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西南交大的课件第1节基于通信的列车控制系统概述《列控车载设备》、《列控地面设备》徐啸明，中国铁道出版社，2007《闭塞与列控》付世善，中国铁道出版社，20061.CBTC的发展前提和前景19世纪中叶出现火车之后，立即就有人研究如何控制火车安全运行问题。
早期，为了保证列车的安全，所以采用人骑马作为列车运行先导，以后又用过在一定距离设置导运人员，挥旗来表达列车可否安全前行。
1930年在英国开始第一次应用横木式带灯光的信号机，而美国在1932年采用在柱子上挂黑球或白球来对列车指示停车或通过。
1941年臂板信号才正式诞生在英国。
1932年莫尔斯电报机发明后，很快就引人到铁路。
1941年英国人提出闭塞电报机专利，并于1951年在英国铁路获得普及应用。
1976年发明了电话，又为铁路应用构成电话闭塞，这种方法至今在特殊情况下，如地震、洪水后等应急时尚有应用。
除了上述两种方法，还有应用路签机和路牌机方法，1979年英国人泰尔(Tyres)发明电气路牌机，即两相邻车站各有一个路牌机，它们之间有电气联接，两站之间有列车运行，一定要领到一个路牌才能作为运行的凭证。
而在平时，在一个时间内只允许有一个路牌从中取出，以此保证行车安全。
1999年英国人韦布和汤姆森( Webb and Thomson)发明了电气路签机，它工作原理与电气路牌机相似，即平时在一组路签机中只能取出一枚路签供运行的列车司机作为行车凭证。
从宏观来分析，列车运行控制系统实际上包含下列几个部分：1. 车站的列车运行控制系统它一般以车站联锁来表达。
在一个车站内，将车站内的道岔，进站、出站、调车信号机，车站主干线、车站股道等三大部分之间按一定联锁关系构成系统，为列车创造行车进路或调车进路，它既要保证行车安全，又要保证行车效率。
2. 区间的列车运行控制系统它是指列车在所有车站与车站之间运行的控制系统，其目的是保证它们的安全运行、提高行车效率和提供信息。
3. 驼峰编组站运行控制系统从逻辑控制使用来区分，上述三方面系统是各自独立的，即它们的硬件系统和软件系统都独立，它们的研究开发、设计、生产、使用等可以彼此不相干。
列车通信控制系统第一节概述列车通信系统控制系统是将列车的各个子系统及相关外部控制电路的信息进行读取、编码、通信传递、数据逻辑运算及输出控制的一个计算机网络系统。
该系统就好比人类的神经系统，能通过手和眼睛对自身所处的状态、外部环境进行感知和控制，并对不同情况作出一定反映。
而在列车上，该系统则是对列车的供电状况、速度、列车运行模式等状态信息进行实时监控和识别，并根据读取到的列车驾驶人员发出的指令信息，对列车上各个子系统发出相关控制指令，进而使各子系统产生相应的调整控制，以符合设定的功能要求，则实现了对列车的有效控制。
第二节列车通信控制系统（TCMS）结构深圳地铁一期续建工程列车采用由两个完全一样的单元车组对称编组而成，每个单元编组又由1节拖车、2节动车构成。
对应于列车编组结构，其列车通信控制（TCMS）系统与列车控制配置原则：◆对于有微机控制的子系统应尽量通过MVB接口与MVB车辆总线直接连接，用于传递控制、诊断及辅助信息。
◆对于没有微机控制的子系统可通过SKS与MVB车辆总线相连接，传递I/O控制和状态信号。
MVB总线系统由MVB主干线和MVB车辆总线组成。
车辆间的通讯由MVB主干线实现，位于同一节车上的设备之间的通讯由MVB车辆总线实现。
具体见下图：具体到A、B、C三节车TCMS系统主要部件配置如下（参见表12-2-1）。
表12-2-1 A、B、C三节车TCMS系统主要部件配置表系统A-车B-车C-车列车自动控制（A TC） 1 - -车辆控制单元(VCU) 1 - -MVB 服务接口 1 - -人机界面(HMI) 1 - -SIBAS-KLIP 站 1 1 1制动控制单元(BCU) 1 - 1辅助逆变器 1 1 1门控制单元 2 2 2空调(控制单元) 1 1 1MVB –中继器 1 1 1逆变器控制单元- 1 1第三节列车通信控制系统（TCMS）功能及原理总线系统将采用全冗余的总线连接方式，仅有一根MVB电缆故障将不会导致总线通讯故障。
基于无线通信的列车控制系统中的数据通信子系统分析雷锡绒（西安铁路职业技术学院电子信息系，710014，西安∥副教授）摘要运用无线通信实现车地数据传输的列车自动控制才是真正意义上的移动闭塞。
