Mc2司机室装设2个AXMe，接收并处理司机控制器信号。(5)各车安装中继器(

REP)模块，内部双功能模块冗余，以乒乓模式工作、可无缝切换。(6)每辆Mc车配备列车事件记录仪，周期性记录设备运行状态与故障信息，数据可经便携式测试单元(

PTU)读取、打印。(7)DCU、ACU、EBCU

等子系统通过MVB

接口接入TCMS。(8)列车维护信息网络采用TCP/IP

协议，符合对应国际标准。一、

TCMS的网络拓扑结构图5-1TCMS网络拓扑结构15多功能车辆总线(MVB)用于连接各车辆内的电子部件和控制系统(也称为MVB段)。数据在车辆总线上可以双向传

递。车辆内MVB的电气线路(一条线路为一对电线)是有物理冗余的，以提高可利用性。数据通过两条线路(即两对电线)

传递，即使一条线路出现故障，数据仍可通过第二条线路传递。DTECS按照IEC61375标准规定的列车通信网络组建，整体网络架构采用A/B线单独铺设的双通道冗余设计，不

论是列车级总线还是车辆级总线，均采

用通信线路双通道冗余设计

，当某一路通信线路出现故障时，系统可以自动切换到另一路通信线路。二、列车通信网络16

二、列车通信网络

MVB所使用的电缆是两对双绞屏蔽线。为防止反射及干扰，MVB在总线的每一端都设有终端电阻(120)。MVB电缆是与电子控制单元内的MVB接口模块相连的。MVB接口模块进行总线管理和数据通信管理，包括总线主控器(总线管理器)的定义及线路监控。MVB总线连接器如图5-2所示。171717图5-2MVB总线连接器序号内

容

参

数1介质屏蔽双绞线，变压器隔离2波特率1.5Mb/s3传输距离200m

(EMD)4最多可挂智能总线站256个5传输周期1、2、4、8…1024ms(典型值为32、64、128…1024ms)6数据帧长度2、4、8、16、32bit7最多可以定义报文4096个二、列车通信网络(一)

基本参数多功能车辆总线(MVB)连接车辆的所有智能设备，其物理介质采用电气中距离电介质。MVB的基本参数如表5-1所示。表5-1MVB的基本参数18二、列车通信网络(二)

数据传输数据在可编程的基本时间周期(Basic

time

period)内传递，如图5-3所示。每个基本时间周期从过程数据(Process

data)传递的周期相(Periodic

phase)开始，然后进入偶发相

(Sporadicphase，偶发阶段)。在偶发相内，监督数据(Supervisory

data)和消息数据(Message

data)可按要求传递。防护相(Guard

phase)阶段用于保证下一个周期的准确开始。图5-3数据传输周期19二、列车通信网络(二)

数据传输1.

过程数据过程数据周期性地传送，特点如下：(1)过程数据由高达32bit的短数据组成；(2)它是与时间密切相关的数据，将作为过程数据周期性地传递；(3)只有一个单元是数据源；(4)所有连接到MVB的单元都可能是过程数据传递的终点接口(目的地)

；(5)过程数据带有数据源地址(广播数据)

；(6)传递过程不带检错码反馈；(7)传递安全性由周期性的传递和检验来保证。20二、列车通信网络(二)

数据传输2.

消息数据消息数据按要求或发生的事件而偶发性地传送，其特点如下：(1)与时间不密切相关的数据，将作为消息数据偶发性地传送；(2)只有一个单元是数据源；(3)只有一个单元是数据传送的终点接口；(4)消息数据带有数据源地址(单目的地)

；(5)被传递的数据必须经接收单元(数据传递终点接口)

确认；(6)数据将根据要求以队列方式被缓冲；(7)完整的数据传递时间由总线负荷量决定。3.

