列车控制技术.doc

1、1of914列车控制技术列车控制技术14.1一般要求14.1.1.列车控制系统采用分布式总线控制方式,各总线系统应符合列车通信网络（TCN）标准 IEC61375.所采用的总线控制系统应为成熟和安全可靠的。14.1.2.列车总线系统由列车总线（WTB）和具有冗余结构的多功能车辆总线（MVB)组成。卖方应对列车总线 WTB 和车辆总线 MVB 所使用的通信协议进行说明。14.1.3.列车控制分为列车控制级、车辆控制级与子系统控制级三级，各控制级均具有冗余结构。14.1.3.1.列车控制级提供两单元车联接运行时的控制信号;14.1.3.2.车辆控制级提供本单元车运行用的信号；列车控制和车辆控制均集

2、成在列车中央控制单元(CCU)中进行处理加工.14.1.3.3.子系统控制级为最低功能级，提供本车各子系统如牵引/制动控制、空调控制、车门控制等所需的控制信号和控制功能。14.2列车总线系统组成列车总线系统组成14.2.1.基本的总线控制框图如下图所示(拓扑结构）卖方应提供总线控制框图的详细说明.A - carB - carBCI/ORedundant WTBMVBVTCUC - carBCDDIODCUI/ODCUI/OBCUBCUBCUI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OACCDoorACCBattDoorA/CAUXDoorI/OATCMMITBCPISBatt.Batter

3、y Charger ControlBCUBrake Control UnitBCBus CouplerDoorDoor Controller UnitI/OI/O Unit for Standard FunctionsDDIODrivers Desk I/O Unit OutputsACCAir Conditioning ControlATOAutomatic Train OperationATPAutomatic Train ControlATCAutomatic Train ControlAUXAuxiliary Converter Control UnitDCUDrive Control

4、 UnitPISPassenger Information SystemTBCTraction Brake ControllerTCCTrain Control &CommunicationWTBWired Train Bus (redundant)MVBMulti Vehicle BusVTCUVehicle Train Control UnitMMIMan Machine Interface半列车的总线控制图14.2.2.列车总线列车总线 WTB14.2.2.1.列车总线 WTB 应符合有关的列车通信网络标准（应为最新）.14.2.2.2.列车总线 WTB 连接两单元车的列车中央控制单元

5、CCU，联挂的两单元车的数据通过列车总线 WTB 进行通信,实现数据交换。14.2.2.3.列车总线在屏蔽条件下双绞线的传送速度达到 1 兆字节/秒.14.2.2.4.列车总线 WTB 通过专用的网关（Gateway)与车辆总线 MVB 相连，进行数据交换.2of914.2.2.5.列车总线物理上的连接采用两对双绞线的冗余结构。基本结构如下图Gate wayGate wayWTB1WTB2Car no. 1Car no. 214.2.2.6.列车总线基本参数:数据传输速率为 1M 字节/秒最大循环周期 25 毫秒安全性汉明距离 414.2.2.7.14.2.3.车辆总线车辆总线 MVB14.2

6、.3.1.多功能车辆总线 MVB 应符合有关列车通信网络标准（应为最新） 。14.2.3.2.车辆总线物理上的连接可采用两对双绞线的冗余结构.14.2.3.3.牵引控制单元DCU和制动控制单元ECU与MVB之间的连接应采用两对双绞线布线的冗余结构，以保证核心控制部分安全、有效的工作.14.2.3.4.车辆总线在双绞线上传送速度为 1.5 兆字节/秒14.2.3.5.车辆总线的设计应保证当某子系统控制模块发生故障时,其余范围的通行仍能无故障继续工作。如在各子系统控制模块与MVB之间的连接必须采用总线隔离器等。14.2.3.6.列车中央控制单元CCU与MVB车辆总线直接相连，其具有多功能车辆总线控

7、制器与大容量的通信存储器等， 对MVB车辆总线通信进行管理，CCU通过MVB与车辆所有子控制系统进行数据交换，实现列车控制和车辆控制。14.2.3.7.车辆控制级、子系统控制级如牵引/制动控制级、以及车内、外系统之间通过车辆总线 MVB 进行信息交换。14.2.3.8.MVB 车辆总线应有足够的接口与便携式手提电脑 PTU 进行通信,PTU 通过MVB 总线可访问车辆的任何子控制系统，读取其状态信息和故障信息，并可进行控制。14.2.4.系统数据要求系统数据要求14.2.4.1.数据通过列车通信网络传输的方式应满足最新的有关列车通信标准。14.2.4.2.卖方应对通过列车通信网络所传输的各种列

