列车网络控制（共11篇）
列车网络控制 篇1
摘要：介绍城轨车辆列车网路控制系统技术方案;结合轨道交通装备智能化的发展趋势, 提出下一代列车网络控制系统架构, 并对其发展进行展望。
关键词：城市轨道交通,列车网络控制系统,MVB,WTB,以太网
列车通信网络技术已成为现代列车的核心技术之一。城轨车辆采用列车通信网络技术实现车载设备的互联与控制, 以确保运行安全与可靠。基于国际标准的列车控制网络TCN技术是专门为列车车载设备通信量身定制的一种总线技术, 也是目前列车控制网络中最为广泛采用的一种技术形式。
进入21世纪后, 随着现场总线网络、列车骨干网 (Ethernet Train Backbone, ETB) 、列车编组网 (Ethernet Consist Network, ECN) 、无线通信、物联网等诸多技术的应用, 轨道交通装备智能化正在加速发展。
1 城轨车辆列车网络控制系统技术方案
1.1 系统拓扑结构
列车网络控制系统 (简称系统) 采用列车级、车辆级两级总线式拓扑结构 (见图1) 。
根据列车编组方式分配牵引单元, 每个牵引单元划分1个多功能车辆总线 (MVB) 网段, 每个牵引单元通过网关将MVB协议转换为绞线式列车总线 (WTB) 协议, 各牵引单元间通过WTB总线进行通信。每个MVB网段采用主链-分支结构, 每辆车都设有中继器, 将1个牵引单元内的MVB分成了多个分支。主链-分支结构的优点在于任何一个MVB分支故障后不会影响其他分支网络以及主干网络的通信。车辆的端车各设置2个MVB分支, 重要的网络设备冗余安装在2个分支上, 一个MVB分支故障不会影响列车网络控制系统的正常工作。
中央控制单元 (CCU, 包含主从CCU和附属网关) 、人机界面显示器、分布式输入输出站、温度采集装置、远程无线传输装置以及各智能子系统控制器在内的设备通过MVB连接到一个牵引单元内的通信控制网络上。厕所系统、轴承温度传感器、车辆编码器、烟雾探测器通过电缆连接到分布式输入输出工作站, 再由工作站的车辆总线接口与牵引单元内部设备进行通信。
1.2 系统设备组成
列车网络控制系统设备主要包括:中央控制单元、人机接口显示屏 (HMI) 、输入输出工作站、MVB中继器和远程无线传输装置 (见图2) 。
1.2.1 中央控制单元
中央控制单元作为系统主要设备, 实现重要设备的管理、运行信息采集、运行状态的监视和故障诊断, 从而保证列车安全可靠运行。同时可为司机或机械师提供故障处理指南, 为检修维护提供数据支持。中央控制单元采用通用结构设计, 在使用特殊的背板总线结构构成的机箱中, 可经过不同功能板卡的组合完成网络系统的控制任务。每一牵引单元上安装2台CCU, 互为冗余。列车激活后, 其中1台将成为主控CCU, 另1台将成为受控CCU。在1台CCU故障的情况下, 故障CCU的管理功能将由另1台CCU接管, 列车可继续运营。中央控制单元结构见图3。
CCU通过控制和监测整列车的列车功能和电路, 实现对整车的中央控制功能, 通过控制和检测整列车的牵引系统实现对整车的牵引控制功能。
1.2.2 人机接口显示屏
HMI主要通过MVB网络收发过程与消息数据, 实现各子功能系统的状态显示、故障诊断、信息保存, 为司机提供故障的详细信息及故障处理建议, 实现全列车的牵引、制动等各子系统控制指令的下发及整车的操作和控制。HMI外观见图4。
HMI硬件组成主要包括中央处理器 (CPU) 电路 (包括MVB通信部分) 、电源模块、显示器模块、存储器及外围接口电路, 采用快速实时操作系统 (QNX) 嵌入式实时操作系统, 软件部分使用C/C++/Java等语言开发。HMI的诊断系统采用了分级诊断的设计思想 (见图5) 。
1.2.3 输入输出工作站
输入输出工作站将多个开关量信号集中采集和发布, 通过车载网络与中央控制单元交互, 为应用提供开关量状态数据, 执行应用发布的控制命令。
输入输出工作站主要组成部分有:110 V/24 V独立电源模块, DC 110 V输入、输出模块, 主CPU模块和MVB总线模块。可根据需求挂接最多12个输入模块和最多12个DC 110 V输出模块。每个输入模块包含16个DC 110 V输入通道, 每个输出模块包含8个DC 110 V输出通道。工作站采用独特的模块化结构设计, 可根据实际应用需求进行灵活配置。其设计立体效果图见图6、图7。
1.2.4 MVB中继器
