城市軌道交通車輛電氣控制 課件 項目6 城市軌道交通車輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制

列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)目錄列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概述13多功能車輛總線2絞線式列車總線學(xué)習(xí)目標(biāo)了解列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的內(nèi)容。掌握列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)。掌握MVB、WTB總線的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。

列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概述01TCN的標(biāo)準(zhǔn)化制定1988年，以制定應(yīng)用于鐵道車輛、能使鐵道車輛相互聯(lián)掛的開放性通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為目的，WG22成立。1992年6月，TC9/WG22制定出委員會草案，并向各國征求列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN草案的意見稿。1999年，經(jīng)過多年的努力，WG22在Siemens和Adtranz公司原有技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，共同開發(fā)出了一套新標(biāo)準(zhǔn)，即IEC61375-1TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)。2003年，IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)通過后，TC9成立專門的工作組TAHG（TrainCommunicationNetworkADHocGroup），致力于研究TCN的改進(jìn)與發(fā)展。2007年4月對IEC61375-1再次進(jìn)行了修訂完善，發(fā)布了第2版，同時也發(fā)布了IEC61375-2列車通信網(wǎng)絡(luò)一致性測試標(biāo)準(zhǔn)文件。TCN的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)章節(jié)標(biāo)題主要內(nèi)容1總則TCN網(wǎng)絡(luò)總述2實時協(xié)議實時協(xié)議通信規(guī)范3多功能車輛總線車輛總線相關(guān)規(guī)程4絞線式列車總線列車總線相關(guān)規(guī)程造成人身傷害5列車網(wǎng)絡(luò)管理列車網(wǎng)絡(luò)管理相關(guān)服務(wù)影響車站運(yùn)營附錄ATCN結(jié)構(gòu)導(dǎo)引TCN標(biāo)準(zhǔn)資料性導(dǎo)引附錄B一致性測試導(dǎo)則TCN設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)一致性測試導(dǎo)則表6-1IEC613751標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容TCN標(biāo)準(zhǔn)對列車通信網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、列車網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、連接車輛網(wǎng)關(guān)設(shè)備的列車級總線和連接車廂內(nèi)各設(shè)備的車輛級總線等進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)定。1999年制定的IEC61375-1TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容如表6-1所示。TCN的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)序號標(biāo)題主要內(nèi)容61375-1TCN體系結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)概述；2.列車網(wǎng)絡(luò)；3.車輛網(wǎng)絡(luò)；4.主要接口；5.網(wǎng)絡(luò)使用實例；6.實現(xiàn)舉例61375-2列車網(wǎng)絡(luò)-61375-2-1絞線式列車總線WTB1.概述；2.物理層；3.數(shù)據(jù)鏈路層；4.實時協(xié)議；5.應(yīng)用層；6.網(wǎng)絡(luò)管理；附錄AWTB指南；附錄B一致性測試指南61375-2-2WTB一致性測試現(xiàn)行IEC61375-2標(biāo)準(zhǔn)中WTB規(guī)范部分61375-2-3UIC通信規(guī)范UIC556中通信規(guī)范部分61375-2-4UC應(yīng)用規(guī)范UIC556中應(yīng)用規(guī)范部分61375-2-5基于以太網(wǎng)的列車網(wǎng)絡(luò)基于IEEE802.3以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的ISOOST1-4層161375-3車輛網(wǎng)絡(luò)-61375-3-1MVB1.概述；2.物理層；3.數(shù)據(jù)鏈路層61375-3-2MVB一致性測試現(xiàn)行IEC61375-2標(biāo)準(zhǔn)中MVB規(guī)范部分61375-3-3CANopen引用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、與WTB的連接模型和適應(yīng)性陳述61375-3-4T-Ethernet（基于以太網(wǎng)的車輛總線）引用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、與WTB的連接模型和適應(yīng)性陳述61375-3-5WorldFIP引用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、與WTB的連接模型和適應(yīng)性陳述61375-3-6LonWorks引用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、與WTB的連接模型和適應(yīng)性陳述61375-3-7TMN（列車信息管理網(wǎng)絡(luò)）1.概述；2.物理層；3.數(shù)據(jù)鏈路層；4.與WTB的連接模型和適應(yīng)性陳述表6-22007版TCN標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容2007版的新標(biāo)準(zhǔn)主要補(bǔ)充了原標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)所缺少的網(wǎng)關(guān)、過程數(shù)據(jù)排列（PDM）以及UIC556的通信和應(yīng)用規(guī)范，并引入了諸如WorldFIP，CANopen，LonWorks，TIMN等車輛總線規(guī)范。其結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容如表6-2所示。TCN的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)圖6-2列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖列車通信網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)是由兩條總線組成的三層結(jié)構(gòu)，兩條總線是指絞線式列車總線WTB（WireTrailBus）和多功能車輛總線MVB（MultifunctionVehicleBus）。列車總線WTB連接不同車輛（單元）中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（網(wǎng)關(guān)）；車輛總線MVB連接同一車廂或固定車組內(nèi)部多種可編程終端設(shè)備。列車總線和車輛總線是兩個獨立的通信子網(wǎng)，可采用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，兩者之間通過一個列車總線節(jié)點（網(wǎng)關(guān)）互連。TCN的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)分別是列車級控制、車輛級控制、設(shè)備級控制。列車級控制是指由列車總線所連接整列車的控制；車輛級控制是指由車輛總線所直連車廂內(nèi)設(shè)備的控制，設(shè)備級控制是指在車輛總線下擴(kuò)展的第3級總線，如連接傳感器的總線或連接執(zhí)行單元的控制總線，它們可作為車輛總線的設(shè)備連接到車輛總線上。01列車級控制03設(shè)備級控制02車輛級控制結(jié)構(gòu)TCN的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)每一列車在運(yùn)行中必須有且只能有一個控制總線上的節(jié)點，稱為控制節(jié)點。正常情況下以激活的司機(jī)室主節(jié)點為控制節(jié)點，稱為主控節(jié)點。主控節(jié)點管理列車總線的運(yùn)行，必要的時候主控節(jié)點可以切換。車輛總線的運(yùn)作由各車廂的節(jié)點來管理。TCN的應(yīng)用和發(fā)展（1）TCN在軌道交通中的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)的推廣形成以Siemens、Bombardier等大公司主導(dǎo)，日趨增多的第三方廣泛支持的局面，Siemens、Bombardier等公司推出了一系列符合TCN國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，諸如列車網(wǎng)絡(luò)專用芯片（MVBC01、MVBD、AMED）以及網(wǎng)絡(luò)實時協(xié)議（RTP）軟件等。此外，一些第三方公司（如Farsystem、Firema、EKE、Duagon、Unicontrol）等也相繼推出了TCN網(wǎng)關(guān)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，用戶可以選擇需要的網(wǎng)絡(luò)部件來集成、開發(fā)符合自己要求的TCN通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在研發(fā)方面，我國中車集團(tuán)等單位通過自主研發(fā)與技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合，目前也具有了提供TCN相關(guān)產(chǎn)品的能力。目前采用TCN方案的國家有德國、法國、英國、美國等，包括高速列車、擺式列車、城市軌道車輛。我國列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的形式繁多，但TCN技術(shù)應(yīng)用的比重很大。TCN的應(yīng)用和發(fā)展（2）TCN未來的發(fā)展趨勢列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟，也是當(dāng)代軌道車輛必然采用的核心技術(shù)之一。在TCN標(biāo)準(zhǔn)采納以后，世界范圍內(nèi)很多研究單位積極地設(shè)計了相應(yīng)的電路、仿真軟件和驗證工具，極大地推進(jìn)了TCN技術(shù)的發(fā)展。但是TCN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的核心部分仍由若干家大公司所壟斷，技術(shù)門檻較高也限制了它更大范圍的應(yīng)用。TCN并沒有完全滿足列車在所有場合的控制需要，它需要不斷的更新和發(fā)展。正是由于TCN網(wǎng)絡(luò)自身也存在的一些不足，所以不可能完全取代其他形式的控制網(wǎng)絡(luò)，完全滿足鐵路用戶的所有應(yīng)用需求。因此，在將來列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必然是多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢可能會是以TCN為主，在軌道車輛的高速動車組、地鐵車輛等高端市場應(yīng)用；其他各種形式的總線形式作為列車網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，在各種適用的場合找到應(yīng)用的空間。這些通用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在今后一段時間內(nèi)將和原有TCN網(wǎng)絡(luò)共同發(fā)展，取長補(bǔ)短并相互融合，形成有機(jī)的整體。