监督数据监督数据是总线管理和控制所要求的。主控权的转移、单元状态的传送和事件指示都要进行数据交换。21二、列车通信网络(三)

故障检测如果数据传递发生故障，报文将不会被分析，连接到MVB的单元会继续按照上一次正确接收到的报文工作，监控软件准备改变为编程预定的反应状态。在过程数据循环传递期间，短暂干扰过后，系统将继续工作，并接收后续报文。一个消息数据报文的传递一旦失败，将要求数据再传递一次。与车辆内部电路控制功能的反应时间相比，所选基本周期时间通常很短。单个过程数据报文所受的干扰对电路控制功能没有不利的影响。注：数据传递终点接口还进行时间监督，监控终点接口是否处于工作状态。22MVB的两条线路上的数据报文将受到监控，并且应完全相同。如果其中一条线路发生故障，数据将通过仍正常工作的线路传递。如果一个总线管理器发生故障，另一个总线管理器将替代前者的管理功能。列车可以在到达终点站前没有限制地维持运营。如果一路MVB发生严重故障，另一路MVB将替代并进行数据传输。在这种情况下，列车可以在到达终点站前没有限制地维持运营。如果两个MVB总线故障，列车通过紧急牵引模式，进行备用方式的牵引和制动。二、列车通信网络(四)

备用级/冗余23任务三DTECS硬件设备24

一、

车辆控制模块

采用DTECS的列车控制和诊断系统(TCMS)的不同车型的功能和硬件配置不同，不同车型由数量不

同的车辆控制模块

(VCMe)

、事件记录模块

(

EDRM)

、

中继器

(

REP)

、数字量输入输出模块

(

DXMe)

、数字量输入模块

(

DIMe)

、模拟量输入输出模块

(AXMe)

、人机接口模块

(

HMI)

组成。252525每列车有两个车辆控制模块(VCMe)，分别位于Mc1车和Mc2车。正常情况下，两个VCMe通过竞争机制选取一个VCMe为主控单元，执行总线管理和控制功能；另外一个VCMe作为从控单元，监视主设备状态。当主控VCMe出现故障时，从控VCMe检测到主控VCMe故障，从控VCMe则接管总线，执行总线管理和控制功能，成为新的主控单元

，保证列车正常运行。VCMe对外接口如图5-4所示。图5-4VCMe对外接口01020304(1)VCMe具有4类MVB板卡，能够管理列车级和车辆级总线上的数据通信，包括消息数据和过程数据，执行MVB总线管理和列车控制功能。(2)列车故障诊断系统中VCMe将各子系统故障的环境数据一方面传送给ERM进行记录和存储

，另一方面将故障的环境数据发送给HMI进行显示和判断，当故障发生时能即时提示给驾驶员。(3)VCMe对连接到MVB总线上的空调系统、旅客信息系统、烟火报警系统具有监视和控制功能。(4)具有MVB接口，通过MVB接口完成总

线管理、

过程数据通信、

故障诊断等功能。(5)VCMe启动时能够检验MVB网络系统的完整性，检测MVB总线上的网络端口和网络设备

，检查自身的配置状态，在校验无误后VCMe才能正常启动。(6)列车远程输入/输出模块能够完成列车各种数字量、模拟量信号的采集和控制信号的输出，VCMe通过MVB总线与DXMe/AXMe进行通

信，完成对非微机控制系统的监视和控制功能。(7)列车根据控制需求、显示需求和故障诊断需求，来决定状态信息和过程数据的种类和数量，

通过DXMe/AXMe来完成对列车非微机控制系统信

息的输入和输出，通过MVB总线完成其他子系统信息的交互。一、

车辆控制模块车辆控制模块

(VCMe)

的功能如下：06070526事件记录模块(EDRM)是列车网络控制系统的重要组成部分，EDRM接收各个子系统通过MVB总线传输的故障信息，按照故障分类进行存储和报警提示。重庆As列车控制和诊断系统的每列车有两个EDRM，分别位于Mc1车和Mc2车，正常情况下，两台EDRM同时工作，记录主网络收发的重要数据。EDRM主要是通过列车MVB网络对列车的主要设备的运

行数据、故障等相关信息进行记录和存储，

维护人员可以从任意一个EDRM中下载数据记录。EDRM对外接口如图5-5所示。二、事件记录模块图5-5EDRM对外接口27(5)通过PTU软件可以从MVB总线上传输的信号中选择记录变量，可选择的变量数量不少于90个模拟量、360个数字量，考虑到实时性和数据量，每次选择记录的变量上限为100个模拟量和400个数字量。(6)通过PTU软件查看数据时必须提供对应的配置文件，PTU软件解析后将会提供各变量的运行曲线。(2)ERM运行数据记录能够在ERM上电状态下连续记录和存储列车关键性的运行参数，包括IO数据和与各子系统交互的MVB网络数据等信息，记录时间为15天。(1)ERM通过MVB网络接收经VCU判断后的故障信息和各子系统