8、车数据进行定义，并规定各数据的优先等级；14.2.4.3.列车总线和车辆总线可以传输三种类型的数据：过程数据过程数据表达列车的状态，如速度、电机电流、司机指令.流程数据变化短暂、迅速。因此数据的传送时间必须确定，例如，关键的过程变化信息在列车总线中的传送时间必须在少于 100 微秒以内.因此对这种数据作定期传送。信息数据信息数据用于列车运营需要,因此在传输时间上的要求不严格， 但信息长度可能较长,信息长度在几个字节和几千个字节之间.信息分为多段小的3of9单元传输。传输控制和错误覆盖在数据传输协议中规定。对信息各段编号，以便确认。初始化/监控数据初始化信息是短的数据，主要用于设备的状态检查、故

9、障装置的检测、主传送、启动和相同母线中的其它监督功能。14.2.4.4.应规定通过整个网络发送的过程数据的最大时延.14.2.5.系统硬件要求系统硬件要求14.2.5.1.卖方需对下列的硬件作出说明:（1）中央控制处理器 CCU（2）各种输入输出接口（包括模拟/数字输入/输出模块等）（3）总线中用到的各种连接器及接口（4）网络连接器(Gateway)，专用端口，用来连接列车总线 WTB 与车辆总线MVB,包括其使用的标准等。14.2.5.2.硬件所选用的芯片其工业等级应不低于相关的最新工业标准,所有的硬件在装车前均需通过老化，消除电子元件浴盆效应前期的不稳定因素.14.2.5.3.对于有接点电

10、路的控制信号，应尽可能通过 MVB 的外围 I/O 输入输出设备与MVB 接口，应尽可能采用可编程逻辑控制阵列（PLC）来实现列车的有接点电路的控制。14.2.5.4.在详细设计时，卖方应提供硬件连接的详细设计说明14.2.5.5.系统总线的布线要求将在详细设计时阐明。14.2.5.6.各种电子印刷板应能在第一章所规定的广州环境要求（亚热带气候）下正常、安全、可靠的工作。14.2.5.7.司机台控制显示器所采用的人机界面应为彩色显示器,详见下节故障诊断系统。14.2.5.8.各模块电源要求14.2.5.8.1. 各模块电源应达到下列要求:（1) 直接与所有列车车辆的蓄电池电源相连接;（2) 可

11、靠性高并有冗余的电源电路;(3） 短时的电压中断不影响系统的运行.14.2.5.8.2. 列车所有计算机和 I/O 输入/输出模块均应有各自独立的具有冗余结构的电源单元，这样，当一个 I/O 模块或控制对象有短路时,只会引起局部运行故障，而不会导致整个系统故障。14.2.5.8.3. 各模块均应具有当电源中断 10ms 时不会影响正常运行的能力.计算机摸块在识别电源故障 1ms 后就通告 CPU，以便采取可能的自保护措施。14.2.5.9.系统元件的试验应按照有关最新的IEC标准60571或EN50155标准执行。如下表所示:试验内容型式例行试验应用标准1目视检查*EN50155 第 10。2

12、。1 条2性能试验*EN50155 第 10.2.2 条3冷却试验-EN50155 第 10。2。3 条4干热试验*EN50155 第 10.2.4 条4of95湿热循环试验EN50155 第 10。2.5 条6电源过电压、电涌和 ESD试验PrEN50121/EN501551)7瞬间脉冲敏感性试验-PrEN50121/ EN501551)8无线电干扰试验PrEN50121/ EN501551)9绝缘试验*EN50155 第 10。2。9 条10振动、冲击和颠簸试验EN50155 第 10.2.11 条14.2.5.9.1.电磁兼容性试验应符合或超过有关最新的IEC标准60571或EN5015

13、5或prEN5012132标准。14.2.6.软件要求软件要求14.2.6.1.软件设计应满足下列要求：（1） 简捷的体系结构;（2） 硬件有足够的独立性；（3） 高可靠性（4） 有多任务实时操作系统；(5） 能同时运行多个应用程序（6） 通过 MVB 服务电缆能将软件装到所有相连接的计算机上；(7） 能相互询问诊断数据。14.2.6.2.应对 MVB 操作系统、通信软件及应用软件作出说明.14.2.7.冗余要求冗余要求14.2.7.1.列车总线 WTB 与车辆总线 MVB 应为冗余结构14.2.7.2.核心控制部分与车辆总线的连接应考虑有适当的冗余结构,以保证核心控制部分安全、有效的工作。1