多功能車輛總線02MVB報文MSD-主起始分界符；F_code-F代碼；addr-地址參量；CHECKSUM-校驗序列；ED-終止分界符；SSD-從起始分界符；Data-數(shù)據(jù)圖6-3MVB報文幀結(jié)構(gòu)MVB報文是MVB總線通信時站點間一次性發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，由一個主幀及其相應(yīng)的從幀形成一個報文，報文幀結(jié)構(gòu)如圖6-3所示。主幀僅由總線主設(shè)備（簡稱總線主，總線管理器之一）發(fā)送，從幀由從設(shè)備響應(yīng)主幀發(fā)送。MVB報文主幀的長度固定為33位，包括9位主起始分界符、4位F代碼、12位的地址或參量和8位校驗序列。如圖6-4所示，起始分界符一般包括三個變形的曼徹斯特代碼（兩跳變間有1.5位元長），以便將它們與數(shù)據(jù)位序列區(qū)分開，主幀起始分界符和從幀起始分界符是不同的，以防止同步滑移。F代碼指明所期望的從幀類型和長度。校驗序列有八位，使用高完整性IEC60870-5-1算法。另外，曼徹斯特編碼也提供了附加的完整性，因為只有一個位元的兩半都反相才會得到一個出錯的位。主幀終止分界符標(biāo)志著主幀的結(jié)束，不占用位元長度，用一定的延時表示。在光纖或RS485傳送中，終止分界符簡單地把線路置為閑置狀態(tài)至少一位時間，以使線路返回空閑狀態(tài)。主幀發(fā)送時，所有從設(shè)備都對主幀譯碼，隨后被尋址的從設(shè)備回應(yīng)一個從幀，該從幀同時也被其他的從設(shè)備所接收。圖6-4幀分界符、曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)和校驗序列MVB報文從幀有五種可能的長度：33、49、81、145或273位，包括9位從起始分界符、5種長度的數(shù)據(jù)（分別16、32、64、128或256位）和8位校驗序列。MVB的數(shù)據(jù)編碼采用曼徹斯特編碼，它把數(shù)據(jù)和時鐘組合成一個信號。如圖6-4所示，“1”用位元中間負(fù)跳變傳送，“0”用位元中間正跳變傳送，同時位元之間的每一次跳變也表示一次時鐘定時，在64位以上的數(shù)據(jù)校驗序列中，每64位序列后有一個8位校驗序列。圖6-4幀分界符、曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)和校驗序列MVB報文MVB有3類報文，分別是過程數(shù)據(jù)報文、消息數(shù)據(jù)報文和監(jiān)視數(shù)據(jù)報文，由主幀中的4位F代碼來區(qū)分。MVB的過程數(shù)據(jù)是對含有F代碼為0～4及邏輯地址的主幀的響應(yīng)，過程數(shù)據(jù)報文結(jié)構(gòu)如圖6-5所示，過程數(shù)據(jù)幀由一個設(shè)備發(fā)送，所有其他設(shè)備接收。F=0-4邏輯地址過程數(shù)據(jù)4位12位16、32、64、128或256位時間主幀從幀圖6-5MVB過程數(shù)據(jù)報文MVB報文消息數(shù)據(jù)是對F代碼等于12并含有一個設(shè)備地址的主幀的響應(yīng)，報文長度固定為256位。消息數(shù)據(jù)包含有12位的目標(biāo)地址，所有設(shè)備都對目標(biāo)地址譯碼，但僅是被選擇的目標(biāo)設(shè)備才接收該幀，如圖6-6所示。F=12邏輯地址協(xié)議源設(shè)備長度4位12位256位消息數(shù)據(jù)時間主幀從幀模式目標(biāo)數(shù)據(jù)圖6-6MVB消息數(shù)據(jù)報文MVB報文監(jiān)視數(shù)據(jù)是對F代碼為8、9、13、14和15的主幀的響應(yīng)，其長度為16位，報文幀結(jié)構(gòu)如圖6-7所示。其中，F(xiàn)代碼＝15為讀設(shè)備狀態(tài)，總線主可以輪詢檢查各設(shè)備的狀態(tài)。F設(shè)備/組地址監(jiān)視數(shù)據(jù)4位12位16位時間主幀從幀圖6-7MVB監(jiān)視數(shù)據(jù)報文MVB介質(zhì)和介質(zhì)訪問（1）MVB物理層提供三種不同的傳輸介質(zhì)，傳輸速率均為1.5Mb/s。電氣短距離介質(zhì)（ESD），應(yīng)用于20m范圍以內(nèi)，這種介質(zhì)基于采用RS-485用于傳送的差動收發(fā)器，每段最多可支持32個設(shè)備。適用于封閉小室內(nèi)，因為在發(fā)送器和接收器之間無需電氣隔離。電氣中距離介質(zhì)（EMD），在200米范圍以內(nèi)應(yīng)用，多在閉式列車組中使用，MVB可以穿越幾節(jié)車廂，使用電氣中距離介質(zhì)，無需中繼器。該介質(zhì)每段最多支持32個設(shè)備，采用屏蔽雙絞線和變壓器作電氣隔離，允許使用標(biāo)準(zhǔn)的IEC1158-2變壓器和收發(fā)器。這種介質(zhì)也常用來連接運(yùn)行中經(jīng)常連掛和解連的車輛。光纖介質(zhì)（OGF），2000m范圍以內(nèi)均可采用光纖介質(zhì)，其具有抗高電磁噪聲性能，主要應(yīng)用到機(jī)車或動力車上。MVB介質(zhì)和介質(zhì)訪問（2）MVB介質(zhì)訪問控制采用主從方式，由唯一的主控制器以定時輪詢的方式發(fā)送主控幀?？偩€上其他設(shè)備均為從屬設(shè)備，需要根據(jù)收到的主控幀來回送從屬幀。MVB由專用主設(shè)備（總線管理器）進(jìn)行管理，總線管理器是唯一的主設(shè)。為增加可用性，可能有多個總線管理器，它們以令牌方式傳遞主設(shè)備控制權(quán)。在一個給定的時間點上，僅有一個管理器在總線上工作。對于多個偶發(fā)性響應(yīng)，主設(shè)備減少發(fā)送設(shè)備數(shù)量，直到其不發(fā)生沖突為止。根據(jù)通信網(wǎng)上所傳輸數(shù)據(jù)的性質(zhì)和實時性的要求，MVB傳送三種類型的數(shù)據(jù)：過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)和監(jiān)視數(shù)據(jù)。過程數(shù)據(jù)是那些短而緊迫、傳輸時間確定、有界、呈周期性的數(shù)據(jù)，如列車運(yùn)行的控制命令和運(yùn)行狀態(tài)信息；消息數(shù)據(jù)是那些非緊迫，但冗長且非周期的信息，如診斷信息、顯示信息和服務(wù)功能信息，而且可以消息數(shù)據(jù)根據(jù)需要分幀傳送；監(jiān)視數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)自身管理、維護(hù)和初始化時在通信網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)只有在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)或初始化時才傳遞，且傳遞時與其他兩種數(shù)據(jù)不發(fā)生沖突。因此在列車運(yùn)行時通信網(wǎng)絡(luò)上傳送的只有過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)用周期傳送和非周期傳送來區(qū)分。周期性和偶發(fā)性數(shù)據(jù)通信共享同一總線，但在各設(shè)備中被分別處理。周期性和偶發(fā)性數(shù)據(jù)發(fā)送由充當(dāng)主節(jié)點的一個設(shè)備控制，這就保證了確定性的介質(zhì)訪問。為此，主節(jié)點在基本周期中交替產(chǎn)生周期相和偶發(fā)相，如圖6-8所示。F源地址過程數(shù)據(jù)報文123456？周期相