发送到MVB网络上的故障信息，并进行存储。(4)ERM数据存储方式采用FIFO(先入先出队列)方式。(3)ERM变量采样周期根据变量性质可配置为50ms、100ms或500

ms。二、事件记录模块列车数据记录仪

(

ERM)

的功能如下：28中继器(REP)能够对MVB总线上传输的信号进行接收、放大和发送，用于增强通信质量，延长通信距离。每列车装有6个中继模块，分别安

装于各节车辆中，中继器(REP)由供电和诊断单元、MVB中继单元两部分组成。中继器对外接口如图5-6所示。三、

中继器图5-6中继器对外接口29(2)正常运行时一个中继器中只有1个中继模块处于工作

状态，对信号进行一次中继传输，另一个处于热备冗余状态。(3)当一个中继器模块故障时，另一个模块将对原有的A路和B路信号进行放大传输

，不影响子系统对信号的接收。(1)两个中继器模块在功能上均可对MVB总线上传输的A、B两路信号进行放大传输，如图5-7所示。三、

中继器中继器的功能如下：图5-7中继器工作原理30四、数字量输入输出模块数字量输入输出模块

(

DXMe)

实现数字量信号的采集

输入和控制输出。

每列车装有12个DXMe，每个模块具有16路独立的数字量输入通道和6路独立的数字量输出通道、2路继电器输出通道，属于MVB的1类设备，可以实现过

程数据通信，分别安装于各节车辆中，DXMe通过MVB (EMD)与其他设备通信。数字量输入输出模块的功能如下：(

1)

输入信号采集：将车辆间电气信号转换成控制信号，经由列车控制网络传送给VCMe，完成各种控制功能。(2)

控制信号输出：将网络控制信号转换成电气信号，控制诸如指示灯、继电器等设备。DXMe主要接口如图5-8所示。图5-8DXMe主要接口31数字量输入模块(DIMe)实现数字量信号的采集功能，即将车辆间电气信号转换成控制信号，经由列车控制网络传送给VCMe，完成各种控制功能。每列车装有2个DIMe，每个模块共有32个

独立数字输入接口，模块分别安装在两节Mc车中，DIMe通过MVB(EMD)与其他设备通信。DIMe主要接口如图5-9所示。五、数字量输入模块图5-9DIMe主要接口32模

拟

量

输

入

输

出

模

块

(

AXMe)

实现模拟量信号的

采集输入和控制输出。每列车装有2个AXMe，2个AXMe分别安装在司机室，用于接收和处理司机控制器信号。AXM

e通过MVB(EMD)与其他设备通信

，包含6路实时采集的模拟量信号

(AI)和4路实时模拟量输出

(AO)。AXMe为MVB的1类

设备，可以实现过程数据通信。

模拟量输入输出模块的功能如

下：(

1)

输入信号采集：将车辆间电气信号转换成控制信号，经

由列车控制网络传送给VCMe

，

完成各种控制功能。(

2)

控制信号输出：将网络控制信号转换成电气信号，控制诸如仪表等设备。AXMe主要接口如图5-10所示。六、模拟量输入输出模块图5-10AXMe主要接口010233列车人机接口单元

(

HMI)

具有以下功能：(1)人机接口亮度可手动调节或自动调节。(2)人机接口用于报警或故障提示。(3)人机接口通过MVB-EMD接口连接至TCMS网络，并通过此接口与VCU进行通信(HMI接收状态信息、过程数据、故障信息，输出控制命令等)。(4)人机接口能够显示并存储列车的故障信息(包括名称、代码、等级、车辆号、故障设备等)。列车人机接口模块

(

HMI)作为列车网络控制系统的关键设备，能够实时显示列车运行状态

，

向列车输出控制命令

，

记录列车故障信息，从而让列车驾驶员能够时刻了解列车的综合运行情况，合理操作列车。每一列车有两个人机接口单元，分别位于两个Mc车。人机接口单元

(

HMI)

