网络监控系统在地铁中的应用

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　　摘要：随着社会经济的快速的发展，地铁运行的稳定性，可靠性和舒适性越来越受到旅客的关注，人们对列车网络控制系统也提出了题解更好的要求，本文结深圳某路线地铁网络控制系统进行了探讨。
　　关键词：深圳地铁；网络监控；结构特性
　　深圳地铁某线列车网络监控系统(以下简称网络)采用分布式控制技术，实现了整列车的网络通信、列车控制、信息管理、信息显示和故障诊断功能。网络监控系统采用分布式控制技术，符合TCN（IEC61375）标准，是实现整个列车各项功能的关键，同时也是其监控和诊断的核心，其主干网是3层结构的通信总线，由贯通全列车的列车总线WTB、贯通一个列车通信单元（以两动一拖为一个通信单元）的车辆总线MVB-EMD以及车辆内与部分子部件通信的局部车辆总线MVB-ESD+组成。这种系统显著减少了车辆内各箱柜之间的连线，增加系统之间的冗余，并方便将来系统功能的扩展。
　　1 网络监控系统结构
　　 列车控制、故障及事件记录及数据采集等模块设置于车内司机室及客室的电气柜内，列车级通信网络划分为2级，由贯通全列车的列车总线WTB和贯通一个车辆单元的车辆总线MVB组成。列车总线和车辆总线之间通过网关交换数据。
　　 整个列车划分为2个对称的通信单元，2个通信单元之间通过列车总线WTB进行数据交换，由列车控制模块GWM模块实现WTB与MVB之间数据传输的网关功能；一个通信单元内部的3节车辆之间，通过MVB-EMD车辆总线进行数据交换，由BCM模块实现MVB-EMD到MVB-EMD+转化的功能；而一节车辆内部各设备间，则通过MVBEMD+车辆总线进行通信。另外，对于具备RS485接口但不支持MVBEMD+接口的车载设备，可以通过RCM模块（串行通信模块）实现RS485到MVB-EMD+的接口转化。
　　2 系统组成模块
　　(1)列车控制模块GWM
　　 每列车分为2个通信单元，每个单元安装有2个GWM模块进行冗余控制。GWM通过多功能车辆总线MVB-EMD+与人机接口MMI、故障与事件记录模块ERM、数字量输入/输出模块DXM、模拟量输入/输出模块AXM及串行通信模块RCM、信号系统串行通信模块ASM及传动控制单元DCU、辅助系统SIV、空调控制系统等设备通信，并通过RCM与车门、CCTV及旅客信息系统PA通信，通过ASM与信号系统通信。
　　(2)人机接口单元HMI
　　 人机接口单元HMI安装于每个司机台上，司机及维修人员通过车辆总线MVB获取列车显示信息，通过USB进行故障数据转存。该彩色显示器为触摸式输入屏。
　　(3)事件记录模块ERM
　　 ERM能对所有重要正常操作进行记录，如司机通过操作紧急停车按钮或者警惕开关等引起的紧急制动。另外，所有的非正常操作包括对不正当侧车门进行的操作都将被记录。ERM也能记录列车投入运营过程中各个智能单元发生的故障及故障前后的环境变量。
　　(4)数字量输入输出模块DXM
　　 DXM实现数字量信号的采集和输出，它将采集的数字量输入信号送到MVB总线，从MVB总线获取数字量输出命令。
　　(5)数字量输入模块DIM
　　DIM实现数字量信号的采集，它将采集的数字量输入信号送到MVB总线。DIM主要功能如下:
　　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车辆控制模块GWM，完成各种控制功能。
　　故障诊断。通过外部跳线配置设备地址，自动选择模块位置。
　　(6)模拟量输入输出模块AXM
　　AXM实现模拟量的采集和输出，它将采集的模拟量输入信号送到MVB总线、从MVB总线获取模拟量输出命令。主要功能如下:
　　输入信号采集。将车辆之间电气信号转换成控制信号，经由列车控制网络传送给车辆控制模块GWM，完成各种控制功能。
　　控制信号输出。将网络控制信号转换成电气信号，控制仪表等设备。
　　(7)总线耦合模块BCM
　　 每列车辆装有6个总线耦合模块BCM，分别安装于各车辆中，BCM提供不同总线类型的转换接口。BCM具有传输介质转换功能，实现不同车辆/列车总线的转换，将单个车组单元的智能设备通过列车总线互连成列车通信网。
　　(8)RS485通信模块RCM
　　RCM实现RS485通信接口和车辆总线MVB通信接口的转换，但不能将MVB通信接口的设备连接到MVB网络上。RCM可提供增强型电气短距离多功能车辆总线MVB到RS485通信接口的转换，使车载非智能设备与控制网络的其他智能设备进行数据交换。
　　㈨RS485通信模块ASM
　　ASM专门作为与房山线信号系统设备实现通信的接口模块，不能使MVB通信接口的信号系统设备连接到MVB网络上，其功能与RS485通信模块RCM近似。
　　4 网络监控系统技术特性
　　(1)列车总线由列车总线WTB和多功能车辆总线MVB组成，实现WTB和MVB的冗余控制。
　　 (2)采用列车总线WTB，便于车辆自由编组和扩展列车编组。
　　 (3)具有MVB接口（如空调系统）或串行通信RS485接口（如门系统）时，系统可以通过MVB接口或串行通信RS485接口实现列车控制指令和参数的传输，并采集主要车载设备的状态信息。
　　(4)具有硬连线和网络双冗余机制。当网络系统失效时，可以采用硬连线实现控车。
　　(5)系统采用高性能的图形显示界面和触摸屏输入系统。
　　(6)系统提供列车部分设备的设置和试验界面，可以简化周期性的检修程序，缩短检修时间。
　　5 网络监控系统网络总线
　　5.1 列车总线WTB
　　列车总线WTB是高可靠和实时的现场总线，特别适合于地铁列车。
　　(1)物理层采用双绞屏蔽线，传输通道可配置为冗余方式,其冗余设计可做到一组列车总线出现问题时，网关能自动控制切换到另一组工作，从而保证列车通信的高可靠性。
　　(2)网络拓扑为简单的总线型结构，方便车辆间布线。数据传输包括过程数据和消息数据2种传输方式。前者用于时间紧迫性要求高的周期性数据传输；后者用于基于事件驱动的偶发数据传输，比如故障诊断数据或监视数据传送。
　　(3)总线跨距860m。
　　 (4)最多可连挂22节客车。
　　5.2车辆总线MVB
　　MVB用于连接各车辆内的电子部件和控制系统（称为MVB段），物理介质采用增强电气短距离ESD+线缆，电介质是双通道冗余的。
　　6 网络监控系统功能
　　网络监控系统是一种列车控制系统，对列车牵引系统、高压电路、辅助电源系统、制动系统、车载信号系统、车门及空调等系统进行控制、监视和故障诊断、记录。
　　6.1控制功能
　　网络的控制功能包括牵引/制动控制、电-空配合制动控制、空调/电热控制、广播控制和车门监视控制。
　　(1)牵引/制动控制
　　 列车控制及监控系统参与牵引/制动控制的信号，主要包括行驶方向信号、牵引/制动指令和牵引力/制动力设定值。司机钥匙信号用于列车投入运营和退出运营，当司机钥匙位于ON位时，此端司机室被激活，激活端的司机室被设定为整列车唯一的主控室，如果2个司机钥匙均处于激活位，则整列车处于禁止运行状态；方向信号用于启动/停止VVVF控制，如果该开关置于“F”位，行驶方向为向前；如果该开关置于“R”位，行驶方向为向后；开关处于“0”位，则没有行驶方向；牵引力/制动力设定值表明所期望的牵引力/制动力大小，由AXM模块采集、GWM信号调整后，送至牵引系统进行控制。

