沈阳浑南70%低地板有轨电车TCMS系统的应用

　　摘 要：本文主要介绍沈阳浑南70%低地板现代有轨电车列车控制和管理系统（简称“TCMS系统”）的硬件结构以及功能特点。首先，分析TCMS系统的网络控制拓扑结构以及车辆控制单元的主控冗余方案；其次，详细说明了TCMS系统通过CANopen总线通讯的方式对牵引、制动、广播、空调、车门等子系统的控制方式；最后介绍TCMS系统实时监控车辆主要系统及子系统的工作状态，并实现整车故障分析诊断、以及运行记录的功能。TCMS系统的应用不仅减少了设备安装和布线施工，还有效的提高了车辆的可靠性与安全性。
　　关键词：有轨电车；TCMS系统；CANopen；实时监控；故障分析诊断；运行记录
　　1沈阳浑南70%车TCMS系统简介
　　沈阳浑南70%有轨电车TCMS系统采用中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心的成熟产品，与车辆非智能电器设备间采用硬线连接，采用一条CANopen总线作为列车主干网络、并含有CAN、RS232、RS485等设备级总线，任何符合CANopen协议标准协议的设备，都可以在功能和接口上保证车上所有设备的互用性和可交换性。TCMS主要有控制、监视及故障诊断三类功能，本监控系统实现了对牵引、制动、辅助、空调、车门、广播等子系統的运行监视，将各个子系统的诊断信息显示给司机及维护人员，同时对故障数据进行记录，便于车辆的维护与保养。
　　2 TCMS的硬件和结构
　　2.1TCMS硬件组成
　　TCMS系统主要包括VCU（车辆控制单元）、RIOM（远程输入输出模块）、HMI（人机界面显示屏）构成，采用CANopen通讯与各个车载设备建立通讯连接。具体分布如表1：
　　2.2TCMS系统元件介绍
　　2.2.1VCU
　　车辆控制单元VCU完成列车总线CANopen网络管理，同时实现对牵引、制动、空调、车门等设备或部件的控制功能。该模块安装位置位于Mc车司机室内，整车安装2个VCU，该两个VCU互为冗余状态，当一个VCU故障时，另外一个VCU会行使网络的主控功能，使CANopen网络仍然能够正常运行。同时，VCU还与HMI进行数据交互，将采集到的数据发送至HMI进行显示，也将HMI设定的一些参数（如轮径，空调设定等）接收后转发至相应的子设备。
　　2.2.2 IDU屏
　　在每列车的司机台上各设置1 台触摸屏式司机台显示器?显示器处理速度与诊断系统的性能相适应，屏蔽性?抗干扰?耐震动能力满足EN50155相关要求。IDU主要在车辆的运行过程中显示车辆状态信息、故障信息和操作提示，同时完成行车数据记录。司机通过查看IDU显示的车辆状态及故障信息，进行相应的安全操作，完成有轨电车的运行控制。另外司机也可通过操作IDU屏设置车辆的参数和功能。
　　2.2.3 RIOM机箱
　　每侧司机室内安装有1个RIOM箱（远程输入输出模块），数字量输入板卡内部集成24路24V数字量采集单元。通过集成的CAN通信模块与主控制单元进行数据交换。为了满足TCMS系统中各子系统输入信号地址不同的特点，板卡内部采取分割参考地的设计方式。RIOM主要的功能就是接收司机室功能按钮及系统指令，然后输出给相应设备执行命令。RIOM是TCMS系统与整车车载设备之间的重要转折点。
　　3 TCMS系统CANopen通讯网络图
　　针对整车的TCU，HVAC，DOOR，PIS，HVAC，BCU等系统，通过CANopen接口接入VCU，就构成了整车的TCMS系统结构拓扑图（如图1）。所有外围网络接口设备只要满足CIA对CANopen的相关规定就可以顺利接入网络。
　　TCMS系统不仅采用CANopen总线，还采用了双线接入的方式：采用了RS232与VCU连接和RS485与RIOM连接。这种接入方式能够增加TCMS的可靠性。在采用双线接入的状态下，如果两端的VCU均为正常工作状态，显示器会与VCU进行通讯；一旦出现了单个VCU故障或断电，则另一端的VCU进入到工作状态，继续完成车辆的控制。
　　4 TCMS系统的控制
　　列车的网络控制系统是通过HMI触摸屏，完成司机对一些辅助设备进行控制，减少硬线和继电器，也可以替代指令控制按钮等。通过司机操作HMI屏运行系统界面的按钮，将指令传送给RIOM，RIOM接到指令后相应的控制相关系统实现相应功能。TCMS控制功能主要对牵引、辅助、制动、空调、乘客信息系统进行参数设置及功能控制，同时也通过屏幕按钮执行照明、无电区切换、调车模式启动等功能的开关。通过IDU屏的参数设置，将车辆编号、时间日期、运行总里程、轮径值、发送到各系统，以便更方便的设置牵引系统参数。TCMS通过监控各系统的状态和司机的操作，能够更加准确的执行各系统功能，保证列车安全平稳的运营。
　　5 TCMS系统数据监控及故障诊断
　　TCMS系统通过CANopen总线，采集整车所有设备状态、是否在线，工作是否正常，故障检测等数据，包括司机室操作按钮，将重要的指令和数据显示在IDU屏上，司机能够更加直观的查看车辆的状态。TCMS系统还负责各系统故障数据的采集、故障分析、故障信息转储等。在列车发生重大事故时，可以通过TCMS系统故障记录和事件记录查看车辆故障状态，以便更快的处理车辆故障，降低运营延误时间。
　　参考文献
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　　[4]赵 强，常振臣，王金田，于苏横.国产化列车网络控制系统安全完整性技术应用[J]..铁道机车车辆，2011（12）
　　（作者单位：沈阳浑南现代有轨电车运营有限公司 车辆维修部）

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