主要由电源模块、

CPU模块、

MVB模块三个模块组成，设备接口在后面板上。HMI通过MVB模块连接至TCMS网络，MVB板卡采用符合IEC61375标准的1类MVB板卡，具有过程数据收发功能。七、人机接口模块34任务四DTECS功能35一、

控制功能列车司机室的司机控制器和各指令开关的信号状态通过硬连线进入模拟量输入输出模块(AXMe)、数字量输入模块(DIMe)或数字量输入输出模块(DXMe)，然后通过多功能车辆总线(

MVB)进入车辆控制模块(VCMe)，再通过MVB到达各子系统

，如DCU、

EBCU等，如图5-12所示。图5-12控制功能信号路径当司机旋转司机室钥匙，使得一端司机室激活时，网络根据激活司机室端的信号来判断控制信号的选择端，网络只接收来自激活司机室的控制信号，禁止两端司机室同时激活。36当司机钥匙旋转至“激活”位后，TCMS进入“激活”状态，将有“司机钥匙激活”信号的Mc车设置为主控司机室，并同时在显示器主界面对主控司机室进行显示。TCMS激活后，只允许接收来自主控司机室的各种控制指令，“紧急制动”指令除外。当任何一个司机室的“紧急制动”按钮被按下，TCMS均执行“紧急制动”指令，

同时封锁牵引。如果两个司机室的司控器没有做机械联锁，当TCMS检测到两个司机室均有“司机钥匙激活”信号时，TCMS会诊断出“司机室联锁故障”，并在显示器上做故障提

示，同时实施全常用制动。当司机钥匙没有旋转至“激活”位时，TCMS将处于“待机”状态，TCMS不接收任何车辆的控制指令，但具备通信管理、状态显示、故障诊断功能，以下控制功能可以正常工作：空压机管理、扩展/并网供电管理、保持制动管理、车间电源管理等。一、

控制功能(一)

司机室激活控制对列车的操作必须从对司机室的激活开始。37系统无前后之分，靠牵引逆变器输出正/反相序交流电，控制牵引电机正反转，实现车辆进退。因此，对列车的方向控制即是对每个牵引逆变器的“正向”和“反向”控制。TCMS需要根据列车的每一个牵引逆变器的安装方位、主控司机室的位置以及该司机发出的方向指令进行逻辑判断，并逐个向每一个牵引逆变器单独发送“正向”或“反向”指令。整列车的牵引逆变器安装布局采用中心对称方式l

Mc1为操作端向前：1单元逆变器正向、2单元反向；向后则指令互换，同时下发退行信号，零位无方向。lMc2为操作端向前：指令和Mc1操控时完全相反。一、

控制功能(二)

操作端和方向控制列车的运行方向包括“向前”和“向后”，“前”与“后”均是以司机的主观视角来定义的。牵引38TCMS可以分别对每个牵引逆变器收到的TCMS指令和硬连线指令做比较，如果发现有不一致的情况，TCMS会诊断出

“牵引系统方向故障”，并在显示器上做故障提示。列车的换向操作只允许在列车静止的状态下才允许进行。

一旦列车开始运行后，TCMS将锁定当前列车的方向信号，直到列车停止运行后才解锁。如果在列车运行过程中，不管是人为操作原因还是司控器故障原因导致方向信号变化了，TCMS会诊断出“方向信号丢失故障”，并在显示器上做故障提示。一、

控制功能(二)

操作端和方向控制39操作模式通常分为车间电源模式、库用模式、紧急牵引模式、洗车模式、退行模式、ATP(自动保护)切除模式、ATB(自动折返)模式、ATO(自动驾驶)模式、ATP模式。各个模式判断条件如下：任意“车间电源位”(牵引系统无高压，本身不具备牵引能力)

硬线高电平有效的情况下，列车进入车间电源模式。3.

紧急牵引模式任意“库用插头插好”硬线高电平有效的情况下，列车进入

库用模式。此时TCMS触发“牵引封锁”保护。4.

洗车模式司机室的“洗车模式”硬线高电平有效且切除ATC模式的情况下，列车进入洗车模式。此时牵引系统进行3km/h(暂定)的限速保护。不再响应TCMS控制指令；TCMS仅保留通信管理、状态显示与故障诊断功能；限速由牵引系统实现；

不具备退行限速功能。一、

控制功能(三)

模式控制1.