M V B中继器提供了在不同的中距离传输电介质 (EMD) 的MVB网段之间的物理连接。在节点数目超过32个或者传输距离超过200 m的MVB网络中必须使用中继器。MVB中继器的外观见图8。MVB中继器功能特点如下:
(1) 实现2个EMD介质的MVB网段间数据转发;
(2) 具有完全独立、冗余的双通道结构, 供电采用双路冗余供电;
(3) 采用现场可编程门阵列 (FPGA) 技术实现信号幅值的调整和相位再同步;
(4) 主动完成帧间距时序的调整;
(5) 抑制和屏蔽故障设备的持续发送;
(6) 转发信号延迟时间约为2.3μs;
(7) 采用金属整体成型机壳, 采用导轨方式安装, 安装和维护方便。
1.2.5 远程无线传输装置
远程无线传输装置对运行列车的安全状态与故障情况进行实时动态跟踪和监控, 用于支持列车故障的诊断、分析、排除及列车检修, 为列车运行保障人员提供远程技术支持和故障应急指导, 其硬件主要由无线局域网 (WLAN) 板卡、CPU板卡、全球移动通信系统 (GSM) 板卡、电源板卡组成。
远程无线传输装置主要记录城轨列车在途传输的数据信息, 包括动态位置跟踪信息、基本状态信息和故障信息。它通过接入MVB网络获取有关牵引、制动、供电、空调、门等子系统状态的实时运行数据, 与司机显示屏通过以太网连接获取以故障代码为索引的实时故障数据的同时, 通过GPS功能模块获取列车位置信息, 根据实际情况选择通过通用分组无线服务 (GPRS) 或车站内WLAN发送实时数据。
2 下一代列车网络控制系统架构
随着城市轨道交通列车信息化程度的提升, 城轨车辆使用的WTB、MVB或控制器局域网络 (CAN) 等技术已无法满足丰富的车辆状态信息传输需求。因此下一代城市轨道列车网络需要使用新技术来满足这些需求, 众多国际研究机构和组织都开展了相关工作。国际电工委员会 (IEC) 成立了关于列车通信网络的标准化组织TC9 (IEC technical committee 9:Electrical equipment and systems for railway) , 促进列车通信网络的相关技术创新与技术合作。自2012年起, 该组织联合西门子、庞巴迪在内的车辆装备产业集团陆续发布IEC 61375系列协议。IEC 61375系列协议的发展代表了产业对于列车网络发展趋势的共同认识, 也指明了未来列车网络技术的发展方向。表1描述了IEC 61375系列协议的详细规定内容。
2.1 系统拓扑结构
现有列车网络使用列车级WTB总线和车辆级MVB总线的网络结构, 该结构可提供可靠、确定性的数据连接, 具有传输可靠的特点。
随着列车智能化水平的提升, 列车网络需要能够承载更多的数据传输。以太网技术具有应用广泛、数据传输率高、容易与信息网络集成、成本和费用低廉、可持续发展潜力大、支持多种物理介质和拓扑结构, 以及软硬件资源丰富等优点。以太网技术与其他网络对比见表2。
列车以太网设备分布于列车的各个组成部分, 列车网络拓扑按网络设备的所处层级来划分, 可分为两级:列车级骨干网和车辆级局域网。列车级骨干网联结着不同编组或不同车辆, 实现跨编组或跨车通信;车辆级局域网负责联结车辆内部终端。
采用以太网架构的下一代列车网络控制系统的拓扑结构见图9。列车级以太网骨干网节点 (ETBN) 连接着不同编组, 采用双线冗余结构和双ETBN冗余备份的方式工作, 加强可靠运行的能力, 并基于IEC 61375-2-5协议中的列车拓扑发现协议 (TTDP) 规范, 实现自动跨编组配置, 以列车网络地址转换 (R-NAT) 保证跨编组同子网IP节点之间, 不会出现全网IP冲突问题;车辆级以太网交换机节点 (ECN) 负责与终端相连, 构成车辆内部的环网, 终端间使用IEC 61375-2-3协议中规定的列车实时数据传输 (TRDP) 协议。
ETBN节点和ECN节点之间交互的信息, 优先级由高到低可分为传输5类数据:监视数据 (Supervisory Data, 用于拓扑发现及控制) , 过程数据 (Process Data, 用于列车控制的周期性数据) 、消息数据 (Message Data, 用于传输事件驱动型报文) , 流数据 (Stream Data, 用于传输音频/视频流) 和尽力可达数据 (Best Effort Data, 用于传输诸如固件上载信息等) 。在网络设备的转发策略上, 严格区分优先级, 保证列车控制数据的传输可靠性。