在基于无线通信的列车控制（CBTC）系统中，数据通信子系统承载的数据直接关系到行车安全。
结合西安地铁2号线一期工程信号系统，对其数据通信子系统的构成、作用、安全措施、抗干扰措施及主要性能等进行分析。
关键词地铁；基于无线通信的列车控制；数据通信子系统中图分类号U231．6Analysis of the Data Communication Subsystem in Metro CBTC SystemLei XirongAbstract In the real sense，mobile closure is to apply radio communication-ATC for the realization of data transmission in the location of cars．In CBTC system，the data carried in data communication subsystems will directly affect the operation safe-ty．Combined with the practical condition of Xi＇a n Metro Line2，the structure，functions，security measures and anti-interference methods of the data communication subsystems are discussed，the performance of CBTC in the subsystems is analyzed．Key words metro；communication－based train control （CBTC）；data communication subsystemAuthor’s address Communication Transport Department，Xi＇an Railway Vocational＆Technical Institute，710014，Xi’an，China运用无线通信实现车地数据传输的ATC（列车自动控制）才是真正意义上的移动闭塞［1］。
第十二章列车通信控制系统第一节概述列车通信系统控制系统是将列车的各个子系统及相关外部控制电路的信息进行读取、编码、通信传递、数据逻辑运算及输出控制的一个计算机网络系统。
该系统就好比人类的神经系统，能通过手和眼睛对自身所处的状态、外部环境进行感知和控制，并对不同情况作出一定反映。
而在列车上，该系统则是对列车的供电状况、速度、列车运行模式等状态信息进行实时监控和识别，并根据读取到的列车驾驶人员发出的指令信息，对列车上各个子系统发出相关控制指令，进而使各子系统产生相应的调整控制，以符合设定的功能要求，则实现了对列车的有效控制。
第二节列车通信控制系统结构深圳地铁一期工程列车采用由两个完全一样的单元车组对称编组而成，每个单元编组又由1节拖车、2节动车构成。
对应于列车编组结构，其列车通信控制（TCC系统也采用同样的结构方式：每个拖车（A车）设置一个列车控制单元（VTCU,两个单元的VTCU采用列车级数据总线（WTB进行通讯。
在单元车组内部，则采用列车多功能总线（MVB连接进行通信，该总线又分为两级，第一级为贯通单元车组的MVB即TRAFOMVB 总线，并直接与VTCI进行通信；第二级则为直接与单节车内各功能模块通信的MVB即OPTO MV总线，连接的设备如各类输入输出单元（I/O ）、制动控制单元（EBC）牵引控制单元（DCU等子系统控制单元；而这两级MVB又通过总线耦合器进行信号的转换与传递。
其结构示意图参见图12-1。
而对于每单元车组，其TCC通信网络结构按A、B、C三节车分别有3种连接结构，其详细连接结构可分别见图12-2（A车）、图12-3（B车）、图12-4（C车）。
通过该结构图，则可清晰地见到单元车组中TCC 系统中主要部件及其连接方式，如VTCU、BCT、COMC、AX、DX 以及各功能子系统控制单元等在网络中所处列车中位置，其中ATO/ATP 设备与GW 板相连，列车显示屏TMS-MMI 与VCUT 板相连，VCUA板与A车BCT相连。
三节车BCT通过TRAFO MVB相连，并通过OPTO MVB与每节车的各控制模块相连，共同构成列车TCC通信网络。