车间电源模式2.

库用模式406.

ATP切除模式

司机室的“ATP切除”硬线高电平有效的情况下，列车进入ATP切除模式。418.

ATO模式在非ATP切除模式下，信号系统发

出的“ATO模式”信号(110V电

平或者MVB形式均可)有效的情

况下，列车进入自动驾驶模式。7.

ATB模式

在非ATP切除模式下，信号系统发出的“ATB模式”信号(110V电平或者MVB形式均可)有效的情况下，列车进入自动折返模式。

9.

ATP模式在非ATP切除模式下，信号系统发

出的“ATP模式”信号(110V电平或者MVB形式均可)有效的情

况下，列车进入自动保护模式。5.

退行模式退行模式是由TCMS进行综合逻辑判断的，即司机室的“向后”逻辑有效的

情况下，列车进入退行模式一、

控制功能(三)

模式控制模式判断

条件一、

控制功能(四)

紧急牵引控制为了保证TCMS故障情况下，列车能够继续运行，列车设置了紧急牵引按钮，司机可以通过操作紧急牵引按钮来进入

紧急牵引模式。紧急牵引模式下BCU、DCU通过接收硬线的指令和硬线编码级位实现列车的牵引和制动控制，忽略TCMS的网络信号。当TCMS接收到紧急牵引硬线信号后，

则屏蔽所有输出信号并输出紧急牵引提示信息到HMI。

当满足下列条件之一时，TCMS系统的HMI提示司机应进入紧急牵引模式：(1)出现操作端HMI通信故障(由HMI诊断)

。(2)出现两个或两个以上BCU通信故障(由VCMe诊。当出现HMI黑屏时，司机应决定采取紧急牵引。断)42TCMS参与城市轨道交通列车的空电混合制动控制

，

电制动力的计算由TCMS系统完成，气制动力的计算由制动系统完成。具体控制指令传输过程如下：(2)如果某个牵引系统出现故障，不具备电制动能力时，TCMS在保证不超过线路黏着系数的前提下，把所

需的电制动力均分到其余正常工作的牵引系统上。(1)TCMS根据司控器或ATO的制动级位指令，按照载荷比例换算成电制动力分配给各车牵引系统，同时也将制动级位(3)牵引系统根据电制动力需求值施加再生制动，并将电制动力实际值反馈给TCMS。(4)TCMS将各车牵引系统的电制动力实际值反馈给制动系统。(5)制动系统根据反馈的电制动力实际值判断电

制动力是否满足列车总的一、

控制功能(五)

空电联合制动控制制动力需求，如果不满足，则通过气制动力进行补足。发送给制动系统。43(

1)

在非“紧急牵引”模式下

，保持制动的缓解由TCMS负责。此时，保持制动缓解条件为下述任何一条：①当TCMS判定列车在“牵引”工况下，且列车整车牵引力大于一定值(该数值大小为AW3载荷列车在线路最大坡道上的下滑分量)；②当TCMS判定列车在“牵引”工况下，且列车速度大于0.5km/h；③回送模式下，TCMS直接缓解保持制动。(

2)

在“紧急牵引”模式下

，保持制动的缓解由制动系统负责。此时保持制动缓解的条件为：当“牵引”硬线有效的情况下，且列车速度大于1.5km/h。一、

控制功能(六)

保持制动控制1.

保持制动的施加(1)在ATO模式下，由ATO管理保持制动的施加；(2)在非ATO模式下，制动系统管理保持制动施加。2.

保持制动的缓解44为了保证列车行车安全，TCMS需要对某些影响列车运行的条件进行监视

，

当这些条件不满足时

，TCMS将封锁列车的所有牵引指令

，

同时在HMI上报“牵引封锁”提示信息。这些触发“牵引封锁”的条件包括：(1)司机室联锁故障。(2)牵引系统方向故障。(3)车钩分离。(4)车门未全部关闭，且无“车门旁路”信号。(5)牵引工况下，任一车辆的停放制动未缓解，且无“停放制动缓解旁路”信号。(6)列车安全环路断开或者列车完整性环路断开。(7)列车牵引力大于一定值(20kN)，5s内列车仍然不能缓解所有制动。(8)牵引工况下，列车总风管压力低于550kPa，且无“总风压力旁路”信号。(9)列车速度大于5km/h时，非制动工况下检测到列车制动未缓解，且无“所有摩擦制动缓解旁路”信号。(10)牵引工况下，列车速度大于100km/h。一、