偶發(fā)相

周期相基本周期/1-8ms主幀從幀

CSSSDCSFMSD下一個源地址

123456？時間MSD圖6-8數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷诟袷組VB容錯技術(shù)介質(zhì)冗余總線管理器冗余MVB采用介質(zhì)冗余和總線管理器冗余，從而提高系統(tǒng)的可靠性。MVB容錯技術(shù)（1）介質(zhì)冗余?？偩€控制器能在兩對線上發(fā)送，但只從一對線上接收，載波檢測邏輯持續(xù)監(jiān)視另一對線，檢查是否正常。電氣和光纖介質(zhì)可以全部備份，也可以部分備份。MVB容錯技術(shù)（2）總線管理器冗余。由于單一總線主可成為單點故障，總線主權(quán)需在幾個總線管理器間轉(zhuǎn)移，某一個時刻只有一個總線主。為提高可用性，總線主權(quán)可由兩個或更多的總線管理器共享，它們依次執(zhí)行總線主權(quán)。在故障的情況下，總線主權(quán)從一個總線管理器轉(zhuǎn)移到另一個總線管理器只需要幾毫秒。為實現(xiàn)冗余，每過幾秒總線主權(quán)按令牌幀轉(zhuǎn)移，所有總線管理器構(gòu)成邏輯環(huán)，令牌傳遞機(jī)制保證在某個時刻只能有一個總線管理器成為總線主。

絞線式列車總線03絞線式列車總線絞線式列車總線是列車通信網(wǎng)TCN的重要組成部分，是為互聯(lián)車輛而設(shè)計的串行數(shù)據(jù)總線，主要用來連接同一列車中不同車輛（或單元），實現(xiàn)整個列車的數(shù)據(jù)傳輸。WTB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皥笪臄U(kuò)展電纜端節(jié)點（1）WTB網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)WTB滿足國際鐵路聯(lián)盟UIC556的要求，它定義了由最多22個車廂組成的UIC列車的通信要求。WTB在屏蔽雙絞線上以1Mb/s的速度傳輸。在指定類型的線纜上，WTB最多連接32個節(jié)點，最大傳輸距離為860米。WTB總線由不同車廂攜帶的電纜段形成，如圖6-9所示。圖6-9WTB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖擴(kuò)展電纜端節(jié)點組成WTB總線的電纜段可以分為：沿車輛走的干線電纜（連貫的車輛只有一根干線電纜）；連接不同車輛干線電纜的跨接電纜；為到達(dá)各節(jié)點而對干線電纜進(jìn)行延伸的擴(kuò)展電纜。每節(jié)車廂中與WTB相連接的為節(jié)點（網(wǎng)關(guān)），節(jié)點可以直接或是通過擴(kuò)展電纜連到主干電纜上，因為電纜沒有抽頭，所以它沒有殘段（無端接電纜節(jié)），因而擴(kuò)展電纜的長度不受信號反射的限制。位于總線中間的節(jié)點稱中間節(jié)點，連接兩個與它連接的總線節(jié)，有被斷開的端接器；位于總線兩端的節(jié)點稱為端節(jié)點，端點需用與它連接的端接器來終止兩個總線節(jié)以減少反射。WTB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皥笪模?）WTB報文WTB報文由一個主幀和一個響應(yīng)發(fā)送的從幀組成，報文幀結(jié)構(gòu)如圖6-10所示。傳輸時總線主設(shè)備發(fā)出一個主幀，主幀以廣播方式傳輸?shù)綆讉€從設(shè)備中，從設(shè)備被選定后響應(yīng)一個從幀與主幀匹配。WTB幀的數(shù)據(jù)傳輸采用曼徹斯特信號的反相定義，即用位元中間的正跳變表示“1”；位元中間的負(fù)跳變表示“0”。所有的幀編碼相同，遵守HDLC（ISO/IEC309）標(biāo)準(zhǔn)。WTB的報文類型和MVB類似，此處不再贅述。圖6-10WTB報文幀結(jié)構(gòu)WTB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皥笪腤TB介質(zhì)和連接裝置WTB介質(zhì)連接各個車輛，具有較高的機(jī)械穩(wěn)定性，一般為具有屏蔽作用的雙絞線。介質(zhì)傳輸速度為1.0Mb/s，長度為860m。因每個車輛中可有一個以上的節(jié)點，所以設(shè)置最多可支持32個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。由于車輛的編組可根據(jù)實際需要進(jìn)行重新組編，連接電纜滿足在車輛的端部斷開。設(shè)置的電纜接頭有和全自動車鉤一體的自動電纜接頭，也有可手動插拔的電纜接頭。WTB介質(zhì)和連接裝置開式電纜段（兩端只連接一段，另一端懸掛備用）和并行電纜（兩端部連接好）都會引起電氣上的不連續(xù)，所以WTB電纜不能分裂連到兩個并行的連接器上，因此兩個跨接電纜應(yīng)連接不同的WTB總線，形成冗余布線，結(jié)構(gòu)如圖6-11所示。車輛車輛線_A

線_B

跨接電纜UIC

UIC

WTB節(jié)點

WTB節(jié)點

連接器線_A

線_B

主干電纜的橫截面積要求是0.75mm2，跨接電纜的橫截面積要求是1.34mm2，擴(kuò)展電纜的橫截面積一般不超過0.56mm2?？缃与娎|節(jié)都是由兩個導(dǎo)體、絞線式的、可屏蔽的、帶保護(hù)套的電纜段組成，兩導(dǎo)線每米至少應(yīng)絞12次。為了保障WTB總線信號傳輸?shù)目煽啃院筒煌瑧?yīng)用場合的需求，WTB總線屏蔽采用了兩種不同的方法：接地屏蔽和浮動屏蔽。接地屏蔽是指屏蔽層直接接地，需要注意的是，每個節(jié)點的屏蔽層都要直接連接到該節(jié)點的地，如圖6-12所示。浮動屏蔽是指屏蔽層通過一個RC回路連接到地，如圖6-13所示，在應(yīng)用這種方式的時候，參數(shù)一般選擇RS=47.0（1±5%）KΩ，并聯(lián)電容CS=100（1±10%）nF，750V。圖6-12WTB接地屏蔽示意圖圖6-13WTB浮動屏蔽示意圖WTB介質(zhì)和連接裝置WTB的介質(zhì)連接裝置用于將網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接到WTB上。WTB的介質(zhì)連接裝置有兩個收發(fā)器，用于前后兩個方向。收發(fā)器與線路電氣上用變壓器隔離，收發(fā)器與曼徹斯特編碼/譯碼器相連。每個收發(fā)器連在一個能發(fā)送和接收的通道上（或是主通道，或是輔助通道），兩個通道可以相同。WTB介質(zhì)和連接裝置圖6-14表示了一個端節(jié)點中的開關(guān)位置。當(dāng)總線開關(guān)打開時它不連總線節(jié)，端接開關(guān)閉合時插入端接器，方向開關(guān)將主通道連到一個方向，并將輔助通道連到另一個方向。在列車中間的中間節(jié)點連接總線節(jié)點，端接器解連，它只使用主通道，而斷開輔助通道。為克服車輛之間連接器觸點的氧化或晶須，可選用加電清除電路，在總線上疊加直流電流對連接器觸點進(jìn)行電清除。方向_1方向_2總線開關(guān)端接器端接器端接開關(guān)變壓器收發(fā)器+-+-編碼器