从网络控制的角度看, 使用基于I E E E802.1Q规范的VLAN (Virtual LAN) 技术划分网络冲突域, 保障数据传输的优先级及可靠性。
列车级ETBN、TTDP自动配置动态IP的分配规则为:00001010.1bb0ssss.sshhhhhh.hhhhhhhh/18
其中字段[b]为骨干网ID, 用于列车控制与监视用途的骨干网时, 数值为0;字段[s]为地址编码, ETBN在初始化过程中通过TTDP协议获知自身在全列车中的编号, 具体内容如下:
(1) 发现并监视邻居ETBN。网络中每个ETBN通过不断发送和转发拓扑信息, 以保证自身拥有的拓扑信息的实时更新。
(2) ETBN拓扑信息的更新和协商需要借助上层列车应用来实现。
(3) ETBN根据列车应用, 建立列车逻辑拓扑, 并更新网络服务重新分配IP地址, 此过程保证了当列车重联时不会出现IP冲突的问题。
2.2 系统设备组成
下一代城市轨道交通列车网络控制系统设备主要包括:列车级以太网骨干节点ETBN、车辆级子网交换机ECN、MVB以太网网关、TRDP网卡和以太网中继器。系统通过实现IEC 61375-2-5、IEC61375-2-3及IEC 61375-3-4规定的列车以太网功能, 能够实现跨编组IP自动配置。下一代系统的产品体系见图10。
2.2.1 列车级骨干网节点ETBN模块
负责承担车辆级自动拓扑发现、自动组网、实现跨编组网络之间互连的协议 (IP) 转换、列车设备信息数据库存储及列车设备域名系统 (DNS) 服务等功能。
该模块具有4个以太网接口 (M 12-D) , 分别连接车头连接器和车尾末端E T B N模块, 并保留了一个调试与管理接口 (M12-D) 。同时采用继电器结构对ETBN掉电进行处理, 实现Bypass功能, 保证掉电后网络线路仍然畅通。此外, 一个编组内可同时运行2个ETBN模块, 其中一个作为冗余模块热备运行加强系统的安全性。ETBN模块主要技术参数见表3。
2.2.2 车辆级交换机ECN模块
负责承担网络终端的接入以及网络控制功能。通过与ETBN模块连接共同构成城轨列车网络。
该模块具有16个以太网接口 (M12-D) , 可通过背板总线与ETBN模块相连, 主要承担网络终端的接入和传输控制, 具备网管功能。ECN模块也可单独使用, 作为网管型交换机使用, 具有多用途、适用性广泛的特点。车辆级最多可提供32个物理端口连接终端。ECN模块主要技术参数见表4。
2.2.3 MVB-以太网网关
可实现MVB与以太网间数据的双向转发, 使目前广泛应用的MVB网络设备能够使用以太网进行数据传输。目前开发的网关设备, 能够实现多个MVB端口到UDP的映射, 同时支持TRDP数据包传输, 支持IEC61375-2-3规定的TRDP数据包结构。
2.2.4 以太网中继器
以太网的传输距离受传输介质、周围环境的影响, 当以太网线缆超过50 m时会出现明显的信号衰减, 在列车网络应用场景中需要对衰减信号加以补偿才能使网络正常运行。中继器可以连接2个局域网的电缆, 重新再生电缆上的数字信号并发送出去, 属于纯物理层的功能。
3 发展和展望
当前, 随着科学技术迅猛发展, 以及用户对系统可靠性、可用性、可维护性、安全性 (RAMS) 和生命周期成本 (LCC) 要求的提高, 轨道交通装备的智能化也在提高。
目前已经有一系列的项目在推进轨道交通装备的智能化。系统智能集成项目 (Intelligent Integration of Railway System, Inte GRail) 是欧洲旨在推动轨道交通装备智能化的项目之一, 主要由西门子、庞巴迪、阿尔斯通、法国国家铁路公司、UIC等欧洲的轨道交通企业、运营商以及标准化组织开发了一系列的装备集成规范和应用项目原型。该项目通过智能化集成, 提高车辆装备、运营、基础设施、旅客运输等的安全性、可靠性和舒适性。Shift2Rail是欧洲另外一个项目, 目标是将在其他领域使用的新技术应用在轨道交通上, 以实现欧洲2020战略。
轨道交通装备的智能化不仅体现在运用先进技术提高城轨车辆的牵引、制动、辅助等系统的运行性能以及自动驾驶技术, 提高车辆的智能诊断、智能维护等技术服务, 而且还体现在为旅客提供更加智能的服务, 例如信息服务、视频监控服务等。
