地铁列车控制网络

创新前沿Technology Innovation and Application2017年23期成都地铁4号线列车网络控制系统李文正，殷培强，徐磊，张欣萍(中车青岛四方车辆研究所有限公司技术中心，山东青岛266000)摘要：文章介绍了基于TCN标准的列车网络控制系统在成都地铁4号线上的应用，主要包括系统拓扑结构、系统配置、关键控制功能、显示屏界面、图形化编程软件、创新设计及运营情况等，并对系统设计进行了总结。

关键词：成都地铁;列车网络控制系统;控制逻辑；冗余中图分类号：U284.48 文献标志码：A文章编号院2095-2945 (2017)23-0018-021概述成都地铁4号线列车未6辆编组B型车，其列车网络控 制系统(TCMS)采用的是中车青岛四方车辆研究所有限公司 自主化的软硬件平台。

2基于TCN列车网络配置成都地铁4号线列车采用4动2拖的6编组形式，TCMS 列车总线及车辆总线均采用符合IEC61375标准规定的多功能车辆总线(MVB-EMD)。

基于TCN标准的列车网络系统拓扑结构如图1所示:互为冗余的两个C C U分别位于T c1车和Tc2车，完成列 车控制、监视和故障诊断功能。

每辆车都具有RI0M模块，实现对110V控制电路的主要 信号进行采集和控制及模拟量信号的采集。

Mp1车和Mp2车分别安装了两个互为冗余的中继器(R P T)模块，实现对M V B信号的中继传输，保证信号的传输质量。

两个人机接口单元(HMI)分别位于T c1车和Tc2车，负责显示设备状态和指导司机操作。

T c1车和T c2车各设置一个列车数据记录仪(E R M)，对列车主要设备的运行状态和故障信息进行冗余采集和记录。

列车控制及监控系统通过422G W与实时无线传输系统相连，其他子系统通过M V B接口接入到TCMS系统。

3系统关键功能3.1辅逆停机控制成都地铁4号线车辆前后半列各安装一台辅助逆变器，两台辅助逆变器分别给两组可被扩展供电接触器连接起来的中压母线供电，正常情况下每台辅助逆变器单独给 该半列的中压负载供电。

第39卷第SO期铁道机车车辆Vol.39No.SO 2019年12月RAILWAY LOCOMOTIVE&CAR Dec.2019文章编号=1008-7842（2019）SO—00&0$05成都地铁既有列车网络控制系统对比分析曾东亮（成都地铁运营有限公司,成都610051）摘要详细介绍了成都地铁既有列车控制网络系统情况，分析了各线网络控制系统的优缺点，提出了后续改进建议。

关键词地铁车辆；网络控制；现状；对比分析中图分类号：U239.5文献标志码：A doi：10.3969力.issn.1008—7842.2019.SO.11在地铁列车发展进程中，列车网络控制管理系统（TCMS）为关键核心系统，是集列车的控制、监控和诊断为一体的集成控制系统,能为列车各子系统和模块提供各种实时控制信息，完成对列车的控制。

目前国内外地铁列车发展日新月异，列车结构组成越来越复杂，特别是实时在线监测技术、大数据分析技术的大量应用，对网络控制系统的性能要求也越来越高。

本文对比分析成都地铁既有列车网络控制系统情况，针对性提出了后续改进建议。

1列车网络控制技术介绍列车网络控制技术的发展史上主要有TCN、WorldFIP和LonWorks等，随着标准化应用及互联互通要求的提高，目前TCN成为应用最广泛的列车网络控制技术"列车通信网络（TCN）主要服务于铁路机车、动车和城市轨道交通，主要包含两层架构，即具有不同特性的主干网络（Train Backbon）和具有不同特性的编组网络（Consist network），其协议的转换主要借助节点来完成，主干网络可以是绞线式列车总线（WTB）或者以太网列车总线（ETB）,编组网络可以是多功能车辆总线（MVB）、CANopen总线或者以太网编组总线（ECN）。

随着城市轨道交通的迅猛发展，TCN网络控制的应用百花齐放，例如上海、深圳地铁部分庞巴迪车系采用”WTB列车总线MMVB车辆总线”的两层网络结构，广州、武汉地铁部分西门子车系采用”MVB列车总线+ MVB车辆总线”的网络结构，北京大兴机场线采用国产“以太网+M V B”列车总线双重冗余网络结构。