譯碼器編碼器

譯碼器主通道

輔助通道方向開關(guān)通道_1通道_2曼徹斯特編碼/譯碼器圖6-14WTB的介質(zhì)連接裝置WTB介質(zhì)和連接裝置WTB初運(yùn)行和容錯（1）當(dāng)列車組成改變時，特別是每次車輛連掛或解連時，總線主要重新組態(tài)總線，這個過程稱為初運(yùn)行。在初運(yùn)行過程中，節(jié)點和電纜段從電氣上連接起來，形成一條兩端都有終端連接器的單總線，新組進(jìn)來的設(shè)備會被主設(shè)備重新命名編號。WTB初運(yùn)行和容錯（2）與MVB總線一樣，WTB為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用介質(zhì)備份和總線主冗余。介質(zhì)備份總線主冗余圖6-15表示了介質(zhì)備份。WTB支持介質(zhì)備份方案，即電纜備份，但節(jié)點不冗余。節(jié)點總是在兩路總線上發(fā)送，每個節(jié)點只從一路總線上接收，但監(jiān)視另一路總線檢測它是否在持續(xù)工作WTB初運(yùn)行和容錯線路單元A線路單元B

編碼/譯碼器編碼/譯碼器編碼/譯碼器編碼/譯碼器線路A線路B

主通道輔助通道A1A2B2B1圖6-15介質(zhì)備份的WTB介質(zhì)連接裝置WTB初運(yùn)行和容錯圖6-16表示了總線主冗余。多總線主冗余結(jié)構(gòu)可保證在一個單一設(shè)備故障時不會妨礙其他設(shè)備工作。待機(jī)總線主方案允許在初運(yùn)行后指定一個新的總線主，但是每個節(jié)點都監(jiān)視端節(jié)點的存在來監(jiān)視總線活動，如果沒有活動則認(rèn)為總線主已丟失或線路被中斷，經(jīng)過一定延時后，待機(jī)節(jié)點成為總線主并開始對其他節(jié)點命名，總線在短時內(nèi)回到工作狀態(tài)。線路單元A線路單元B

轉(zhuǎn)換邏輯線路A線路B激活總線主A1A2

A1A2B1B2B1B2線路單元A線路單元B待機(jī)總線主圖6-16總線主冗余第四部分總結(jié)04WTB和MVB的異同點對比WTB和MVB的環(huán)境對硬件的性能要求總結(jié)結(jié)束！列車控制和管理系統(tǒng)目錄132TCMS系統(tǒng)組成介紹4TCMS系統(tǒng)功能及特點HMI界面及功能TCMS系統(tǒng)故障診斷顯示學(xué)習(xí)目標(biāo)了解列車控制和管理系統(tǒng)的架構(gòu)

了解列車控制和管理系統(tǒng)的設(shè)備掌握列車控制和管理系統(tǒng)的功能特點了解HMI界面及功能掌握列車監(jiān)測診斷及顯示功能

TCMS系統(tǒng)組成介紹01系統(tǒng)概述列車控制與管理系統(tǒng)顯示單元（DDU）主要用于在列車的運(yùn)行過程中顯示車輛狀態(tài)信息、故障信息和操作提示，同時完成行車數(shù)據(jù)記錄。司機(jī)通過參考顯示單元顯示的狀態(tài)及故障信息，進(jìn)行必要的安全操作，完成動車組、地鐵、機(jī)車車輛的運(yùn)行控制。另外，司機(jī)通過顯示單元也可以對車輛進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及功能測試。列車控制與監(jiān)視系統(tǒng)顯示單元是保證列車正常運(yùn)營的重要因素，對保證行車安全有著重要意義。系統(tǒng)概述WTB列車總線WTB列車總線MVB車輛總線MVB車輛總線MVB車輛總線MVB車輛總線MVB車輛總線MVB車輛總線CAN總線CAN總線列車硬線圖6-17列車控制和管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖VCMe:車輛控制模塊ATC:信號系統(tǒng)PIS:旅客信息系統(tǒng)GV:網(wǎng)關(guān)閥SIV:輔助供電系統(tǒng)ACVP:空調(diào)系統(tǒng)ERMe:事件記錄模塊VVVF:牽引系統(tǒng)MC:司機(jī)控制器SV:智能閥DIMe:數(shù)字量輸入模塊DXMe:數(shù)字量輸入輸出模塊MDCU:主門控單元DCU:門控單元REP:中繼器模塊HMI:顯示單元RCMe:RS485通信模塊AXMe:模擬量輸入輸出模塊系統(tǒng)概述圖6-17表示現(xiàn)階段使用最廣泛的列車控制與管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D。TCMS系統(tǒng)總線和多功能車輛總線組成，每節(jié)車廂的車輛總線采用一條總線連接車廂內(nèi)的各個設(shè)備。在六輛編組的列車中，中央控制單元（CCU）位于Tc車，兩個都是通信總線主設(shè)備，運(yùn)行中互為熱備份。系統(tǒng)概述TCMS系統(tǒng)與車輛各設(shè)備間釆用硬線連接或網(wǎng)絡(luò)通信；其中多數(shù)電氣控制設(shè)備與TCMS系統(tǒng)間采用硬線連接，連接接口為DIM、DOM、AIM等，具有總線通訊接口的設(shè)備，如牽引控制單元（TCU）、制動控制單元（BCU）、旅客控制系統(tǒng)（PIS）、采暖通風(fēng)和空調(diào)控制單元（HVAC）、信號控制系統(tǒng)（ATC）、門控制單元DCU等與TCMS之間直接通過網(wǎng)絡(luò)相連；其他具有RS485、CAN等其他總線的設(shè)備通過轉(zhuǎn)接模塊連接到系統(tǒng)。系統(tǒng)概述司機(jī)室人機(jī)界面（HMI）中央控制單元車輛數(shù)據(jù)及事件記錄器（ERM）遠(yuǎn)程輸入輸出模塊（RIOM）中繼器（RPT）系統(tǒng)組成設(shè)備系統(tǒng)組成設(shè)備

中央控制單元CCU作為TCMS的中央控制單元，管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有車輛運(yùn)行控制、監(jiān)視以及MVB總線通信調(diào)度功能。因此，每輛帶司機(jī)室的拖車（Tc）的司機(jī)室電氣柜中都有1臺CCU。在正常運(yùn)行情況下，其中1臺CCU為主控制設(shè)備，另1臺為備用設(shè)備，備用設(shè)備實時監(jiān)視主控制設(shè)備狀態(tài)；當(dāng)主控制設(shè)備出現(xiàn)故障時，備用設(shè)備將代替主控制設(shè)備行使中央控制單元的功能，以保障整個地鐵車輛網(wǎng)絡(luò)正常工作；2臺設(shè)備切換時間小于2s，不影響系統(tǒng)正常工作，不影響地鐵車輛正常運(yùn)營。系統(tǒng)組成設(shè)備

司機(jī)室人機(jī)界面（HMI）每輛Tc車司機(jī)臺上均安裝HMI，通過總線獲取車輛設(shè)備信息，實時顯示車輛參數(shù)、以及車輛故障信息，可供維護(hù)人員監(jiān)視及操作的人機(jī)接口，人機(jī)接口還可作為部分車輛參數(shù)的輸入接口，可以設(shè)置時間、車次、輪徑等參數(shù)。系統(tǒng)組成設(shè)備