以往城轨车辆由于网络带宽的限制, 车辆控制网、状态监视网以及旅客信息网分别采用不同的网络, 如车辆控制网采用WTB、MVB等, 状态监视网采用MVB、CAN等, 旅客信息网采用以太网等。近年来, 随着现场总线技术的成熟和发展, 列车网络控制系统已成为城市轨道交通车辆和铁道车辆的关键系统。随着最终用户对列车网络控制系统性能要求的提高, 旅客信息传输、在线视频监控和远程数据服务等功能需要列车网络控制系统具有较高的实时性和较好的可维护性, 并能将列车实时数据传送到远程控制中心进行监控和维护。现有列车网络应用的现场总线无法满足上述要求, 而工业以太网技术克服了现有列车网络总线传输速度低、组网拓扑结构单一等缺点, 能完全满足上述需求。
随着轨道交通应用以太网技术的日趋成熟, 其应用领域不断扩展, 将吸引越来越多的厂商致力于开发高实效、高扩展性及高智能的以太网系列产品, 使以太网能够全面替代现有的总线, 形成以工业以太网为主的列车车辆总线网络, 以满足市场不断提升的需求。
参考文献
[1]丁荣军, 杨卫峰, 唐军.轨道交通装备智能化技术的研究及应用[J].机车电传动, 2012 (5) :1-4.
[2]李洋涛.TCN列车网络技术现状与发展.单片机与嵌入式系统应用[J].2012 (1) :4-7.
[3]本刊记者.把握世界城市轨道交通发展方向展示城市轨道交通新技术与装备[J].中国铁路, 2011 (11) :1-4.
列车网络控制 篇2
定义：由中心调度指挥设备、车站安全联锁设备、车载速度控制设备、地车信息传输设备等构成的用于控制列车运行速度控制、保证行车安全和提高运输能力的安全控制系统。
功能： 线路的空闲状态检测； 列车完整性检测 ； 列车运行授权；
指示列车安全运行速度； 监控列车安全运行 基本功能： 间隔控制、速度控制
系统组成：由车载设备、地面设备和地车信息传输设备三部分组成
（1）地面设备 轨旁设备 列控中心
地面通信网络设备（2）车载设备包括
列车运行监控模块； 测速／定位模块； 显示器模块； 牵引制动接口； 运行记录器模块；（3）地车信息传输通道 地面信息传输设备 车载信息传输设备 地面信息传输网络 车载信息传输网络
基本工作原理：地面信息——传输通道——车载设备
通过地面设备、车载设备、信息传输通道等设备，根据车站进路、前行列车的位置、安全追踪间隔等向后续列车提供行车许可、速度目标值等信息，由车载列控设备对列车运行速度实施监督和控制，使列车实际速度限制在安全允许的范围内，从而保证行车安全和提高运输能力。系统分类：
按人—机关系分：设备优先、司机操作优先
按控制模式分
阶梯控制模式：出口检查方式、入口检查方式
速度—距离模式曲线控制方式（分段式和一次式）
按照闭塞方式：固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞、逻辑/虚拟闭塞
按地车信息传输方式
点式列车运行自动控制系统
连续式列车运行自动控制系统 点连式列车运行自动控制系统
二、简叙ATC系统中的控制中心、ATP、ATO、ATS四部分各自的功能
1、控制中心
控制功能：自动信号控制、变更进路、运行图调整等；
表示：列车位置显示、模拟盘监视显示；
列车轨道记录，故障记录；
编译码控制，局控指示；
数据发送系统交换接口；
2、ATP 轨旁设备（地面设备）功能
列车检测、钢轨破损防护； 列车安全间隔控制、限速指令； 目的地选择，出入口选择； 列车门监督；
ATP车载设备功能
接收速度指令；超速防护，防溜、破损防护； 运行控制，停站校核；车门控制和监督；
3、ATO 轨旁设备（地面设备）功能
车站定点停车； 屏蔽门控制；
ATO车载设备功能
自动速度控制，随行控制；运行变更控制；
车站定点控制停车；向地面发送列车信息给ATS
4、ATS 轨旁设备（地面设备）功能
遥控、表示编译码、局控及维护台； 带有调制、解调器的ATP接口；
车-地信息交换，发送编码，接收译码； 局控指令逻辑；
旅客向导、旅客信息指示；
ATS车载设备功能
接收、存储列车信息；接收运行等级数据及制动指令； 发送车门关闭和车站停站信息；故障接口、控制台显示等
三、简叙列控技术发展经过。
列车运行控制技术的发展经过
地面人工信号
地面自动信号
出现机车信号
发明自动停车
列控系统ATC 综合自动化系统
四、简答固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞概念
1、固定闭塞（Fixed Block）：