14、4.2.7.3.作为总线系统总线主的总线管理器应有适当冗余结构，以保障系统的可靠性.卖方应提供各系统冗余结构的详细设计和工作方式。14.2.7.4.对于冗余系统的冗余管理应高效、可靠.14.2.8.电磁干扰电磁干扰列车通信网络各总线系统应满足有关 IEC 最新标准 IEC60571.14.2.9.环境气候要求环境气候要求应满足相应的 IEC 标准(60571)，并且满足第一章所描述的广州的环境要求。14.2.10.机械冲击和加速要求机械冲击和加速要求应满足相应的 IEC 标准(60571） 。14.3列车集成控制系统列车集成控制系统(TIMSTrain integrated managemen

15、t system)14.3.1.概述概述14.3.1.1.列车集成控制系统（TIMS)是 TCN 网络结构的以 CCU 为核心的一个列车控制系统。它由列车控制级和车辆控制级功能的多台计算机系统和一些专门开发的高处理速度的微机组成。14.3.1.2.TIMS 负责列车的控制、监控和诊断,为一完整的集成控制系统。该系统以冗余方式为列车各子控制系统和模块提供各种实时控制信号。5of914.3.1.3.每个单元车控制单元主要由下列部件和子部件组成：（1）列车中央控制单元 CCU（2）牵引控制单元 DCU（3）气制动电控制单元 ECU（4）列车空调控制单元 ACU（5）列车门控制单元 MCU（6）列车辅

16、助电源控制单元 XCU，包括 DC/DC 与 DC/AC（7）乘客信息系统 FIS（8）司机室终端的输入输出设备（9）各客室的输入输出设备14.3.2.列车中央控制单元列车中央控制单元 CCU14.3.2.1.列车中央控制单元 CCU 为带集成诊断功能和控制功能的车辆控制与列车控制装置， 其CPU应为高效能的32位计算机,负责组织所有连接通道上的数据交换，处理接受的数据和向子控制系统发出指令并完成诊断功能.14.3.2.2.每一单元车或每个车辆拥有一个列车中央控制单元，作为总线管理主。14.3.2.3.列车中央控制单元应至少能完成下列控制功能：（1）管理多功能车辆总线 MVB（2）控制受电弓和

17、主断路器（3）列车和车辆的故障诊断和存储（4）DC/AC、DC/DC 电源负载分配方式控制（正常与故障状态）.（5）用于牵引/制动控制的列车控制（6）列车自动驾驶（7）安全停车装置（8）距离和速度中央控制（9）司机显示器的控制（10）列车乘客信息系统控制（11）参与防滑/防空转保护控制（12）自校验（13）按 RS232 标准的服务接口、按 RS-422 或 RS-485 标准的列车无线电接口等14.3.2.4.车辆不同的控制功能块应有其各自的软件包,CCU 对其进行协调和控制。当某一功能软件出现问题时，CCU 应能自动识别,并应不防碍别的功能的实现。卖方应对各功能块进行说明.14.3.2.5

18、.列车中央控制单元 CCU 的所有应答信号和反馈信号应都在车辆总线 MVB 中传输，尽量避免使用布线连接.对于有接点电路的控制信号，应尽量通过 MVB 的外围 I/O 输入输出设备与 MVB 总线连接.控制电路电压为 110V.14.3.2.6.在两单元联挂运行时通过列车总线 WTB 激活端 CCU 向非激活端 CCU 传递列车控制指令.(激活端 CCU 为主动控制器，非激活端 CCU 为从动控制器)。CCU根据 WTB 的列车激活信号自动实现主控/从控转换。14.3.2.7.CCU 具有自我监视功能并在故障处理完后能自动定义重新启动.14.3.2.8.CCU 牵引/制动控制的列车控制14.3