控制功能(七)

牵引封锁控制45一、

控制功能(八)

空调顺序启动控制为了防止各节车辆的空调机组的压缩机同时启动，TCMS对空调机组压缩机进行错时启动控制。TCMS按照每18s为一个大周期进行循环，每个周

期内设置6个长度为2s的时间窗口，分别对应6节车辆的空调压缩机。每节车辆的空调压缩机只能在属于

自己的时间窗口时才能启动一个空压机组，其他时间则不允许启动。对于已经完成启动的空调压缩机

，

其停机过程不受该时间窗口的控制

，

可以根据外界温度条件或者控制指令随时停机。此外，制动系统空压机启动前会预先发出一个“空压机预启动”信号，TCMS检测到该信号后将关闭所

有空调的启动时间窗口，禁止一段时间内的所有空调对辅助供电系统造成交流负载严重过载，需要通过图5-13空调启动时间窗口时序的启动操作。46为了保证列车行车安全，TCMS需要对某些影响列车运行的条件进行监视，当这些条件发生时，TCMS将触发紧急制动，并且记录相关触发条件：触发条件TCMS通过DXMe模块输出“紧急制动”信号(110V电平，高电平有效)。车辆厂在进行“紧急牵引”硬线电路设计时，需确保“紧急牵引”可以屏蔽TCMS输出的“紧急制动”信号。(2)在非零速情况下，TCMS不允许对以下模式进行转换：ATP模式、紧急牵引模

式、洗车模式、救援模式。一旦TCMS检测到上述模式的转换，则触发紧急制动，信号为脉冲形式，脉宽1

s。0102(1)车门紧急解锁时，

显示器进行紧急解锁提示，并且驱动蜂鸣器鸣叫(紧急制动由信号系统实施)

。一、

控制功能(九)

紧急制动控制47TCMS按单双日启停不同的空压机来对制动系统空压机进行管理，以确保每台空压机损耗均匀，提高单台空压机的使用寿命。(2)BCU通过MVB把Mc车的总风压力信号发送给TCMS。当TCMS检测到总风压力低于750kPa时，给主空压机发送启动信号；压力低于700kPa时，给主、辅空压机发送启动信号。当TCMS检测到总风达到900kPa时，TCMS停止向空压机发送启动信号。(1)空压机管理按照单双日方式控制，单日时Mc1车空压机为主空压机，双日时Mc2车空压机为主空压机(空压机启动信号为持续的电平信号，高电平有效)。一、

控制功能(十)

空压机控制48一、

控制功能(十)

空压机控制(3)当总风压力低于650kPa时，由压力开关硬线控制两台空压机启动，实现备份功能。(4)当一辆车的总风压力传感器报故障时，TCMS忽略该总风压力传感器数据；当两个压力传感器

同时报故障时，TCMS不对空压机启停进行控制，由压力开关硬线控制两台空压机的启停。(5)当单台空压机出现故障时，TCMS检测到空压机热过载信号(高电平有效)时，立即停止向故障空压机发送空压机启动信号，并在TCMS屏上进行故障提示和记录。49一、

控制功能(十)

空压机控制(7)总风压力欠压：制动系统通过MVB将总风压力值发送给TCMS，TCMS对欠压进行判定(欠压值暂定550kPa)，TCMS输出“总风欠压”信号(110V电平，高电平有效)。车辆厂在进行“紧急牵引”硬线电路设计时，需确保“紧急牵引”可以屏蔽TCMS输出的“总风欠压”信号。

(6)主风管压力低时采取的安全措施分为3个等级：等级1：当主风管压力持续低于700kPa时长超过5min时，HMI将有状态信息提示，列车仍可以运行。等级2：当主风管压力持续低于700kPa时长超过10min时，且列车在运行状态，HMI将有事件信息提示，当列车到达下一站时实施牵引封锁。等级3：当主风管压力低于600kPa时，列车控制单元马上发出紧急制动指令，HMI将有事件信息提示，紧急制动被触发。50一、