线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用，闭塞分区的长度按最长列车、满负载、最高速、最不利制动率等最不利条件设计，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率为一个闭塞分区（一般为几百米），制动的起点和终点总是某一分区的边界，对列车的控制一般采用速度码台阶式制动曲线方式，该系统要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。
2、准移动闭塞(Distance-To-Go)：
线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，一个分区只能被一列车占用，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个闭塞分区（一般为几十米—几百米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一分区的边界，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，闭塞分区(设备)数也越多。
3、移动闭塞(Moving Block)：
线路没有被固定划分的闭塞分区，列车间的间隔是动态的、并随前一列车的移动而移动，列车位置的分辨率一般为10米范围内，该间隔是按后续列车在当前速度下的所需制动距离、加上安全裕量计算和控制的，确保不追尾，制动的起始和终点是动态的，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，轨旁设备的数量与列车运行间隔关系不大。
五、简答车地信息的三种传输方式
1、点式系统
点式系统在欧洲的干线铁路及城市轨道交通中应用十分广泛。其主要优点是采用了有源、高信息容量的地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格低。 点式系统采用的应答器内部寄存器按协议以数码形式存放实现列车速度监控及其他行车功能所必须的数据。置于信号机旁侧的地面应答器，用以向列车传递信号显示信息，因此需要通过接口与信号机相连。地面应答器内所存储的部分数据受信号显示的控制，此接口即是前面所说的轨旁电子单元LEU。置于线路上的地面应答器通常不需与任何设备相连，所存放的数据往往是固定的。
2、连续式系统：采用连续地车信息传输系统实现地车大量信息的系统，而不需要辅助其他地车传输设备来进行信息传输。一般包括：
数字轨道电路
漏泻电缆
交叉轨道环线
波导管
无线
3、点连式系统
由于连续式的轨道电路信息量不够而需要增加应答器来辅助进行地车信息的传输。
该方式在日本、中国应用比较广泛，中国的具体特点是轨道电路的大面积使用，并且觉得效果还不错，并且形成了相应的CTCS规范。在CTCS1、2级均采用轨道电路ZPW2000进行地车信息的连续传输，CTCS3级后则采用GSM-R作为地车信息传输的媒介。
六、列控系统根据传输通道不同可分为？各自优缺点？
根据传输通道不同分为
点式列车运行自动控制系统
连续式列车运行自动控制系统
1、点式列车运行自动控制系统,组成；地面应答器、轨旁电子单元（LEU）、车载设备
特点： 采用点式传输信息，用车载计算机进行信息处理，最后达到列车超速防护 的目的
优点:
采用无源、高信息量地面应答器，结构简单，安装灵活，可靠性高，价格明显低于连续式列车运行自动控制系统
2、连续式列车运行自动控制系统
适用于高速干线和高密度的地铁、轻轨；其技术基础为飞速发展的信息传输技术
七、简答 CBTC 定义 ？ 几种实现方式？各自特点？
1、CBTC系统
是速度-距离曲线（distance to go)控制，可以是固定闭塞、准移动闭塞、虚拟闭塞或移动闭塞，主要取决于移动授权MA的分辨率；能够双向、大容量地实现地车之间的信息传输。
2、三种实现方式:
交叉轨道环线； 波导管； 无线自由波
3、各自特点
八、地面应答器EUROBALISE组成及 工作原理？
1、组成: 与地面信号机设备相连
存放固定数据
地车传输采用FSK方式(移频键控)
2、工作原理