19、.2.8.1. CCU 管理列车在常规运用条件或其他非正常条件下的所有牵引/制动的列车控制功能，并按照所给条件将列车投入到一特定的工作状态。14.3.2.8.2. CCU 通过车辆总线 MVB 向牵引控制单元 DCU 和气制动电子控制单元 ECU 传6of9输牵引/制动列车控制指令。14.3.2.8.3. 牵引控制单元 DCU 通过车辆总线 MVB 向 CCU 传输本车的实际牵引力、实际电制动力、本车实际速度等，CCU 根据反馈量进行牵引/制动列车控制和保护。14.3.2.8.4. CCU 中的起动联锁保护功能(软件实现)（Starting lockout）（1）车门起动联锁（2）停车制动起动

20、联锁（3）气制动牵引起动联锁（4）疏散门起动联锁应设有各起动联锁旁路开关，在紧急情况下,司机在确认对行车和车辆没有危险的情况下，可通过操作旁路开关将相应的起动联锁旁路.14.3.2.8.5. CCU 中应实现下列牵引/制动列车保护控制功能：（1）列车超速保护（2）列车冲击限制保护14.3.2.8.6. CCU中应根据列车控制指令定义几种不同的列车状态，并定义在不同的列车状态下的列车控制功能:非激活状态激活状态准备牵引状态牵引状态故障状态等14.3.2.8.7. CCU 中应定义在牵引/制动故障情况下和紧急情况下的控制：（1）一节车故障切除在一节车故障切除的情况下,CCU 应能根据当前的载荷和列

21、车速度通知其它无故障动车补充列车牵引/制动力.（2）二节车故障切除牵引（两单元车联挂运行时)在两单元车联挂运行时,二节车因故障而切除时，CCU 应能根据当前的载荷和列车速度通知其它无故障动车补充列车牵引/制动力，并进行限速保护等。（3）三车故障切除（4）四车或以上故障切除在详细设计中应给出上述情况的详细定义。14.3.3.TIMS 系统的车门控制功能系统的车门控制功能14.3.3.1.CCU 接收司机从司机台发出或由 ATP/ATO 发出的开门/关门/重开门指令， 并通过车辆总线 MVB 发送到各门控制子系统。14.3.3.2.CCU 通过门控制子系统发送的门开/关反馈信息监视列车的车门动作情

22、况,并记录和显示车门的故障.14.3.3.3.TIMS 中的开门/关门联锁功能（软件实现）（1）列车速度为 0km/h 时，门开/关指令有效（V0。5km/h）（2）当列车车门没全部关好时，列车无法进行牵引。14.3.4.TIMS系统的其它控制功能系统的其它控制功能14.3.4.1.TIMS对列车空调的控制14.3.4.2.TIMS对列车气制动的控制14.3.4.3.TIMS对列车辅助电源的控制（包括DC/DC、DC/AC)7of914.3.4.4.TIMS对乘客信息系统的控制等以上各功能详见相关的子控制系统描述。14.3.4.5.14.3.5.TIMS 系统的故障诊断和记录系统的故障诊断和记

23、录14.3.5.1.TIMS 系统应具有本系统的故障自动检测和报告并记录的功能。14.3.5.2.各系统故障由各系统的故障诊断系统测定，并向正在工作的列车中央控制单元报告。列车中央控制单元负责记录和存储各系统和列车的有关故障数据，并进行故障等级评估及分析，故障信息在司机显示屏上显示，并能为司机和检修人员提供相应的操作指示.各子系统软件应提供一接口，以使 CCU 能读取并记录各子系统的故障数据.14.3.5.3.TIMS 应具有足够的容量来存储列车和各系统的故障信息和状态。14.3.5.4.TIMS 应设计具有一事件记录器功能， 其能够记录车辆关键控制单元和部件的各种状态信息。 TIMS 系统应

24、有足够的容量以高采样率保存各种信息， 保存历史数据时间应至少长达 120 分钟，系统应以滚动存储方式保存数据（既先进先出FIFO） 。在详细设计时,卖方应提供买方 TIMS 所存储的具体信号和采样率。14.3.5.5.应具有地面分析软件,列车有关的故障信息和列车数据可通过便携式手提电脑PTU通过CCU进行访问并下载，维修人员利用地面分析软件分析列车状态和进行维修。14.3.5.6.详细的故障诊断系统的描述见“列车故障诊断”一节.14.4列车故障诊断14.5.1概述每三节车的单元有一个可以独立工作的单元车级的诊断系统。 列车中央控制单元 CCU 集成列车故障诊断系统.对一个六节车编组的列车,两个