控制功能(十一)

车门控制列车的开关门控制采用硬线控制为主、

网络控制为辅的方案。司机台上布置门模式选择开关，默认模式下采用硬线模式，模式信号通过列车线发送到所有门控制单元，门控制单元以接收的列车硬线开关门指令为准，实施车门的开关动作。如果某节车辆的开关门硬线出现故障，车门无法正常工作，司机通过人工操作门模式选择按钮，将门模式切换到网络模式，此时，各节车辆的门控制单元以接收的网络开关门指令为准，实施车门的开关动作。门模式选择开关以及门开关指令均会被事件记录仪进行记录。在车门控制中，TCMS仅用于传输车关门指令，车辆厂需在车门硬线控制电路中充分考虑安全性设计，串联诸如“门使能”“门选择”“零速”等安全联锁逻辑。51车辆的监视功能由HMI完成。

HMI提供两种用户模式：

运行模式和检修模式。控制电源DC110V接通后，两个司机室的VCMe和HMI同时开启。激活端司机

室的智能显示单元HMI正常显示且可进行亮度调节，非激活端司机室的HMI显示为黑屏。列车实时运行状态监视如图5-14所示。二、监视功能图5-14车辆状态监视521.

指令不一致检测uTCMS从IO单元采集硬线指令，从MVB总线上采集部分硬线IO信号，当二者不一致时，TCMS在显示器上报警提示司机。uTCMS从MVB总线上采集所有牵引系统反馈的实际方向指令，当发生和网络判断不一致的情况时，TCMS在显示器上报警提示司机。uTCMS从MVB总线上采集所有牵引系统反馈的硬线方向指令，当发生和网络判断不一致的情况时，TCMS在显示器上报警提示司机。三、故障检测532.

显示器设置参数错误检测uTCMS主要检测显示器设置的轮径、车号等参数的错误。uTCMS还检测显示器轮径值的有效性，判断轮径值是否在770~840mm

，如果超出范围，TCMS将不会采集该数据。3.

通信状态检测uTCMS通过生命信号机制检测所有连接至网络上的设备的通信状态。u当设备生命信号停止跳变超过8个传输周期，TCMS判定该设备通信失败，在显示器上显示通信故障。当设备恢复跳变持续一段时间后，TCMS判定该设备通信正常，并复位通信故障。三、故障检测54四、故障诊断

TCMS的诊断功能可以协助司机和检修人员进行工作，当故障发生时，协助司机采取适当的操作，使维护人员更容易地查找故障并解决故障。如果列车发生故障，将以纯文本信息在HMI上显示给司机。每条纯文本信息都分配有故障代码，

根据不同的故障类别进行故障评估。故障类别和纯文本信息显示在显示器的界面上。此外，司机也可以从HMI上获得所必须实施的操作指导说明。5555551.

故障等级划分TCMS将故障划分为3个等级：u严重故障(等级1)：严重影响列车运行的故障，有可能导致乘客和车辆出现危险，司机需对故障进行确认和立即处理。如果故障不能及时排除，列车需要在运行到下一站进行清客，空车回库以解决故障。u中等故障(等级2)：影响列车运行的故障，司机需对故障进行确认和立即处理。如果故障不能及时排除，列车则需在完成本次单程运营后退出运行图，空车回库以解决故障。u轻微故障(等级3)：不影响运行的故障，可以在列车运营结束后回库再处理。四、故障诊断2.

故障信息显示通过显示界面指示故障，故障界面显示当前TCMS检查到的故障列表；同时影响列车运行的故障将在显示界面中给出提示。3.

故障记录功能EDRM实现故障记录功能。当车载诊断系统诊断出列车故障后，EDRM将对故障的相关信息进行记录，如表5-2所示。表5-2EDRM故障记录功能功

能参

数说

明记录模式FIFO先进先出记录类型履历故障记录：故障发生时仅记录少量信息的故障记录类型，适用于故障统计记录的信息包括：故障车号；故障设备；故障代码；故障等级；故障产生的时间；故障消除的时间；故障重复次数56四、故障诊断4.