車輛數(shù)據(jù)及事件記錄器（ERM）ERM是地鐵車輛信息采集和記錄的關(guān)鍵設(shè)備，位于司機(jī)室電氣柜中，以滾動存儲的方式保存數(shù)據(jù)（先進(jìn)先出的原則FIFO）。在正常情況下，2臺ERM同時工作，互為備份，記錄主CCU收發(fā)的重要數(shù)據(jù)以及MVB總線上的故障信息。系統(tǒng)組成設(shè)備

遠(yuǎn)程輸入輸出模塊（RIOM）RIOM安裝在每輛車的電氣控制柜內(nèi)。遠(yuǎn)程輸入輸出模塊完成地鐵車輛各種數(shù)字量信號采集、數(shù)字量開關(guān)信號輸出、模擬量信號采集等工作。其中，模擬量PWM、電壓、電流采集范圍可以根據(jù)外部負(fù)載的變化進(jìn)行配置，滿足車輛整體設(shè)計要求。RIOM數(shù)量可進(jìn)行靈活配置，在滿足車輛整體原理設(shè)計需求的基礎(chǔ)上，預(yù)留了部分設(shè)計余量，充分滿足后續(xù)功能擴(kuò)展的需求。系統(tǒng)組成設(shè)備

中繼器（RPT）中繼器是滿足IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，是冗余管理的MVB―EMD中繼設(shè)備，為地鐵車輛網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性提供了保障。中繼器可以通過接收到的數(shù)據(jù)幀識別數(shù)據(jù)傳輸方向，將數(shù)據(jù)幀從一個網(wǎng)段中繼傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)段。RPT的主要功能有：MVB信號再生及放大傳輸；偵測網(wǎng)絡(luò)上的信號沖突并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

TCMS系統(tǒng)功能及特點02系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系牽引系統(tǒng)控制功能空調(diào)系統(tǒng)控制功能煙火報警系統(tǒng)控制功能自動控制系統(tǒng)控制功能制動系統(tǒng)控制功能門控系統(tǒng)控制功能廣播系統(tǒng)控制功能

牽引系統(tǒng)控制功能TCMS實現(xiàn)的主要功能：1）牽引切除和重置功能，切除牽引和電制動；2）駕駛模式管理功能，和ATC—起定義列車幾種運(yùn)行模式；3）駕駛方向選擇功能，牽引制動命令產(chǎn)生功能；4）高速斷路器（HSCB）管理功能；5）故障和測試管理功能；6）時間同步管理，TCMS廣播參考時間，其他設(shè)備依次執(zhí)行時間同步功能；7）診斷功能，定義在顯示單元上顯示的狀態(tài)和默認(rèn)值；8）牽引變流器的控制和管理；9）車輛速度計算，速度校準(zhǔn)；10）牽引的狀態(tài)和故障記錄。系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系

制動系統(tǒng)控制功能TCMS系統(tǒng)具有制動控制功能。在制動系統(tǒng)中，TCMS通過向制動控制單元的網(wǎng)關(guān)閥（GatewayValve）傳輸指令信息，實現(xiàn)對整車制動系統(tǒng)的控制。TCMS實現(xiàn)的主要功能：緊急制動監(jiān)測；停放制動的緩解；制動力參考值和制動力測試；BCU設(shè)備的時間同步管理；診斷功能，定義在顯示單元上顯示的狀態(tài)和默認(rèn)值；實際制動力的監(jiān)視和自檢。系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系

廣播系統(tǒng)控制功能TCMS系統(tǒng)具有對列車廣播系統(tǒng)（PA）控制的功能。Tc車各有一個PA控制器，一個為主機(jī)，一個為從機(jī)。Tc車的PA控制器通過通信連接到TCMS上。TCMS實現(xiàn)的主要功能：監(jiān)測主PA系統(tǒng)；預(yù)報站，設(shè)置起始站和終點站；乘客緊急手柄監(jiān)測；乘客緊急報警呼叫監(jiān)測；PA設(shè)備時鐘同步；診斷功能，定義在顯示單元上顯示的狀態(tài)和默認(rèn)值。系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系

自動控制系統(tǒng)控制功能TCMS系統(tǒng)具有對列車自動控制系統(tǒng)（ATC）的監(jiān)控功能。Tc車各有一個ATC系統(tǒng)的控制器，一個為主ATC控制器，一個為從ATC控制器。ATC系統(tǒng)控制器通過車輛總線將故障信息和狀態(tài)信息傳遞給中央控制單元和人機(jī)接口單元。TCMS實現(xiàn)的主要功能：運(yùn)行模式管理；時間同步管理；站點信息管理；診斷功能，定義在顯示單元上顯示的狀態(tài)和默認(rèn)值。系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系

煙火報警系統(tǒng)控制功能TCMS系統(tǒng)具有對煙火報警系統(tǒng)（FAS）控制的功能。Tc車各有一個FAS控制器，一個為主機(jī)，一個為從機(jī)。煙火報警系統(tǒng)主機(jī)、從機(jī)以及探測器之間均通過內(nèi)部總線的方式組成火災(zāi)報警控制系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)。TCMS實現(xiàn)的主要功能：火災(zāi)報警警告；判斷火災(zāi)報警系統(tǒng)主機(jī)；監(jiān)視火災(zāi)探測器狀態(tài)；蜂鳴器消音。系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系

門控系統(tǒng)控制功能TCMS系統(tǒng)具有對門控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。各車均有兩個EDCU具備網(wǎng)絡(luò)接口與TCMS系統(tǒng)通訊，其中一個為主門控器，另一個作為從門控器，當(dāng)主門控器與TCMS系統(tǒng)通訊失敗時，從門控器將接管主門控器的功能。與此同時，門控系統(tǒng)的狀態(tài)信息通過門控器傳送給列車TCMS，用于顯示以及故障記錄功能。系統(tǒng)與列車子系統(tǒng)聯(lián)系

空調(diào)系統(tǒng)控制功能TCMS系統(tǒng)具有對空調(diào)系統(tǒng)的控制功能。各車配有一個空調(diào)控制器（PLC控制器），同時控制兩臺空調(diào)機(jī)組，空調(diào)控制器通過通信接口連接到TCMS總線上。系統(tǒng)的特點使用獨特的控制與管理系統(tǒng)可以簡化列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）。列車構(gòu)架變得更加高效，能夠節(jié)約開發(fā)和維護(hù)成本。另外，集中化的TCMS用于自動化列車運(yùn)行和子系統(tǒng)診斷，能增加可靠性并加快反應(yīng)時間，有如下幾個特點：系統(tǒng)的特點（1）高效的集成TCMS的核心是TCMS列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）。TCN構(gòu)架允許在全列車范圍內(nèi)的信息交換。通過一個或一些通用網(wǎng)絡(luò)將所有的列車子系統(tǒng)連在一起，實現(xiàn)集中化的控制。實際應(yīng)用中，TCN由列車計算機(jī)組成，通常被稱為網(wǎng)關(guān)，彼此相連同時連接各個列車子系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)支持多接口技術(shù)，包括WTB、MVB、CAN、串行鏈路和以太網(wǎng)，以及輸入/輸出接口模塊（模擬輸入、高速模擬輸入、數(shù)字輸入/輸出、數(shù)字繼電輸出、模擬輸出、Pt-100溫度傳感器輸入），還有可用的遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊（RIOM）。系統(tǒng)的特點（2）列車自動化TCMS可用于自動化列車子系統(tǒng)。在大多數(shù)現(xiàn)代列車上，車載子系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于安全性（速度、制動、故障等）和運(yùn)行目的（系統(tǒng)狀態(tài)、能耗、視頻記錄等）十分重要。TCMS可以搜集并分析這些數(shù)據(jù)，還能發(fā)送邏輯命令和警告。這些信息可以在子系統(tǒng)之間自動交換，也可以實時地傳送給列車司機(jī)、列車長、遠(yuǎn)程人員甚至乘客。系統(tǒng)的特點（3）更多的控制權(quán)TCMS是建立在開源軟件平臺（Linux）上的強(qiáng)大且高靈活性的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以自由開發(fā)用戶需要的應(yīng)用程序，也可以集成第三方硬件和軟件到平臺?？梢允褂肐SaGRAFPLC軟件或C語言開發(fā)應(yīng)用程序和修改配置，用戶具有更多的控制權(quán)。系統(tǒng)的特點（4）質(zhì)量和可靠性出眾的質(zhì)量和高的可靠性，最小化維護(hù)需求并最大化列車可用性，降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本，廣泛的應(yīng)用于高速列車、城際列車、有軌電車、輕軌和地鐵列車上。