图12-1 TCC系统结构示意图具体可按如下三部分详述：一、对应于A车，TRAFO MVB连接了ATO/ATP、VTCU、BCT构成了单元车组级第一层次的通信网络；而通过OPTO MVB总线，由BCT的X05插连接了EBCU、空调控制单元，由BCT 的X06插连接了COMC、AX和9个DX模块，并共同构成了第二层次的车辆级通信网络。
（参见图12-2）二、对应于B车，TRAFO MVB连接了BCT模块，将通信信号从A车传递到B 车，进而构成单元车组级第一层次的通信网络；而通过OPTO MVB总线，由BCT的X05插连接了EBCU、MCM、DXB、空调控制单元，由BCT的X06插连接了7个DX 模块，并共同构成了第二层次的车辆级通信网络。
（参见图12-3）三、对应于C车，TRAFO MVB连接了BCT模块，将通信信号从B车传递到C 车，进而构成单元车组级第一层次的通信网络；而通过OPTO MVB总线，由BCT的X05插连接了EBCU、MCM、ACM、空调控制单元，由BCT的X06插连接了1个AX、7个DX模块，并共同构成了第二层次的车辆级通信网络。
（参见图12-4）A车总线结构图图12-2 A车通信网络结构示意图C 车总线结构图图12-4 C 车通信网络结构示意图第三节列车通信控制系统功能及原理一、列车通信控制系统功能列车通信控制系统在功能上类似于生物的神经系统，其传输的信息大致可分为以下三类：（一）车辆控制用的信息，如列车牵引控制类和车辆功能控制类;（二）列车故障诊断信息;（三）乘客服务信息.其实现的主要功能主要如下：（一）列车通信控制系统通过对司机的控制指令进行读取和传输，并按照所获得指令信息进行相应的输出，以使列车各子系统按一定的要求正常运行，真正起到运输工具的效能。
例如，当司机推牵引/制动手柄至牵引位时，则列车控制单元-VTCU 通过AX 模块和DX 模块读取相关牵引指令信息，并判断其他安全相关回路是否正常，如正常，则将指令信息传递该牵引逆变器，进行动力输出，则列车可以实现牵引动车。
（二）列车通信控制系统通过各种输入端口及相关故障诊断软件的运算，对列车各类子系统的实际运行状态进行监控和判断，如有异常情况发生，则实时地在人机界面—MMI 进行显示，相关数据也同时进行记录和存储，以便司机和车辆维修人员及时观察到异常情况，并能做出应急处理措施，以保证列车运行安全。
（三）向乘客发送如站名、提示等相关服务信息，以方便乘客的出行。
二、列车通信控制系统工作原理依据通信系统数据传输原理，列车通信控制系统传输的数据可分为三类：过程数据（PV）、信息数据（MD ）、条件数据（CD）:（一）过程数据名包括了全部有关能找到该变量的数据：1.存储器的号码2.端口内地址的偏移量3.过程变量的类型和长度4.校验位的偏移量其过程数据的主要特点如下：1. 数据实时传输2. 数据长度短3. 反映车辆的运行状态4. 周期性更新5. 格式固定6. 不需被确认（二）信息数据状态数据能在列车范围内按一般的传输协议（开放式系统互联参考7 层模型）在两个设备间进行交换，各装置、功能组群能被赋址，其传输方式依照呼叫/回复结构，且较大的信息能自动地分割到数据包并以确认的方式传输；其主要特点如下：1. 没有实时的要求2. 不限制长度3. 表述一个事件4. 需要给出确认（三）条件数据则主要指列车本身的基本外设参数，如时钟信息、列车轮径数据等。
第四节列车通信控制系统部件介绍一、列车控制单元（VTCU ）深圳地铁一期工程列车一单元车组就配备一台VTCU ，装配于司机驾驶室副司机台后面的电子柜中。
而对于一整列车来讲，在激活司机驾驶室的VTCU 则为 主控单元（OWN ），另一台则为从（REMOTE ）。
VTCU 是列车通信控制系统的核 心部件，相当于列车的大脑，直接负责列车的牵引制动相关控制运算，并对列车 的实际运行状态进行监控，并及时判定各子系统的状态，并将异常部件的故障信 息及时反馈到司机室的人机界面上，以让司机和技术维护人员快捷地掌握列车的 实际工作状态。
而VTCU 的装配图参见图12-5。