　　(2)电-空配合制动控制
　　为了有效地进行制动控制和提高乘坐舒适性，网络监控系统与制动系统协调进行整个电-空配合制动的混合控制。网络监控系统将来自司控器或ATO的制动命令传输给制动系统和牵引系统。在尽可能发挥列车电制动力的基础上，制动系统将补充空气制动力，以满足总制动力要求。
　　(3)空调/电热控制
　　空调或电热器启、停控制。司机通过司机台显示器MMI可以对全车空调或电热器进行启、停控制。当空调或电热器处于启动（停止）位置时，网络监控系统发出空调或电热器启动（停止）指令，启动（关断）全车空调或电热器。
　　温度设定和模式选择。司机通过司机台显示器可以对全列车空调进行集中控制，如空调制冷目标温度设定、通风/半冷/全冷模式选择，电热器的全暖/半暖模式选择等，实现对空调机组和电热器的控制。
　　(4)广播控制
　　网络监控系统指定运行信息的数据库，并传输运行信息给广播系统。在司机选择当前站时搜索运行条件，将目的站作为人工操作在列车控制及监控系统上显示。通过运行距离在自己的数据库中识别出运行参数，并传输给广播系统。
　　(5)车门监视控制
　　通过列车车门驱动控制系统反馈的门开、关信息，监视列车各车门的动作情况，包括车门打开、车门关到位、车门开关门过程、车门故障、车门通信失败、车门隔离、车门紧急解锁7个状态显示，并能记录车门故障。
　　6.2监视功能
　　持续监视司机操作和车载主要设备的状态并通过显示器显示状态信息。在“运行模式界面”显示操作端、列车方向、列车速度、网压、牵引制动状态、总风压力等信息。网络监控系统监视并显示以下内容。
　　(1)列车基本信息栏。显示列车运行基本数据，包括界面名称、实际速度、手柄级位、网压、网流、站名信息、时间日期。在任何界面下都必须固定显示此栏信息。
　　(2)分项综合信息栏。根据不同的子系统显示相关数据，所涵盖的子系统有运行、牵引、制动、辅助电源、空调、故障、检修。
　　(3)信息提示栏。显示车辆故障相关数据（仅在运行界面显示），包括故障确认、故障等级、故障文本、已确认故障数和总故障数目。
　　(4)菜单按钮栏。选择各个分项子系统及退出当前模式，包括运行、牵引、制动、辅助供电、空调、故障、检修和退出。在任何界面下都必须固定显示此栏信息。
　　6.3 故障诊断功能
　　 符合城轨车辆的车载诊断系统是网络的重要组成部分，GWM模块收集并在故障数据库中存贮列车的事件、故障和列车状态的相关信息。故障信息在司机台上通过MMI显示出来；网络的诊断功能可在故障发生时，协助司机采取适当的操作，并使维护人员更容易地查找并解决故障。如果列车发生故障，将以纯文本信息在显示器上提示给司机。为此，支持总线的单元通过MVB传输故障发生信息到主控GWM，主控GWM将日期和时间加到设备项的故障代码上，再通过MVB传输到显示器上。
　　7 结束语
　　 通过综合监控系统统一的软硬件平台，实现资源共享、互联互通、设备集中治理和维护，以及对子系统故障的监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面而及时的信息和控制能力，进一步地铁整体运营调度治理水平。从而，增强了核心技术的自主创新能力，打破了外国的技术垄断和控制，消除了对国外设备包括备品备件易损易耗材料的依赖，进一步降低了工程造价和寿命周期成本。
　　参考文献
　　[1] 刘共华 陈辉，地铁综合监控系统的几点技术争议[J].城市轨道交通研究，2010.12
　　[2] 温玉君 戴孙放，综合监控系统在城市轨道交通工程中的应用[J].城市轨道交通研究2010.09

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