欧洲应答器EUROBALISE除了可在常规铁路线路上用作超速防护系统的地面应答器外，也常被用作列车定位的基本设备。列车准确定位成了一项关键技术。应答器（EUROBALISE）作为列车定位装置，由地面应答器向列车传送事前贮存的精确位置信息。为了准确定位，就必须大量采用EUROBALISE，在有的欧洲铁路线上，为了准确停车，甚至每3～5m设置一块EUROBALISE；也可以用EUROBALISE来进行定位校准，即在两个EUROBALISE之间用测速传感器实现定位，列车每驶过一次EUROBALISE，即进行一次定位校准，以期减小定位误差。
九、无线通信GSM-R与基于轨道电路的系统相比有什么优点？
GSM-R与基于轨道电路的系统相比有如下优点
在各种列车混跑的区间，由于轨道电路信息量的局限，无法向列车传递轨道电路长度信息，因此，由轨道电路限定的闭塞分区通常设计成固定长度，从而根据两列车相隔几个闭塞分区获得列车间的距离。而GSM-R的信息量大，足以传送前方列车的距离信息，可以构成随列车速度、线路参数改变的优化列车间隔。 在使用轨道电路时，闭塞分区的长度与该区段列车的最大运行速度有关。随着列车运行速度的提高或制动性能的改善，固定长度的闭塞分区限制了运输能力的进一步提高。对于无线控制系统来说，列车速度提高或制动性能的改善，对应的仅是程序参数的改变，系统发展、完善十分简单。
无线列车运行自动控制系统由于无固定的闭塞分区长度，所以对于任何类型的列车都可以提高运行速度。
GSM-R的应用可以进一步取消固定信号机及轨道电路，又可以节省大量的安装、维护费用。
十、UM71 电路载频布置？
十一、简答采用轨道电缆列车控制系统优缺点？
工作原理
组成：地面控制中心、轨道传输电缆、车载设备
地面控制中心根据地面存储的各种信息，结合联锁设备的信息实时计算列车的最大允许速度，通过轨道电缆传输给车载设备，实现速度控制 优点
由于控制中心“管全局”，统一指挥在其管辖范围内的列车，对于一些交通繁忙的枢纽是非常有利的，在一旦发生行车误点或其他行车障碍时，可以迅速地将行车命令传送到列车。
缺点
一旦控制中心的设备故障即会引起全线交通瘫痪
轨道电缆作为该系统的唯一信息通道，为了抗牵引电流的干扰以及实现列车定位，轨道电缆每间隔一定距离做一交叉。
十二、简答测速方式的分类和基本原理
目前存在着多种测速方式，根据速度信息的来源，可以把测速方式分成两大类
一类是利用轮轴旋转信息的测速方法
另一类是利用无线方式，直接检测列车的速度。轮轴旋转测速方式：
a)
测速电机方式：测速电机包括—个齿轮和两组带有永久磁铁的线圈。齿轮固定在机车轮轴上，随车轮转动。线圈固定在轴箱上。轮轴转动，带动齿轮切割磁力线，在线圈上产生感生电动势，其频率与列车速度（齿轮的转速）成正比。这样列车的速度信息就包含在感应电动势的频率特征里。经过频率一电压变化后，把列车实际运行的速度变换为电压值，通过测量电压的幅度得到速度值。
b)脉冲转速传感器方式：冲转速传感器安装在轮轴上，轮轴每转动一周，传感器输出一定数目的脉冲，这样脉冲的频率就与轮轴的转速成正比。输出脉冲经过隔离和整形后，直接输入到微处理器进行频率测量并换算成速度和走行距离。无线测速定位方式
无线测速定位方式抛开轮轴旋转产生的速度信息，利用外加信号直接测量车体的速度和位置，因此又称为外部信号法。目前提出的有雷达测速方式和卫星定位方式等。由于这类方法不由轮轮旋转获得信息，因此能有效地避免车轮空转、滑行等产生的误差，但精度受到无线电波的传播特性等素的影响。这一类方法尽管目前正得到推广应用，预计在设备小型化、可靠性、适用性和价格等方面取得更大突破后，将逐渐取代传统方式而成为未来列车测速定位方式的主流。这一类方法包括
雷达测速方式：它是利用多普勒效应原理实现的。向移动体上发射一定频率的电磁波，反射波与人射波之间会产生频差，这个频差与移动体的速度成正比，这就是多普勒效应。在机车上安装雷达，它始终向轨面发射电磁波，由于机车和轨面之间有相对运动，因此在发射波和反射波之间产生频差，通过测量频差可以计算出机车的运行速度，并累计求出走行距离。GPS测速定位方式等：GPS测速定位的原理是：卫星连续地发送可跟踪的唯一编码序列，用户接收机调出卫星到接收天线的传播时间，乘上电波传播速度，可以算出卫星到用户的距离。若接收到4颗卫星的信号，即可实现3维定位（经度、纬度和高度），进而求出速度。GPS采用两类码型：C／A码又称明码，提供民用定位，其精度较差，定位精度大约在50米之内； P码为保密码，不对民用开放，它用于精度较高的测距，其三维空间定位精度优于10米。
十三、简答 惯性传感器原理？