基于TCN的地铁列车控制方案的研究地铁列车控制是地铁系统中非常关键的一个环节，直接关系到运行的安全、效率和舒适性。

近年来，随着人们对地铁的需求不断增长，对地铁列车控制方案的要求也越来越高。

传统的地铁列车控制方案存在一些问题，如反应速度慢、误差大等。

为了解决这些问题，一种基于时序卷积网络（TCN）的新型地铁列车控制方案被提出，并得到了广泛的研究。

TCN，又称为Temporal Convolutional Network，是一种用于处理时序数据的神经网络模型。

与传统的循环神经网络（RNN）相比，TCN具有并行计算的能力，可以在保持较高精度的情况下大幅提高计算效率。

因此，TCN被引入到地铁列车控制中，以提高控制的实时性和精度。

首先，基于TCN的地铁列车控制方案可以提高列车的运行安全性。

通过TCN对列车的各项参数进行实时监测和预测，可以及时发现异常情况，并采取相应的控制措施。

例如，当列车在行驶过程中出现紧急制动的需求时，TCN可以实时控制制动系统，使列车能够尽快停下来，从而避免事故的发生。

其次，基于TCN的地铁列车控制方案可以提高列车的运行效率。

传统的列车控制方案通常是基于事先设定的规则进行控制，而这种规则往往不能适应不同情况下的变化。

通过使用TCN，可以对列车的运行状态进行实时监测，并根据当前情况调整列车的运行速度和频率。

这样，可以保证列车的正常运行，同时最大程度地减少运行时间和能耗。

最后，基于TCN的地铁列车控制方案还可以提高列车的乘坐舒适性。

列车的加速、减速和转弯等操作往往会给乘客带来不适感，尤其是在高峰期或急刹车的情况下更为明显。

通过使用TCN，可以对列车的运行状态进行实时监测，并根据乘客的感知度调整列车的运行方式，尽量减少不适感。

综上所述，基于TCN的地铁列车控制方案具有许多优势，可以提高列车的运行安全性、运行效率和乘坐舒适性。

然而，目前这一方案还存在一些挑战，如如何构建合适的TCN网络结构、如何收集和处理实时的列车参数数据等。

关于网络开门控制与硬线开门控制的分析一、网络开关门控制原理地铁列车客室侧门的网络开门功能就是将列车的开关门命令转化成网络开关门命令，并利用现有客室侧门网络（MVB+RS485或MVB+CAN ），将命令传送至整侧的所有门控器，以控制车门开关的一项功能。

控制示意图见图1。

列车的开关门命令有两路传输通道，一是硬线传输通道，通过硬线传输至门控器；另一个是网络传输通道，通过列车的MVB 数据总线与传输至每节车的主门控器，再分别由每节车的主门控器通过RS485线传输至从门控器。

这样每个门控器同时收到硬线开关门信号和网络开关门信号，门控器即可优先执行硬线开关门信号也可优先执行网络开关门信号。

具体优先执行哪个开关门信号，可通过修改门控器软件确定。

图1 客室侧门网络及硬线控制示意图二、深圳地铁现有网络开关门功能概述深圳地铁网络开门功能最早在环中线地铁列车上使用，也将MDCU MDCU LDCU LDCU LDCU LDCURS485线/CAN 开门硬线 开门硬线 MVB 数据总线 RS485线/CAN RS485线/CAN MVB 数据总线 列车网络 列车开门硬线 *2个 *2个在罗宝线续建26列车项目中进行改造。

今后在后续增购车项目及三期工程项目的列车也都将会应用。

目前深圳地铁各线现有的网络开门控制方式有两种，具体如下：（一）网络控制与硬线控制手动选择图2 环中线门控切换原理图此种形式应用在深圳地铁环中线列车上。

司机室设备柜设臵一个两位自锁门控切换开关，操作人员可以旋转开关至想要的开门控制模式（分位为硬线控制模式或合位为网络控制模式）进行开关门操作。

原理图详见图2。

DE模块=41-A101.03时时监控门控模式的状态，当门控模式变化时，通过列车网络向每个门控器发送当前采用的门控模式指令（如网络控制指令），门控器受到指令后则执行当前门控模式（若是网络控制指令，则只执行网络开关门命令，不执行硬线开关门命令）。

在正线运营过程中，门控切换开关要求在分位，即开门功能模式为硬线控制模式，当硬线开门出现异常时，操作切换开关至合位，即选择网络控制模式。

地铁列车的实时通信网络浅析摘要：随着我国交通事业的蓬勃发展，列车在运行期间出现的问题也越来越明显，各种对于列车安全保障的技术也在不断创新，列车实时通信网络承载的信息也日渐丰富，不仅包括了服务类、控车类等，还包括了车辆安全监测类的信息，参与列车网络设备和措施的不断增加也让通过列车网络进行传输的信息有所提升。

目前我国列车的实时通信网络是以太网作为载体的，因此以太网的不断发展为列车网络的更新提供了高速、灵活的优势，并且在多种业务的开辟上创造了条件。

文章将会对我国目前地铁列车的实时通信网络情况进行分析，为工业以太网的未来发展提供合理化建议。

关键词：地铁列车网络；工业以太网；实时通信；信息化技术的深入以及科学技术的创新改革，为我国列车朝着智能化、舒适化、可靠化的发展打下了基础，并且也为其向着更高效的运行状态提出了全新的要求。

在开展下一代地铁列车实时通信网络的过程中，需要对目前所应用的技术进行整合和分析，如列车控制系统、列车广播系统、列车监控系统以及列车乘客信息显示系统等等，这些都是列车在运行过程中必须完成的项目，也是保障地铁列车车辆安全和稳定的前提。

