于盼龙 周安德 李庭芳
摘 要：列车网络控制系统是一种用于控制、通信、监视整列车的车载计算机系统，它是列车的神经系统和指挥中枢，实现各子系统信息传输共享，协调中央控制系统与各子系统的控制、监视与诊断任务，汇总各子系统工作状态和故障诊断信息，提供信息显示和人机交互接口，完成整车级的控制、故障诊断、状态监视等工作。
关键词：市域车 网络控制系统 DTECS平台 MVB总线
中图分类号：U271.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（a）-0159-03
随着城市范围的不断扩大，城市群的形成使传统的地铁系统无法满足市域范围的长距离出行要求，给中心城与外围地区的乘客出行增加了很大困难，于是一种介于地铁与城际铁路之间的新型轨道交通方式——市域快速轨道交通应运而生。它拉近了中心城与市域组团以及组团之间的距离，具有大载客量、快起快停、快速通过、既可高速连续运转又可短时大扭矩工作的典型特征，成为当前城市轨道交通发展的新热点。
本文所介绍的市域列车网络控制系统，采用基于分布式列车网络控制系统（DTECS）的平台，特别适合轨道交通车辆的车载网络控制和诊断，由于采用模块化设计，使得系统的构成十分灵活，不但可以显著减少系统布线距离，而且容易将来对系统的扩展。本文主要从系统构成、系统功能等多方面对市域列车网络控制系统进行介绍。
1 系统构成
1.1 网络拓扑
以某型市域车辆平台为例，列车采用8辆编组，6动2拖，编组配置为Mc+T+M+M+M+M+T+Mc。网络控制系统分为两级网络结构，列车控制级总线和车辆控制级总线均采用双通道冗余的EMD电气中距离介质的MVB多功能车辆总线，符合IEC 61375最新标准的要求；中继模块REP作为列车级总线和车辆级总线的网关，实现列车级总线到车辆级总线的数据转发功能。同时设以太网环网贯穿全车，用于维护、检修以及信息化功能，同时用于传输列车运维数据，方便进行车辆的实时跟踪、故障实时分析、诊断。
不论是列车级总线还是车辆级总线，物理上的连接采用两路通信线的冗余结构，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。它们对有关的关键区域提供部分冗余，即在列车控制单元、列车总线或车辆总线故障时，不会导致列车牵引停止。若单节车辆总线发生故障，不影响其它车辆总线的工作状态。单个部件故障不影响整车运行。列车控制由列车通信网络和列车硬线联合完成，优先采用网络控制技术，列车硬连线作为列车运行和安全的补充措施。MVB总线介质为双绞屏蔽线缆，通信速率为1.5Mbit/s，传输距离大约为200m。
列车设置了一条独立的以太网并配置网关，每节车辆均设置以太网交换机。列车上各子系统控制器通过以太网连接到列车维护网络，为走行部监测系统、车门监测、空调监测、网轨检测、牵引辅助、制动控制等子系统专业提供数据传输通道，通过设置在列车两端的数据采集系统，实现数据车地无线实时传输；同时维护人员可通过设在司机室的维护端口访问各子系统，进行故障相爱在、在线监控与测试等维护工作。列车网络系统拓扑示意图如图1所示。
1.2 设备配置及冗余设计
网络控制系统设备主要有网关模块、输入输出模块（包含数字量输入输出模块、数字量输入模块、模拟辆输入输出模块）、事件记录模块、中继器、以太网交换机、显示器等。为提高网络传输的稳定性和安全性，列车控制系统将在多个方面实现冗余。
（1）列车在每个头车上各安装1台网关模块、事件记录模块等重要设备，互为冗余。当主设备故障的情况下，从设备将自动接管工作，列车可继续运营。
（2）每节车辆设置2个中继器，A路、B路通道通过单独的中继器进行冗余工作。
（3）采用MVB特制连接器，连接器从子系统上断开也不影响其他子系统正常通信。
（4）当列车网络发生故障时，司机可激活紧急牵引，实现列车的基本运行功能。
（5）以太网作为EGWM和HMI之间MVB总线的备用冗余总线，当HMI与其他设备之间的MVB通讯中断时，HMI的各项功能不受影响。
2 系统功能
列车网络控制系统能够实现信息传输、控制和显示、故障诊断、故障预警、用户支持等功能，从而把证列车安全可靠的运行。
2.1 信息传输功能