事件记录功能EDRM实现的事件记录功能如表5-3所示。EDRM在Mc车通过MVB与TCMS相连接，因此TCMS所有通信数据都可以被监视。表5-3EDRM事件记录功能功

能参

数说

明记录模式FIFO先进先出，数据记录满后自动覆盖以前的数据采样周期100ms记录时长不少于72h记录条件上电触发、条件触发系统上电后或条件满足后即开始不间断记录环境参数数字量不少于：100个字模拟量不少于：200个字记录的环境数据至少包括：列车速度；ATC超速；里程数；时间；紧急制动回路；高速断路器状态；运行方向；牵引/制动要求；驱动模式；牵引力/制动力参考值；总风缸的空气压力(最低压力)；零速信号；网压；电牵引空转保护；电制动滑行保护/机械制动滑行保护；紧急按钮；紧急制动复位按钮状态；紧急制动接触器状态；机械制动状态；警惕按钮；车门指令；主控中央控制单元1状态；主控中央控制单元2状态；旁路开关状态571.

数据累积功能uTCMS可以对列车运行的相关参数进行积累计算和保存，便于列车检修和维护。记录的参数包括以下内容：(1)列车累计运行里程(km)；(2)列车累计能耗(kW·h)；(3)空压机累计运行时间(h)；(4)空压机启动次数。uTCMS自每次上电启动后即读取存储于VCMe和HMI中的上述累计数据，然后按照一个固定的周期在累计数据的基础上进行距离、能耗、时间的计算和累加。新的累计数据在TCMS断电时可以自动保存下来。五、其他功能582.

参数设置功能u通过HMI参数设置界面可以设置列车的时钟信息、车号信息、轮径信息等列车重要的运行参数。所有的参数可以在列车任何一台HMI上进行设置，并在其他上网的车载设备上同步更新。u对于时钟信息，TCMS还可以在每次系统上电时自动与ATC系统同步，以确保各车载设备时钟的一致性。3.

列车性能测试功能u通过HMI性能测试界面的虚拟按钮可以激活列车性能测试功能，性能测试的内容包括：(

1)

加减速度测试：在性能测试界面设定加速度测试起止速度，列车速度超起始值时TCMS开始计时，超终止值时停止计时，TCMS核算平均加速度，减速度算法同理。(2)

制动距离测试：在性能测试界面设定制动测试起始速度，列车触发常用/紧急制动且速度低

于该值时TCMS开始计时，列车停车后停止计时，TCMS计算制动距离。五、其他功能59任务五DTECS操作及维护60VCMe上电后自动配置，这样总有一个主控VCMe和一个从控VCMe。主控VCMe控制全车，而从控VCMe仅仅是监控主控VCMe，以便在主控VCMe故障时可以取代主控VCMe的功能。系统经过约30s启动完成，查看HMI网络拓扑界面(所有设备绿色)准备运行，如图5-15所示。任何操作指令都只来自激活端的司机室，如果列车两端司机室同时激活，则网络控制系统不理会任何操作指令。

但是只要拍下任何一个司机室的紧急制动按钮，则列车立即进入紧急制动状态，与当前司机室是否为激活司机室无关。列车激活后系统上电初始化，初始化过程中对网络上连接的各个模块进行自检，并与网络连接的各个设备进行通信。图5-15HMI网络拓扑界面显示61正常运行操作是指列车在达到出库上线运行条件后列车上线运行，在运行过程中驾驶人员对网络控制系统的操作。一般情况下，驾驶人员可以通过对人机接口单元触控操作，查看相应信息，无须对网络控制系统内的模块进行操作。列车控制及诊断系统作为车辆控制核心，其自身的故障诊断功能非常强大，当网络正常运行，司机在操作端进行相应操作时，各执行机构或部件的动作或状态能够正确反馈到人机界面接口单元，说明网络控制系统工作正常。在网络内各部件不能正常执行或状态反馈错误后，系统将给予故障提示，操作人员或检修人员可以根据相关提示进行相应处理。

一、

系统操作(一)

正常运行操作62

一、

系统操作(二)

检查性操作(1)列车控制及诊断系统在检查时进行的操作，一般情况是指车辆在编组状态下在整车制造厂首次调试或列车出库时的相关检查性操作，

以配合车辆的牵引逆变系统、辅助逆变系统、制动系统以及司机室控制开关操作等单元的静调和动