1、1广州地铁Guangzhou Metro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(列车控制系统)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。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。 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
2、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
3、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3广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司一、列车通信网路二、总线系统基本概念三、列车控制系统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null3、冗余概念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一、列车通信网络列车通信网路（Tra
4、in Communic ation 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）。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。5广州地铁Guangzhou Metro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
5、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。6广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司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。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
6、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二、总线系统基本概念总线与总线段 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 “总
7、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总线主设备 可在总线上发起信息传输的设备叫做 “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。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。8广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司总线控制信号 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
8、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 管理主、从设备使用总线的一套规则称为 “总线协议 ”（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 ”（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
9、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 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 ”（read）资料操作是读来自响应者的资料； “写 ”（write）资 料操作是向响应者写资料。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
10、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（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null（三）、冗余概念（
11、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（一） 列车控制系统硬件及其主要功能微机显示 器远程输入 输出 终端MVB中继器车辆控制 单元12广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司1、中央控制器VCU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 ）、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） ， 控制
12、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 带MVB模 块，支持过程数据和消息数据 扩展的内存容量： 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13广州地铁Guangzhou Metro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2、中继器 两个独立的MVB 通道 两个独立的电源回路 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3、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
13、站.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4、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： Main circuit 主电路 Drive status 牵引状态 Brake status 制动状态 Auxiliary Inverter/Battery 辅助逆变器/蓄电池 Doors 车门 Air conditioning systems 空调系统 Pantograph 受电弓 PIS system PIS系统 Air compressor 空压机17广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨
14、询有限公司（二） 列车控制系统网络结构VCU：车辆控制单元 BCU：制动控制单元 AUX：辅助逆变器 DCU: 车门控制单元HVAC：空调 REP：中继器 HMI：人机界面 TICU：牵引控制单元ATC：列车自动控制 ATO：列车自动驾驶 PIS：乘客信息系统 SKS：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数据传输两个冗余的数据传输：通过独立的两个通道 A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19广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司（三）列车控制系统冗余1、数据传输通过独立的两个通道
15、A和B。20广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司2、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21广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司3、中继器及其电源采用两个独立的MVB 通道 两个独立的电源回路 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4、冗余的 MVB-ASIC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 ,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
16、 MVB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6、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。24广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司（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。故障分为三级：1、车辆无法继续运作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。评级后的故障消息将在HMI上 显示.25
17、广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司司机可以通过HMI显示器对以下的装置和系统故障 状态有一个大概了解：主电路、 牵引状态、制动状态、 辅助逆变器/蓄电池、 车门、 空调系统、 受电弓、 PIS系统、 空压机26广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司 每个子设备的本地诊断存储器通过MVB 发送 信息给车辆控制单元用于: 存储 诊断数据显示的准备 诊断存储器的容量： 车辆控制单元中约为2 MByte 数据记录仪: 车辆控制单元配有一专用的软件包用于提 供事件记录功能，该功能能够记录列车的各种信息。买方可根据运营需要，在设计阶段选 择记录在MVB上 传输的信号。建议的数据记录包包括16个模拟量和64个数字 量，采样周期为32ms时，记录时间大于24小时。系统以先进先出方式保存数据（FIF O），当存储器存满时，最新的数据覆盖以前的数据。27广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司独立的系统有自身的诊断存储器，能在本地读出:BCU 车辆控制单元逆变器控制单元制动控制单元空调控制单元辅助逆变器ATC系统乘客信息系统28广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司29广州地铁Guangzhou Metro广州中咨城轨工程咨询有限公司谢谢！