25、单元车级诊断系统可以组成一个列车级的诊断系统.各个子系统将故障信息通过车辆总线传送给 CCU,CCU 用环境参数补充其基本信息，在无电的情况下也能保证存储。所有诊断信息以及列车的可运行性状态可以在激活端的显示器上显示出来,对于维修工作,除了可直接利用司机显示器外，还能够通过服务接口将诊断存储器中的存储数据传输到普通的个人计算机。 在个人计算机中借助专用的诊断分析软件对故障数据进行计值分析。系统的输入输出接口应适应广州地铁二号线车辆各相关子系统的电子诊断接口的输入和输出。14.5.2对重要的故障/信息的记录应该给出跟踪数据（故障发生前后牵引/制动情况的数据）, 并能显示出连续的牵引/制动曲线图形

26、，用于分析和查找故障.卖方应提供跟踪参数的检测时间范围和参数种类及记录形式14.5.3故障等级对故障应该根据故障对部件或系统功能或安全性的影响划分为不同的故障等级.对不同等级的故障应该有不同的信息显示给司机。14.5.4司机台的显示信息14.5.4.1在每 A 车司机台上，应有一台 TFT（薄膜晶体管）彩色显示器。要求有如下特性：处理速度与诊断系统的性能相适应。屏蔽性、抗干扰耐震动能力，适应广州的亚热带气候。8of914.5.4.1.1显示的内容应该对不同的使用者有不同的权限， 如司机、 维修人员和工程师等等14.5.4.1.2显示的形式应该是合适的人机界面，易于操作，不易使操作者眼睛疲劳14

27、.5.4.1.3司机台显示器显示内容应包括:(1) 给司机显示列车的基本数据、各子系统的状态和故障及其等级和指引，用于保证乘客和列车的安全(2) 给维修人员显示故障信息的记录及其环境条件,利于维修14.5.4.1.4屏幕上的信息要求用中文。14.5.4.2司机台上的运行信息指示司机台上应提供行车必要的信息指示灯,如制动施加/缓解，受电弓升降等，以便在显示器故障时,司机仍然可以判断列车的状态安全行车.这些指示可直接来自列车控制电路也可由故障诊断系统输出。司机台上应该有动圈式速度表，气压表（指示主风缸压力和制动气缸压力）,其指示范围和精度应符合地铁二号线列车的要求。14.5.5里程计每节车应该提供

28、一个里程计14.5.6计时器司机室应提供一个数字式的计时器用于司机按照规定的时间行车, 以秒为最小单位显示,且可以方便调节。14.5微机控制单元14.5.1控制单元的性能要求14.5.1.1各个控制单元的时钟由 CCU 发出的数字时钟同步信号统一调整14.5.1.2每个微机控制单元都应该可以用 PTU 在线检测运行数据，可以方便地下载记录的诊断和故障数据并且可以脱机阅读和打印。14.5.1.3每个微机控制单元应具有自诊断和故障信息自动存储功能在故障时记录主要的输入/输出信号，维修所需的中间参数过程信息的采样频率应该足够高,以便在这些下载后可以用适当的软件将数据还原成不失真的图形14.5.1.4

29、系统应提供足够的容量存储故障信息。14.5.1.5每个微机控制单元应能输出带故障等级的故障数据，通过输入/输出接口或直接与车辆总线连接，以输入中央故障处理单元。14.5.1.6每个微机控制单元应提供一个标准的串行通讯接口以连接系统 PTU。14.5.1.7控制单元中的控制参数和保护动作参数应该可以进行检查和调整。14.5.1.8所有的存储信息应在 110VDC 蓄电池失电后能保留半年以上。微机控制单元应完全满足其所控制的子系统的控制要求。14.5.1.9微机控制单元硬件和软件应满足相关标准的要求。14.5.2试验整个系统的试验应满足相应的标准。14.6各系统便携式测试单元（PTU)有微机控制单元的系统都应提供 PTU。14.6.1对所有 PTU 总的要求14.6.1.1PTU 应能调整、检查和在线检测对应微机单元的运行参数。14.6.1.2能下载故障记录并输出表格或图形打印.14.6.1.3供货商应对每个系统提供一套 PTU 服务软件的备份，备份软件应写在光盘上(CDR）.9of914.6.1.4供货商应在供货前六个月提交 PTU 的型号，买方进行确认.