动车组列车控制管理系统简述

摘要：介绍了动车组列车控制管理系统的基本构成以及主要功能，阐述了动车组列车控制管理系统的冗余设计要点，为动车组列车控制管理系统设计提供了参考。

关键词：动车组;列车控制管理系统;TC CCU;TDS CCU

0 引言

列车控制管理系统（TCMS）是用于控制、监督和管理列车及各子系统的分布式电脑系统，可直接或间接地通过离散的输入输出单元（MIO）监控随车系统以及与列车通信网络连接的子系统。TCMS系统由带车辆控制应用软件的智能硬件装置组成，它通过列车控制网络（TCN）实施控制和监管功能;TCMS系统为列车及其子系统主要提供以下功能：网络通信功能、控制功能、监测功能、诊断功能、可视化功能、远程数据传输功能。

TCMS系统网络控制如图1所示。

TCMS系统的优势：（1）可以降低动车运行成本;（2）系统整合容易，安装简单，可以快速被动车组工作人员所掌握;（3）系统所用材料少;（4）动车组可以根据运行需求，进行TCMS系统功能的变更与添加，提高了动车组运行操作的便捷性;（5）重量轻;（6）系统可靠性强，可保障动车组的安全运行。

TC CCU（控制系统）和TDS CCU（诊断系统）是TCMS系统的重要组成部分，二者可以根据不同的设计需求设计不同的系统功能，TC CCU是负责控制列车运行中各种数据的系统，既负责整合车辆车载设备信息，又控制动车组各系统的运行模式。TDS CCU对动车组各系统的运行进行监控，并进行系统故障诊断，提高了动车组运行的可靠性、安全性，保障了动车组列车运行的稳定性。TC CCU和TDS CCU具有平台分割机制，可以为动车组提供安全保障、操作保障与舒适度保障。安全保障是指TC CCU和TDS CCU可以提高整个动车运行安全水平，例如通过控制或监视功能，对动车组的运行进行控制与监视，保障动车组的安全运行。操作保障是指通过控制功能、车载设备监视功能以及相关的辅助功能，保障动车组操作的科学化与便捷化。舒适度保障是指在有需要时通过控制车辆所有非关键功能、车辆诊断功能、车载车辆管理功能以及相关辅助功能，为动车组运行提供更多的便利，提升乘客的舒适度。

1 列车控制管理系统的基本构成

动车组列车控制管理系统由GW（网关）、CCU-O（车辆控制器-控制）、CCU-D（车辆控制器-诊断）、HMI（人机显示屏）、MIO（I/O单元）等控制设备组成。

2 列车控制管理系统的控制和诊断功能

2.1    CCU网络管理

CCU是用来实施列车控制的主要元件，它通过列车MVB网络来对本单元组的各个系统进行控制和监视。每个列车基本单元都配备一个冗余中央计算单元运行系统，起到控制和监测的作用。每辆动车在运行过程中，每辆端车的司机室内都有2个CCU，即每个牵引单元有2个CCU，其中一个CCU在主方式下工作，另一个CCU在从方式下工作，负责对整辆列车的网络控制，对动车组运行进行严密监督，保证动车组运行的安全、稳定性。

2.2    供电系统控制

TCMS系统对高压系统的控制包括：控制受电弓升降，控制主断路器、主变压器、牵引变流器以及辅助变流器等供电设备的工作，并监视它们的工作状态。例如，电力动车组分为直流电动车和交流电动车，动车组上的电能来自于轨道上方的电网，即接触网，一般采用25 kV、50 Hz的单相交流电。动车组通过其车顶的受电弓将电流传递到动车组牵引系统，再经过变流器将25 kV、50 Hz的单相交流电变换成合适的电压为动车组提供动力，并为辅助供电系统供电。运用TCMS网络系统对动车组进行控制，可以实现动车特性控制、逻辑控制、故障监视和自我诊断功能，并将信息传送到司机操纵台的微机显示屏上，直观显示动车运行状态，使司机可以全面了解动车组运行状况，及时发现并处理动车组在运行过程中出现的问题，保证动车组供电系统的可控性。

2.3    车载电源控制

TCMS系统对直流充电机和蓄电池的运行状态进行控制和监测，并通过网络对充电机和蓄电池发出控制命令，监视它们的运行状态。

2.4    牵引控制

TCMS系统通过与牵引系统控制器通信，向牵引系统发出控制命令，并监视牵引系统各设备的工作状态，记录并显示牵引系统发生的故障。

2.5    制动控制

TCMS系统通过与制动系统控制器通信，向制动系统发出制动力需求控制命令，监视制动系统各部件的工作状态，记录并显示制動系统发生的故障。

2.6    塞拉门控制

TCMS系统通过与塞拉门系统控制器通信，向塞拉门系统发出开关门指令，并监视各个塞拉门的工作状态，记录并显示塞拉门系统发生的故障。

2.7    空调控制

TCMS系统通过与空调系统控制器通信，向空调系统发出工作模式指令，使空调系统能够根据指令运行在相应的工作模式;同时，监视空调系统部件的工作状态，记录并显示空调系统发生的故障。

2.8    诊断功能

TCMS系统可以通过诊断控制器来诊断和记录车辆故障。诊断控制器和TCMS系统互相通信交换数据，并通过HMI（人机显示屏）显示，可以通过本地下载和远程传输的方式把信息传递到服务器内，方便对故障的查找和分析。

3 高速动车组列车控制管理系统的冗余设计

为了满足动车组的高速运行需求，国内高速动车组TCMS系统的控制设备使用了双网关、双HMI、双中央控制处理器，关键数字输入/输出单元模块也做了双备份。

当列车运行时，每种网络控制设备都处于工作状态，双备份的网络控制设备一个处于主控状态，另一个处于热备状态;处于主控状态的网络控制设备，对列车以及子系统发出工作指令，并对列车的运行状态进行数据处理;处于热备状态的网络控制设备，对列车的指令和运行状态只监不控;当主控设备发生故障时，处于热备状态的网络设备会立刻接管列车的控制权，转变为主控状态。

动车组网络控制系统的双备份冗余设计理念，确保了动车组可以安全、高效、可靠地运行在祖国的大江南北，不会因为其中一个网络控制设备发生故障而影响动车的正常运行，为动车组的高速、安全、可靠运行提供了技术保障。

4 结语

列车控制管理系统主要负责传输列车控制指令，监视列车运行状态以及诊断列车故障，是保证列车正常运行不可或缺的关键系统之一，为动车组运行提供了更多的便利，提升了乘客的舒适度。

[参考文献]

[1] 张力，蓝伯雄.基于旅客选择的高速铁路客运收益管理研究[J].运筹与管理，2012（2）：116-125.

[2] 张新丽，范蓉.改进的蚁群聚类算法在电信CRM客户细分中的应用[J].移动通信，2011（22）：84-88.

[3] 单杏花，周亮瑾，吕晓艳，等.铁路旅客列车票额智能预分研究[J].中国铁道科学，2011（6）：125-128.

收稿日期：2020-07-07

作者简介：王帆（1999—），女，河北唐山人，研究方向：机电工程领域的自动化控制、机械人测控。