HMI界面及功能03HMI顯示界面分別面對司機(jī)和維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)置，故障項目、故障代碼和故障等級將顯示在司機(jī)室顯示屏HMI上，并發(fā)出報警提醒司機(jī)注意，HMI界面如圖6-18所示，界面按鍵功能釋義如圖6-19所示。列車故障和事件信息儲存到事件記錄儀ERMe中，同時通過通信系統(tǒng)的PIS/CCTV無線通道向控制中心OCC的主控系統(tǒng)傳送，實現(xiàn)車地?zé)o線通信功能。HMI界面及功能HMI界面及功能圖6-18HMI界面外觀圖HMI界面及功能圖標(biāo)釋義圖標(biāo)釋義顯示器最高溫度關(guān)閉背光燈背光調(diào)節(jié)晝夜切換音量調(diào)節(jié)事件查詢信息查詢幫助取消上下左右確認(rèn)0~9數(shù)字鍵感光6-19HMI界面按鈕功能釋義圖HMI界面及功能6-20HMI導(dǎo)航界面HMI界面及功能圖6-20表示了HMI導(dǎo)航界面。該人機(jī)交互界面中分為A、B、C、D四個區(qū)，分別是基本信息區(qū)、列車運(yùn)行顯示區(qū)、故障和模式顯示區(qū)和界面切換區(qū)。HMI界面及功能基本信息區(qū)包括編組信息、當(dāng)前日期、當(dāng)前時間、下一站、終點站、實時網(wǎng)壓值和當(dāng)前車輛運(yùn)行速度等信息。HMI界面及功能列車運(yùn)行顯示區(qū)包括列車編組、列車號、列車運(yùn)行方向、牽引/輔助狀態(tài)、受電弓狀態(tài)、制動相關(guān)狀態(tài)、級位顯示區(qū)、乘客報警系統(tǒng)、門和空調(diào)等信息。例如在運(yùn)行主界面按下“站點設(shè)置”進(jìn)入到站點設(shè)置界面，然后在站點菜單中對始發(fā)站、下一站和終點站均設(shè)置完成后，點擊設(shè)定按鈕完成站點設(shè)置。HMI界面及功能故障和模式顯示區(qū)第一行顯示故障等級、故障內(nèi)容和故障代碼，故障和模式顯示區(qū)第二行顯示列車運(yùn)行模式、級位、限速值和緊急制動施加狀態(tài)顯示。HMI界面及功能界面切換區(qū)中，HMI硬件上電后默認(rèn)進(jìn)入到司機(jī)操作界面“運(yùn)行界面”，通過按壓界面切換區(qū)的軟按鈕進(jìn)入到相應(yīng)的各個功能模塊區(qū)域，包括運(yùn)行狀態(tài)、車輛狀態(tài)、空調(diào)、時間、通訊狀態(tài)、檢修等導(dǎo)航窗口。例如點擊模式切換區(qū)的軟按鈕“車輛狀態(tài)”進(jìn)入到車輛狀態(tài)界面，顯示此時車輛基本信息。

TCMS系統(tǒng)故障診斷顯示04系統(tǒng)故障等級所有子系統(tǒng)通過MVB總線或者以太網(wǎng)（針對不具備MVB接口的子系統(tǒng)）將評估分級的故障傳送至列車中央控制單元CCU。CCU收集子系統(tǒng)分級故障進(jìn)行整車故障評估，評估后的故障（1，2，3級故障）將在HMI界面進(jìn)行顯示。關(guān)鍵的子系統(tǒng)狀態(tài)和故障將通過ATC上傳至OCC，所有車載HMI的故障消息通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（FSCADA）上傳至OCC；另一方面，子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)將詳細(xì)故障存儲在診斷存儲單元（NAS）。車載診斷功能實現(xiàn)的框圖如圖6-21所示。系統(tǒng)故障等級一個故障發(fā)生時，診斷系統(tǒng)輸出故障內(nèi)容及故障的等級到顯示器上，并對所有故障都有聲光信息顯示給駕駛員。故障等級分為子部件故障等級和列車故障等級，它是根據(jù)故障對系統(tǒng)功能或列車的運(yùn)行安全的影響程度來定義的，列車故障等級可作為駕駛員處理故障列車的指導(dǎo)。系統(tǒng)故障等級TCMSHMI車輛故障和狀態(tài)評估ATCOCCFSCADACMMSNAS緩存數(shù)據(jù)庫CCU子系統(tǒng)評估后分級的故障（MVB和以太網(wǎng)）1，2，3級故障（以太網(wǎng)）1級故障（MVB）1，2，3級故障（無線）1，2，3級故障及子系統(tǒng)詳細(xì)故障TCMS詳細(xì)診斷數(shù)據(jù)HMI圖6-21列車診斷概念圖1級：嚴(yán)重故障（火警、嚴(yán)重影響牽引制動相關(guān)的故障）；2級：非嚴(yán)重故障；3級：輕微故障/操作提示。OCC-運(yùn)行控制中心；

FSCADA-數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)；DOD-脫軌障礙物檢測；

CMMS-計算機(jī)維護(hù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)故障等級

子部件的故障等級1）3級故障即輕微故障，是指不影響子系統(tǒng)功能的故障，不影響列車運(yùn)營，只降低列車的舒適性。2）2級故障即中等故障，是指限制子系統(tǒng)功能的故障，需要列車在運(yùn)行至終點后回庫檢修。3）1級故障及嚴(yán)重故障，是指嚴(yán)重影響子系統(tǒng)功能的故障或子系統(tǒng)故障，會降低列車的操作性能，影響乘客乘坐安全，發(fā)生嚴(yán)重故障必須盡快停止運(yùn)營。系統(tǒng)故障等級并非所有的子系統(tǒng)都有三個故障等級，它取決于各個系統(tǒng)的故障類型。如DCU、EBCU有三個故障等級，即輕微故障（包括速度傳感器等檢測設(shè)備的故障）、中等故障（包括牽引參考值和負(fù)載信號丟失等故障）、嚴(yán)重故障（嚴(yán)重影響逆變器或氣制動單元的故障，如短路或過電流等）；DCU或EBCU會自動封鎖并定時自動檢測，如故障原因消除，系統(tǒng)功能可自動恢復(fù)。如DC/AC、DC/DC只有嚴(yán)重故障和中等故障兩個故障等級，中等故障是逆變器/變換器溫度過高的故障；嚴(yán)重故障是部件故障，逆變器/變換器自動封鎖。子系統(tǒng)故障在列車HMI屏可以查看到，相應(yīng)的故障用紅點指出，并對應(yīng)各自車輛編號。系統(tǒng)故障等級