当下我国地铁列车使用的实时通信网络为TCN，在对新时代下的大数据处理上已经略显不足，特别是现在对于信息的速度和效率的要求也越来越高，这就导致必须找到更加符合时代发展的地铁列车实时通信网络。

工业以太网是一种具备高速传输效率、便于组网、成本较低等优势的计算机局域网技术，可以为今后的地铁列车实时通信网络提供更好的发展空间。

一、传统地铁列车实时通信网络的情况分析改革开放之后，我国的各项事业都取得了很好的成就，高速铁路的建设以及城市交通建设等工程项目的快速发展，不仅为城市之间和城市内部的交通提供了更加便利的条件，还让人们在出行的过程中有了更舒适和更安全的体验，信息技术的发展也让地铁列车在稳定运行的同时有了更多的智能化内容，进而也推动了我国对于列车实时通信网络的生产与研发。

中国航班 CHINA FLIGHTS196CHINA UNICOM联通中国1列车网络控制系统构建TCMS 框架网络采用总线拓扑结构，如图1所示，由两级网络组成：（1）车辆级总线：基于MVB 总线，通讯协议是MVB 协议，连接TCMS 与受控列车子系统电子设备，进行VCU 与列车子系统之间的数据传输。

（2）列车级总线：列车重联时，通过WTB 总线在相同的MVB 网络之间通讯，列车的网关控制器负责MVB 协议与WTB城轨地铁车辆网络控制系统的发展现状及前景研究张晓雨（中车大连机车车辆有限公司）协议之间的转换。

下面对列车网络控制系统主要设备及其功能进行介绍：（1）车辆控制单元（VCU）：作为MVB 总线和TCMS 的主控制器，VCU 管理MVB 总线，负责TCMS 的控制、监视、故障诊断、数据记录功能。

列车以冗余热备的形式配置两台VCU。

（2）WTB/MVB 网关控制器（GW）：负责WTB 总线协议与MVB 协议之间变换。

使两列重联车组TCMS 之间能够进行数据交换。

每列车配置一台网关控制器。

（3）人机界面（HMI）：是驾驶司机与TCMS 之间的可视化界面。

显示列车运行状态和故障信息，以帮助司机驾驶列车。

（4）远程输入/输出模块（RIOM）：从列车线环路和列车子系统获取硬线信号，将VCU 指令传输给列车子系统。

列车的每个车辆单元配置一台RIOM。

（5）以太网（Ethernet）：用于VCU 和HMI 间的数据交换，通讯协议是ModbusoverTCP/IP。

摘要：现代化的城轨车辆网络是一个涉及内容较多、安全度和精确度要求较高的复杂大系统网络，而列车网络控制系统作为支撑该网络高效运行和平稳发展的最重要构成部分，对整个城轨地铁车辆网络的安全稳定和高效运行起着不可忽视的决定性作用。

本文在探究城市轨道地铁车辆网络控制系统发展情况的基础上，对车辆网络控制系统未来前景进行探讨。

关键词：城轨地铁车辆；列车网络控制系统现状；发展前景CHINA FLIGHTS 中国航班197CHINA UNICOM联通中国2列车网络控制系统的用途管理和调度列车子系统完成列车运行控制，对列车子系统以及列车全部运行过程进行监视、故障诊断、数据记录，通过人机界面进行显示。

城市轨道交通信号系统ATC、ATS、ATO、ATP介绍城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。

城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统（Automatic Train Control，简称ATC）组成，ATC系统包括三个子系统：—列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，简称ATS）—列车自动防护子系统（Automatic Train Protection，简称ATP）—列车自动运行系统（Automatic Train Operation，简称ATO）三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

一、列车自动控制系统（ATC）分类1、按闭塞布点方式：可分为固定式和移动式。

固定闭塞方式中按控制方式，又可分为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲线式）。

2、按机车信号传输方式：可分为连续式和点式。

3、按各系统设备所处地域可分为：控制中心子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统、车场子系统。

二、固定闭塞ATC系统固定闭塞ATC系统是指基于传统轨道电路的自动闭塞方式，闭塞分区按线路条件经牵引计算来确定，一旦划定将固定不变。

列车以闭塞分区为最小行车间隔，ATC系统根据这一特点实现行车指挥和列车运行的自动控制。

固定闭塞ATC系统又可分为速度码模式和目标距离码模式。

1、速度码模式（台阶式）如北京地铁和上海地铁1号线分别引进的英国西屋公司和美国GRS公司的ATC系统均属此类ATC系统，该系统属70～80年代的产品，技术成熟、造价较低，但因闭塞分区长度的设计受限于最不利线路条件和最低列车性能，不利于提高线路运输效率。

固定闭塞速度码模式ATC是基于普通音频轨道电路，轨道电路传输信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，从控制方式可分成入口控制和出口控制两种，从轨道电路类型划分可分为有绝缘和无绝缘轨道电路两种。

网络监控系统在地铁中的应用摘要：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。