列车网络控制系统对列车级总线、车辆级总线以及以太网总线进行控制和管理，按照通信协议完成列车数据、车辆数据的组织和转发，实现列车控制、显示屏的显示、故障和状态信息以及故障和事件记录等功能。
2.2 控制与显示功能
列车网络控制系统能实现列车牵引/制动控制、再生制动特性控制、列车/车辆总线管理、显示器控制、防滑/防空转保护控制、压缩机和空調机组顺序启动控制、紧急牵引控制、数据转储及自动过分相等逻辑控制功能。
在每节头车司机操纵台上设置1台彩色显示触摸屏，为司机提供图形化的显示界面，向车辆驾驶人员和维护人员提供车辆综合信息和设备工作状态；主要实现列车运行状态监视、故障存储、部分列车设置功能（轮径设置/时间设置等）、故障信息的综合与处理等功能。
其运行模式操作流程如图2所示。
（1）显示器根据用户操作需求分为运行模式（主要面向司机）与检修模式（主要面对检修技术人员），运行模式切换至检修模式需输入密码。
（2）给司机显示列车的基本运行数据、故障和评估，以及列车状态信息。
（3）给维修人员显示故障信息的记录及已定义的环境条件，利于维修。
可以进行列车运行时加速度、减速度、制动距离等基本参数的功能测试。通过USB接口，将故障信息转储地面进行统计、分析。
（4）故障报警信息，应包含故障代码、故障名称、故障类型、车号、故障设备的名称、故障发生/恢复的日期和时间、同类故障统计数、公里数及相关的环境数据。严重故障时显示屏还应发出声光报警。另外，当列车出现故障时，诊断系统可以根据环境数据进行综合判断，并在显示屏提示最优的处理指引。
2.3 故障诊断功能
车载故障诊断系统是列车控制系统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。故障信息在司机台上通过HMI显示，并且可以通过PTU上传到地面维修和服务系统中，供长期的储存和深入的地面分析。
列车网络控制系统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，顯示司机实施操作的指导说明，并使维护人员更容易地查找并解决故障。
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（串行/USB/以太网接口）将存储在显示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专家分析软件对故障数据进行分析。对重要的故障信息的记录给出跟踪数据，并通过分析数据记录能显示出连续的数据曲线图形。
2.4 故障预警功能
地面运维中心通过WTD接收列车传送的数据信息并进行分析、诊断及健康评估，从系统或状态部件大数据及故障机理模型中预测故障趋势，并根据预定的各种参数指标极限值/阈值来提供故障预警，给出列车当前运营建议，减少列车正线发生故障的概率，提高运行安全性、可靠性。
2.5 用户支持
（1）在线监视读取。通过列车以太网，利用便携式测试单元（PTU）软件，对连接到以太网的各子系统状态、运行参数、故障等进行实时数据读取以及实时监控记录。
（2）下载和分析。列车可以通过PTU软件下载有关的故障信息和列车数据，维修人员可以借助PTU软件分析列车状态并获得故障源的信息。
（3）远程维护。系统能够远程在线监视列车总线传送的数据，远程单点更新车载所有连接到以太网的智能设备的程序，远程单点下载车载所有连接到以太网的智能设备的数据，并通过PTU可实现对列车的远程维护。
3 结语
某型市域车辆平台列车网络控制系统基于DETCS平台，采用模块化设计手段，构建了完整的拓扑结构，实现了列出控制及信息显示、故障诊断等功能；通过冗余设计和故障导向安全设计，保障了系统稳定性、可靠性。采用以太网技术，把列车各智能设备连接到以太网交换机上，通过WTD将数据传输到地面进行存储、分析以及大数据挖掘，从而提高车辆的实时监控水平和车辆状态评估能力，提高运维体系以及人员对车辆故障的响应速度和处理能力。
参考文献
[1]李海新，彭东良.基于DTECS网络控制平台的城轨车辆门控软件设计[J].电力机车与城轨车辆，2011（4）：22-24.
[2]崔玉龙，田鹏，张永明.某型城际动车组列车网络控制系统[J].电力机车与城轨车辆，2017（2）：34-37，41.
[3]沙森，王伟，徐建波.CRH5型和CRH3型动车组列车网络控制系统的比较[J].铁道车辆，2012（1）：25-27.