列車級的故障等級1）3級列車故障，即發(fā)生的故障不影響列車功能，列車可繼續(xù)運(yùn)行直到服務(wù)結(jié)束，回庫后檢修。2）2級列車故障，即發(fā)生的故障限制列車功能的發(fā)揮，列車將在下一次到達(dá)車輛段時退出服務(wù)，列車最多可運(yùn)行一個來回。3）1級列車故障，即發(fā)生的故障嚴(yán)重影響列車的功能，列車必須在下站退出運(yùn)營。故障診斷和HMI顯示故障診斷系統(tǒng)對以下各系統(tǒng)進(jìn)行診斷：牽引控制單元TCU、氣制動電子控制單元EBCU、空調(diào)控制單元、輔助系統(tǒng)（包括DC/AC逆變器和DC/DC變換器）、車門、空氣壓縮機(jī)、診斷系統(tǒng)本身和DC110V控制電路。其中故障診斷系統(tǒng)從TCU得到的信號除故障信號外，還有空轉(zhuǎn)信號和一些模擬量的實際值，如網(wǎng)壓、牽引力和速度。DCI110V控制電路的信號主要有牽引方向、牽引/制動命令、運(yùn)行模式、高速斷路器狀態(tài)、受電弓狀態(tài)、主風(fēng)缸壓力狀態(tài)和半自動車鉤的連接等，這些信號主要是作為環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)的。故障診斷和HMI顯示“事件”是所有診斷機(jī)制的觸發(fā)源，一個事件可以是如下類型：子系統(tǒng)故障的發(fā)生，子系統(tǒng)故障的消失，重要信息的出現(xiàn)，重要信息的消失。當(dāng)一個觸發(fā)源出現(xiàn)時，列車信息中央故障存儲單元（CFSU）通過總線獲取、分類檢測并處理環(huán)境參數(shù)及時間標(biāo)準(zhǔn)，然后給出相應(yīng)的代碼傳輸?shù)搅熊嚳偩€主控端的顯示器中進(jìn)行故障列表顯示并存儲。故障診斷和HMI顯示圖6-22HMI運(yùn)行狀態(tài)故障診斷和HMI顯示圖6-23HMI的故障信息故障診斷和HMI顯示駕駛臺上的顯示器是故障診斷系統(tǒng)的人機(jī)界面，它以圖形或文字信息的方式將列車運(yùn)行狀態(tài)和故障信息提供給駕駛員，故障顯示時還伴有報警聲。顯示頁面可分成兩個等級：一個是駕駛模式，另一個是檢修模式，用密碼加以限制。駕駛模式下的屏幕顯示內(nèi)容主要是列車當(dāng)前的狀態(tài)和當(dāng)前的故障信息，圖6-22所示為人機(jī)交互界面的運(yùn)行狀態(tài)頁，在ATO模式下運(yùn)行時，顯示屏鎖定在這個屏幕下，每個頁面有固定的按鍵用來更改頁面，還有用于控制報站或輸人相關(guān)參數(shù)的按鍵運(yùn)行屏中包含下一站、終點站、網(wǎng)壓、實時速度、駕駛模式、門釋放信號圖標(biāo)、空壓機(jī)狀態(tài)、空調(diào)溫度等，這些信息由列車信息系統(tǒng)提供信號，顯示屏通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中采集的信息進(jìn)行顯示。檢修模式下的顯示內(nèi)容主要是列車發(fā)生的故障或信息的記錄，包括故障名稱、故障等級、發(fā)生和消失的時間等相關(guān)參數(shù)，如圖6-23所示的故障狀態(tài)屏，故障信息可以調(diào)出。故障診斷和HMI顯示結(jié)束！列車乘客信息系統(tǒng)目錄132PIS設(shè)備組成架構(gòu)4PIS系統(tǒng)功能系統(tǒng)檢測與參數(shù)設(shè)置PIS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢學(xué)習(xí)目標(biāo)了解乘客信息系統(tǒng)的組成架構(gòu)理解乘客信息系統(tǒng)的功能掌握乘客信息系統(tǒng)的操作方法

PIS設(shè)備組成架構(gòu)01概述城軌列車乘客信息系統(tǒng)（PIS）由列車廣播系統(tǒng)（PA）、媒體播放系統(tǒng)和車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)三個部分組成列車廣播系統(tǒng)列車廣播系統(tǒng)主要設(shè)備有司機(jī)室廣播主機(jī)、客室廣播分機(jī)、廣播控制盒、鵝頸話筒、乘客緊急報警裝置、揚(yáng)聲器、噪聲檢測器、動態(tài)地圖顯示單元、貫通道顯示屏等。列車廣播系統(tǒng)

司機(jī)室廣播主機(jī)和客室廣播分機(jī)圖6-27表示了司機(jī)室廣播主機(jī)，它是廣播系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要由工業(yè)級車載電源（PSU）、接口模塊（I/O）、中央控制模塊（PISC）、廣播音頻處理模塊（CAPU）及MVB通信接口模塊構(gòu)成。其完成廣播系統(tǒng)的通信控制、音頻處理以及車輛的接口；完成系統(tǒng)內(nèi)部故障的檢測及系統(tǒng)的自診斷功能。在客室內(nèi)部還有客室廣播分機(jī)（與司機(jī)室廣播主機(jī)結(jié)構(gòu)類似），一般安裝在每節(jié)車客室二位端左側(cè)電氣柜，廣播分機(jī)主要是將DC110V的直流電變換為各單元所需的DC24V和DC5V供電電源，對本節(jié)車廂內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行管理與通信，對廣播的音頻信號進(jìn)行放大，驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。列車廣播系統(tǒng)

鵝頸話筒與廣播控制盒在有蓄電池供電的情況下，列車廣播系統(tǒng)提供駕駛室間通話功能，列車的兩端駕駛室可以通話，駕駛室內(nèi)部的通信為全雙工通信，而且通話是專用通道，不會被客室聽到。當(dāng)一方想要建立通話時，按下司機(jī)室操縱面板上的按鈕，該按鈕的指示燈閃爍，被呼叫駕駛室對講按鈕指示燈也閃爍，當(dāng)對方確認(rèn)接通后，指示燈處于常亮狀態(tài)，線路接通進(jìn)入對講狀態(tài)。對講結(jié)束后，再次按下對講按鈕，指示燈熄滅，通話結(jié)束。鵝頸話筒列車廣播系統(tǒng)廣播控制盒如圖6-28（b）所示，用于司機(jī)對廣播系統(tǒng)的手動控制，包括預(yù)報站、到站廣播控制、緊急廣播控制等。面板上配有按鍵用來司機(jī)與司機(jī)通話、司機(jī)與乘客緊急報警通話、司機(jī)對乘客進(jìn)行口播等。列車廣播系統(tǒng)（b）廣播控制盒列車廣播系統(tǒng)揚(yáng)聲器和噪聲檢測器每個司機(jī)室安有2個揚(yáng)聲器，每節(jié)客室安有8個揚(yáng)聲器（Tc車7個），分別在各個車門旁的座位上方，兩路揚(yáng)聲器成對稱分布，每4個揚(yáng)聲器組成一個鏈路，當(dāng)一路揚(yáng)聲器出現(xiàn)故障時，另一路揚(yáng)聲器仍然可以繼續(xù)工作，從而保障了客室廣播的正常進(jìn)行，且客室內(nèi)的每個角落都能聽到廣播的內(nèi)容（a）揚(yáng)聲器列車廣播系統(tǒng)噪聲檢測器如圖6-29（b）所示，由噪聲采集器，放大器，電壓電流變換器構(gòu)成，通過實時采集客室內(nèi)噪聲并且回傳到客室噪聲控制系統(tǒng)中，噪聲控制系統(tǒng)處理后會對廣播輸出音量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。（b）噪聲檢測器列車廣播系統(tǒng)