惯性传感器
陀螺(Gyroscopes): 其输出是沿输入轴方向正比于角速度的信号
加速度计(Accelerometers): 其输出是沿输入轴方向正比于惯性加速度和重力加速度分量的合成信号
每一个轴加速度计的输出为一正比于所有的加速度在其上分量之和的电压。
利用惠斯顿电桥的原理，在加速时，作用力使得电桥不平衡，从而产生正比于加速度的电压。
十四、简答 城市轨道交通的发展方向：
由轨道电路向基于通信的方向发展。
系统化。
通信信号一体化。
标准化和开放化。
十五、简答CTCS0—CTCS4级比较？
十六、简答CTCS2 与CTCS3原理与比较？
1、CTCS2
CTCS2列控系统通过 ZPW2000轨道电路发送行车许可，列控车载设备根据轨道电路信息码，并结合应答器信息控制列车安全行车。 中国铁路列控系统CTCS2：
CTCS2列控系统主要用于200～250km/h客货混运客运专线,主要设备包括：车载ATP、列控中心、微机联锁、调度集中CTC、应答器、ZPW2000轨道电路，并已基本实现国产化。
CTCS2列控系统采用轨道电路加点式应答器作为信息传输手段，实现列车运行的安全控制。
经过改造的既有线也采用CTCS2列控系统，并在时速200公里提速线路上应用。
通过在时速300公里和200公里跨线列车上装备CTCS2和CTCS3车载系统，实现高速列车的跨线运行。
2、CTCS3 CTCS3系统采用GSM-R无线通信传输列控信息，主要由车载ATP、无线闭塞中心RBC、微机联锁、调度集中CTC、应答器、ZPW2000轨道电路构成，在引进消化吸收关键技术的基础上，通过系统集成创新，我们将建立符合中国国情路情的、世界一流水平的高速铁路CTCS3列控技术体系。
十七、简单 虚拟轨道电路？
虚拟/逻辑闭塞(Virtual/Logical Block))：线路被划分为固定位置、某一长度的闭塞分区，在一个原固定闭塞分区可以被分为几个虚拟分区，列车间隔为若干闭塞分区，而与列车在分区内的实际位置无关，列车位置的分辨率也为一个虚拟分区（一般为几十米），制动的起点可以延伸，但终点总是某一虚拟分区的边界，对列车的控制一般采用一次抛物线制动曲线的方式，要求运行间隔越短，分区数也越多，但设备基本不增加。
十八、轨道交通信号系统的发展方向？
系统化。向集调度指挥、运行控制及自动驾驶为一体的功能完善、层次分明的综合自动化系统方向发展。
网络化。地面局域网、广域网及车地间的无线通信网将控制中心、车站及列车连成一个有机整体。
信息化。网络化使各类信息上通下达，准确获得各类实时信息，在保证安全、高效运营的同时，大大提高维护、旅客服务水平智能化。
智能化。智能化使调度指挥系统根据运输实时情况，借助先进技术及时自动调整，实现列车的无人驾驶。
标准化和开放化。
十九、GPS原理及组成？
共有24颗卫星绕着地球转，它们全天候地昼夜发送高精度的、连续的、实时的定位和定时信息。提供给用户三维坐标、三维速度分量和精确定时。 GPS系统由三部分组成：
空间部分 控制部分 用户部分
地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。
二十、故障-安全包括？
失效：失效是导致错误的主要原因
系统或系统的部件不能在规定的限制内完成所需的功能； 一个功能单元执行所要求功能的能力的终结； 程序操作偏离了程序需求；
故障：由于错误造成系统部件或程序或系统丧失必要的功能。
按时间间隔分：永久性故障、瞬时性故障；
按值分为：确定值故障、非确定值故障；
按故障影响的范围分：局部故障、分布式故障。错误：指系统陷入不正常或执行非正常操作。失误：人为的失败或错误。
危害：有可能给人类或财产带来不良影响的事件。
风险：用来表示危及安全性的事件发生频度以及事件危害程度。容错：指一个系统发生故障后能提供需求的功能的存活属性。
二十一、对铁路信号 故障-安全的理解？
1、故障-安全最初源于铁路信号领域；
铁路信号故障-安全技术随铁路控制系统的不断进步而发展起来； 最初：系统故障时把信号显示变为让列车停止的红灯为安全侧；
现在：故障-安全的实现是以非对称错误特性的信号继电器和闭路原则为基础，实现信号设备的整体性的故障-安全；
随着可靠性理论的发展，将揭示出故障-安全应是一个具有概率特性的概念； 信号设备的故障-安全特性是建立在设备的可靠性基础上。铁路信号安全技术的系统化
设备失效时使能量减少到最小。如信号继电器和道口拦木；
