现代有轨电车网络控制系统设计与研究.docx

       现代有轨电车网络控制系统设计与研究                     摘要：本文基于多功能车辆总线MVB及Modbus总线进行了列车网络控制系统拓扑方案设计，针对车辆控制单元和人机接口单元软件功能架构进行了研究；融合旅客信息系统以太网，连接具备以太网接口的列车智能子系统，实现了列车控制系统无线调试功能关键词：列车网络控制系统；多功能车辆总线；无线调试TN915.852；U285.411. 引言随着欧洲率先研制并使用车体现代化、载客量大的铰接式有轨电车车型，开始修建半独立路权或独立路权的现代有轨电车线路[1]，国内也开始对有轨电车进行深入研究和研制，研究证明现代有轨电车运营速度可显著提高，车辆乘坐环境及安全可靠性明显改善[2]为国内解决城市交通拥堵、环境污染、能源短缺等日益突出的问题提供了思路，近些年来现代有轨电车项目在全国遍地开花也证明了其适用性，但伴随而来的对现代有轨电车智能化、维护效率等方面也提出了更高的要求TCMS是列车关键系统之一，用于控制和管理牵引、制动、辅助供电等智能子系统，对列车正常运行的有重要作用1. 系统方案列车网络控制和管理系统主要依托列车通信网络（TCN）控制架构，采用多功能车辆总线MVB[3]，其中VCU作为总线主，具备总线管理功能，控制网络中其他子系统为从设备；车辆控制单元（VCU）与人机接口单元（HMI）之间采用以太网通信，遵循Modbus TCP协议[4]，其中VCU为服务器，HMI为客户端，以带有独立块的Modbus数学模型为基础，通过相应功能码完成VCU与HMI之间的数据请求与响应。

1. 列车网络控制系统方案列车网络控制系统对各子系统采取监视、控制和管理三类策略其中，监视是指对子系统状态进行采集和判断；控制是需要向子系统发送相应指令，并要求子系统做出一定响应；管理是指在监控的基础上，对相应子系统的状态做出判断如图1所示，列车以太网网络按功能划分为以列车控制为主的VCU与HMI设备组成的控制以太网，以维护功能为主所有智能控制设备组成的维护以太网，以及旅客信息系统PIS内部以太网，为避免影响行车安全，通过头、尾车的三层交换机ESW将控制以太网划分为VLAN1，维护以太网和PIS以太网划分为VLAN2列车将所有具备以太网接口的设备接入维护以太网网络，统一分配IP地址，并根据无线协议通信标准IEEE 802 11.g，通过无线AP实现列车无线调试的功能，需要对以太网交换机进行环网冗余配置，对接入维护以太网的子系统进行带宽限制，各子系统仅可在PTU设备连接时才能使用维护以太网，列车运行时（或列车非维护状态）禁止向维护网络传输数据，以防止产生网络广播风暴，相互产生影响1. TCMS软件架构分析列车网络控制系统是一个涉及多个子系统的复杂综合系统，涉及列车各智能子系统的综合控制和管理，以及事件和故障记录，其控制软件的开发是整个控制系统的核心工作[7]，直接影响了TCMS以及列车的可靠性。

2.1车辆控制单元软件架构本文基于VxWorks操作系统，在OpenPCS开发环境下，采用ST语言，遵守模块化设计原则，根据通信协议配置总线管理文件及开端转换数据库，采用单线程操作系统处理方式，进行VCU控制功能开发；VCU 软件设计在50ms 内完成一次轮询，实现列车总线管理、控制和监视功能VCU软件与其他网络子系统实现信息交互、逻辑控制、状态监视、故障诊断等功能根据列车网络控制系统集成的不同子系统，将VCU软件进行功能划分VCU软件对接收的子系统的MVB数据信息（包括远程输入输出单元RIOM以及司机显示屏接口HMI）进行处理VCU经过逻辑处理后会输出相应的控制指令或者状态，按照一定的数据类型和标定规则反馈给其他子系统2. VCU软件与其他子系统交互信息2.2 人机接口单元软件架构人机接口单元HMI设计采用LCD电阻式触摸屏，基于Linux操作系统，在QT Creator开发环境，采用C++语言，遵循模块化设计原则，进行HMI控制和显示功能开发人机接口单元在界面层级上采用两级界面切换，方便司机及维护人员更快捷的查找目标信息，HMI界面结构详见下图3. 人机接口界面结构1. 结论本文针对列车网络控制系统方案，完成了车辆控制单元和人机接口单元功能架构设计；根据旅客信息系统以太网自身功能及特点，完成了以太网维护网络的搭建，连接了具备以太网接口的列车子系统，实现了列车控制系统无线调试功能。

本设计方案对提高列车模块化设计水平，且可维护性方便有显著作用参考文献1. 赵海燕.现代有轨电车在我国发展中的几点思考[J].铁道工程学报,2018(6):77-80.2. 吴其刚.现代有轨电车系统发展的重难点及对策研究[J] .铁道工程学报，2013(12):89-92.3. Electronic railway equipment-Train communication network (TCN) - Part 3-1: Multifunction Vehicle Bus (MVB) [S].2012.4. GB/Z 19582.1基于Modbus协议的自动化工业网络规范-第一部分：Modbus应用规范[S].2004.2 -全文完-。