乘客緊急報警裝置乘客緊急報警裝置（PECU）如圖6-30所示，安裝于客室內(nèi)部，用于車廂內(nèi)出現(xiàn)緊急情況時乘客向司機(jī)室緊急報告。可進(jìn)行乘客與司機(jī)之間的全雙工通話，同時向列車監(jiān)控系統(tǒng)提供報警。當(dāng)有多個報警發(fā)生時會自動處于排隊狀態(tài)，一個通話結(jié)束另一個通話會自動接入；當(dāng)乘客報警2分鐘后仍無應(yīng)答，本次報警自動結(jié)束。圖6-30乘客緊急報警裝置列車廣播系統(tǒng)LED動態(tài)地圖信息顯示屏采用雙色LED發(fā)光管設(shè)計，可以顯示3種顏色表示不同的信息，每個燈都可以作為一個站點。顯示方式：紅色表示已經(jīng)經(jīng)過的車站，綠色表示尚未到達(dá)的車站，橙色閃爍表示此時經(jīng)停的車站，出站后下一站的綠色閃爍表示即將到達(dá)的車站，其余站點燈以流水燈狀態(tài)顯示列車行進(jìn)方向圖6-31LED動態(tài)地圖信息顯示屏列車廣播系統(tǒng)

貫通道顯示屏客室兩端貫通道LED顯示屏如圖6-32所示，上部可顯示到站信息或者警示提示，信息多可采用滾動顯示，能中英文顯示到站站名、預(yù)報下一站站名及相關(guān)的運(yùn)營服務(wù)信息。圖6-32貫通道顯示屏車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）是集實時圖像、聲音、控制、報警于一體，通過網(wǎng)絡(luò)平臺將各車廂現(xiàn)場畫面進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運(yùn)用的綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺，視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示效果如圖6-33所示。車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備包括：媒體服務(wù)器、媒體網(wǎng)關(guān)、LCD觸摸屏、攝像機(jī)。車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)媒體服務(wù)器媒體服務(wù)器能夠接收媒體網(wǎng)關(guān)數(shù)字信號并通過監(jiān)控程序進(jìn)行軟解碼，進(jìn)行圖像實時顯示，視頻錄像的存儲，提供觸摸屏DC12V電源。車載CCTV系統(tǒng)媒體服務(wù)器如圖6-34所示。車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)

媒體網(wǎng)關(guān)媒體網(wǎng)關(guān)是CCTV系統(tǒng)中完成視頻數(shù)據(jù)采集、緊急圖像記錄和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑O(shè)備，也是LCD媒體播放系統(tǒng)中視音頻解碼及VGA信號分屏輸出的設(shè)備。該設(shè)備基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，由DC110V電源變換模塊、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)模塊、視頻編碼模塊、壓縮處理模塊、VGA信號解碼模塊和VGA分屏輸出模塊組成，具有很強(qiáng)的處理能力和較好的可擴(kuò)展性。圖6-35媒體網(wǎng)關(guān)車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)

LCD觸摸屏LCD觸摸屏如圖6-36所示。LCD面板內(nèi)置電阻式觸控面板，用于CCTV實時監(jiān)控，以視頻畫面的方式及時有效的反饋列車各車廂內(nèi)部情況，可用于實現(xiàn)視頻回放、下載、單畫面四畫面切換等功能操作。圖6-36LCD觸摸屏車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)

攝像機(jī)在列車每單元Mp車車頂安裝1個受電弓監(jiān)視攝像機(jī)，用于實時記錄受電弓的工作狀態(tài)。頭、尾車司機(jī)室各安裝1臺紅外彩色半球攝像機(jī)，每個客室安裝2個防爆半球形超低照度高分辨率彩色攝像機(jī)，客室攝像機(jī)焦距一般為8mm鏡頭，駕駛室攝像機(jī)焦距一般為2.5mm鏡頭，司機(jī)室攝像機(jī)視角一般為110度，客室攝像機(jī)視角一般為40度。安裝在不同位置的攝像機(jī)如圖6-37所示。（a）受電弓攝像機(jī)（b）客室攝像機(jī)（c）駕駛室攝像機(jī)圖6-37攝像機(jī)媒體播放系統(tǒng)媒體播放系統(tǒng)可實時播放新聞、廣告等多媒體信息，包括視頻、文字、圖形等，并與廣播系統(tǒng)通訊，播放線路運(yùn)營信息，地鐵媒體播放系統(tǒng)如圖6-38所示。媒體播放系統(tǒng)主要設(shè)備包括：媒體服務(wù)器、司機(jī)室交換機(jī)、分屏器、媒體網(wǎng)關(guān)和LCD顯示屏。圖6-38媒體播放系統(tǒng)媒體播放系統(tǒng)

媒體服務(wù)器媒體服務(wù)器可對多媒體信息進(jìn)行存儲、播放本地存儲的視頻節(jié)目、可通過從外部接口接收、更新相關(guān)多媒體信息。媒體廣播系統(tǒng)的媒體服務(wù)器與車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的媒體服務(wù)器類似，如圖6-34所示。媒體播放系統(tǒng)

司機(jī)室交換機(jī)在地鐵信號系統(tǒng)中，采用具有高性能、高可靠性的工業(yè)級交換機(jī)來組建骨干網(wǎng)。在列車級與車廂級之間選用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)連接100Mbps的以太網(wǎng)接口，這種方式可以提高整個系統(tǒng)的靈活性和便利性。司機(jī)室交換機(jī)如圖6-39所示。圖6-39司機(jī)室交換機(jī)媒體播放系統(tǒng)

分屏器分屏器可以在編解碼處理之后發(fā)送到3-4個LCD顯示器，分屏器內(nèi)部集成電源模塊及視頻分配模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)音/視頻信號的再現(xiàn)和持續(xù)傳輸，分屏器到LCD顯示屏采用平衡信號傳輸，音/視頻信號采用一根非屏蔽雙絞線就可以連接。分屏器如圖6-40所示。圖6-40分屏器媒體播放系統(tǒng)

媒體網(wǎng)關(guān)和LCD顯示屏媒體網(wǎng)關(guān)將流媒體信號進(jìn)行解碼處理，然后發(fā)送到兩側(cè)的分屏器。LCD顯示屏由單片機(jī)控制單元和顯示單元兩部分組成，車內(nèi)LCD顯示屏可按列車運(yùn)營要求設(shè)置列車運(yùn)行方向，并實時顯示當(dāng)前的站點，同時還能顯示目前車內(nèi)溫度，最大顯示字符數(shù)為16×16點陣字符8個。

PIS系統(tǒng)功能02列車廣播駕駛室對講駕駛員對乘客廣播乘客與駕駛員緊急通信無線電廣播數(shù)字自動廣播乘客信息顯示視頻監(jiān)控和處理

監(jiān)視功能司機(jī)室攝像機(jī)用于監(jiān)視司機(jī)駕駛臺和門旁開關(guān)門按鈕等區(qū)域；客室攝像機(jī)用于監(jiān)視客室治安狀況，還可覆蓋乘客緊急報警器、車門緊急解鎖以及電氣柜等區(qū)域；在觸摸屏上顯示的視頻可以是單攝像機(jī)畫面，也可是多攝像機(jī)的畫面（4畫面）。司機(jī)監(jiān)視可以選擇為自動循環(huán)監(jiān)視模式和人工監(jiān)視模式進(jìn)行畫面輪換。此外，每一列車的車載視頻監(jiān)視系統(tǒng)都能通地面PIS網(wǎng)絡(luò)把車上的監(jiān)視音/視頻實時地傳到控制中心?？刂浦行闹蛋鄦T可實時調(diào)看上傳的視頻監(jiān)視圖像，實現(xiàn)實時監(jiān)控。視頻監(jiān)控和處理

錄像功能媒體服務(wù)器接收到由媒體網(wǎng)關(guān)傳送的視頻數(shù)據(jù)后，需要將視頻圖像數(shù)據(jù)保存至本地存儲介質(zhì)，媒體服務(wù)器支持14路編碼音/視頻數(shù)據(jù)的同時存儲，同一列車上的