图12-5 VTCU 接口结构图A-B-A-B- 2 noiccrj MVB 服务端口 0102 .03040506 -070809 _1011 .12 r13 r14 」15 一enrvre BVMR eset R eset1 n1- tc~ L B RS232 T W 服务端口 2 nnrLccrb 地址信息 连接端口 - 2 B N B F L E S ®®®® 0000 F1LAMNNS 12K X 02 V 0001 -十 - - ■- -A 石- 」 12M X 05 V 0024 ^l;;l 12M X 05V 002401 ---------02 ---------03 ---------04 ---------05 ---------06 ------- -07 ------- -08 - ^―-09 -10 - -11 ■- -12 ---------13 -------14 -------15 ------16 ~\ ----12N X 02 V 0001 :ypDSE wop 输入输出t A D tran z A B ■-.AD tran z 1V^5 A D tran zA B 9VAS ---- 9V^9 M IT RAC - M IT R AC - M IT RA C 二 A BM IT R AC 广M IT RA C ： MIT RA C ' ooux/ 12M X 05 V 0025 01 02 03 04 0506 07 08 09101112 13 14 15 90AXUAI J25/X 24依据图12-5所示结构从左至右分别是:第一层：为列车总线连接板，序号为1,连接和管理两条WTB总线；进行串行数据的编码和解码•具备线路沉余和线路熔合的功能；该板还配备了状态显示灯，其所表示的含义参见图12-6：图12-6 列车总线连接板状态指示灯第二层为网关板，序号为5,连接MVB总线；用于转换列车总线WTB和车辆总线MVB两个总线系统之间的数据。
MVB的电位隔离是通过DC/DC变压器转换器实现的。
第三层为VCUT板,序号为9,连接MVB总线及MMI的串行接口RS422\RS232, MVB总线接口与网关板相同；串行接口是通过光耦合器和DC/DC 转换器实现电位隔离。
其功能是进行列车故障诊断和故障信息数据记录，并与MMI进行通信，将故障信息在MMI上进行显示。
第四层空置；第五层为VCUA板,序号为17,连接MVB总线及串行通信接口；连接MVB 总线及串行接口RS422\RS232, MVB总线接口与网关板相同；串行接口是通过光耦合器和DC/DC转换器实现电位隔离。
该部分的功能是进行列车牵引制动等应用功能方面的运算和控制。
第六层空置；第七层为电源板；输入为110VDC ，该板上有A 、B 指示灯，正常工作时, A 、B 灯均常亮。
VTCU 的每个面板中部还有6个LED 指示灯，显示VTCU 的当前状态，见图 12-7 :WA （黄色） OK （黄色）ER （红色） 图12-7 VTCU 面板状态指示灯其中每个指示灯的意义如下： WA 警告 UD 用户定义 OK系统ok CO MVB 通信 ER错误 RE 重新设置 其中0K 灯闪亮,CO 灯常亮，其他灯不亮，则该部分工作正常；GW 板、VCUA 板、VCUT 板的X36插均接一个地址信息插，其对应的地址编码分别为20H 、10H 、11H 。
深圳地铁列车通信控制系统的 MVB 总线根据应用的层次不同，采用了两种 属性的数据传输方式：其中车组层次的为 TRAFO MVB 总线，即信号转换传输 采用变压器电压隔离方式的数据总线；单节车层次为 OPTO MVB 总线，即信号 转换传输采用光电耦合电压隔离方式的数据总线。
而 BCT 模块的功能为实现这 两种属性的数据信号转换、传递以及信号中继再生等功能，并在保持其他功能正 常的情况下，及时切断故障段数据总线。
其实际模块接口及内部电路示意图参见 图 12-8。
UD （黄色）CO （黄色）BCT 模块BCTX3EMDBT2X4X5EMDB02X6图12-8 BCT模块的外部接口及内部电路在车辆实际应用中，车组层级的TRAFO MVB总线连接可分为三部分（与车载信号系统的连接除外），从VTCU至A车BCT的X2插为第一段，A车BCT 的X1插到B 车BCT的X2插为第二段，B车BCT的X1插到C车BCT的X2 插为第三段，而在BCT 模块内部X1插至X2插是直接导线相连，这样通过这三段TRAFO MVB总线，分别将VTCU及三节车的BCT模块串联进而构成车组级数据信息传输通道；车辆级的OPTO MVB总线则分别通过每节车BCT模块的X5插和X6插连接，构成两条并联的数据信息传输通道，直接与车辆各子系统控制单元进行通信，其中X6插与COMC、各类输入输出模块相连，而X5插与EBCU、DCU等子系统控制单元相连，进而构成一个完整的列车通信控制网络。