设备故障时维持现状为安全侧。如道岔控制系统；
联锁法。使误操作或误判断不致造成危及行车安全的后果；
安全侧分配法。
危险侧故障率最小化技术：在某些情况下，采取安全措施达不到故障-安全的要求，但可以使发生危险侧故障的概率降低。如电源双断法、电源隔离法、时间联锁法等。
防错办技术：即使发生人为错误操作，仍使系统处于安全侧的技术。
故障弱化技术： 当设备或系统的局部发生故障时，设备或系统的某些功能有所减弱，但在整体上仍能使设备或系统持续执行一定功能的技术。如维持最低功能法、灯光显示转移法、迂回进路法、引导信号法、故障解锁法。
储备：热备和冷备。
故障检测和诊断：故障定位；故障查找；
故障恢复
多重化技术
安全余裕技术：参数余裕、时间余裕
二十二、信号设备计算机化的特点
1、从使用的器件来看：现有的信号设备是由具有非对称性错误特性且故障模式可知的器件作为基本故障-安全单元；计算机化信号设备是由具有对称性错误特性的集成芯片组成；
2、从使用的技术来看：现有设备是靠信号继电器的结构设计和继电器电路的合理设计确保故障-安全；计算机化的信号设备是依靠可靠性理论和容错技术，通过对软件和硬件的避错和容错设计；
3、从设备的功能来看：现有信号设备功能少，基本任务是保证行车安全，故障查找困难；计算机化的信号设备功能多，速度快，智能化程度高，故障诊断和检测功能强；
4、从设备的抗干扰能力看
二十三、故障-安全技术分类
1、多重化技术：处理器级、总线同步方式、在输入/输出级、在装置接口间、在系统级采用的多重化技术
2、高可靠技术
3、故障检测技术
4、电路构成技术
二十四、安全性与可靠性的定义
1、安全性：指的是系统在运行过程中无论发生什么变故都不会产生可能造成人民生命财产损失的危险因素。
在系统设计时，保证在任何部分发生故障及系统处于任何可能的外界环境中时系统的输出均处于安全状态（安全侧）。如列车运行自动控制系统车载设备的任何故障，应使列车停车，不应使列车继续运行，这就是信号备要求的故障-安全的一般概念。
2、可靠性的定义为：系统或设备（器件、产品）在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力。
二十五、避错技术 与容错技术
避错技术： 采用正确的设计和质量控制方法尽量避免把故障引进系统，试图构造一个不包含故障和错误的“完善”系统的技术手段。
容错技术：采用外加资源的冗余技术使系统在出现某些硬件故障或软件错误时，仍能正确执行规定的程序或实现规定的功能。实现容错技术
1.硬件冗余 2.时间冗余
消耗时间资源达到容错目的。
3.信息冗余
增加信息的多余度提高可靠性。如编码纠错。
4.软件冗余
无错误软件设计，容错软件。5.各种冗余技术综合
二十六、欧洲信号安全标准
EN－50126铁路应用：可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）规范和说明；
EN－50129 铁路应用： 信号领域的安全相关电子系统；
EN－50128 铁路应用： 铁路控制和防护系统的软件；
EN－50159.1铁路应用：通信、信号和处理系统。
二十七、各种闭塞比较？
二十八、GPS的误差
主要误差来源于3个方面：
（1）空间飞行器部分：卫星星历误差，卫星时钟偏差；
列车网络控制 篇3
关键词列控系统;CTCS;CTCS-2
中图分类号U2文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0133-01
1我国CTCS技术平台的确立及分级
国外铁路列控系统的研究和使用起步较早,从发展到现在已比较成熟,各国铁路列控系统也不尽相同比较有代表性的是法国的TVM300/UM71和TVM430/UM2000、日本的ATC和数字ATC、德国的LZB80、欧洲的ETCS等系统。
我国铁道部参照欧盟发展ERTMS/ETCS的经验,从我国国情出发,初步制定了中国铁路列车控制系统CTCS总体技术规范,分为5个等级:
CTCS-0级为既有线的现状,由通用机车信号和运行监控记录装置构成。
CTCS-l级由主体机车信号和安全型运行监控记录装置组成。面向160km/h以下的区段,在既有设备基础上通过补点强化改造,实现具有中国特色的点连式ATP.达到机车信号主体化要求,增加点式设备,实现列运行安全监控功能。
CTCS-2级是基于轨道传输信息的列车运行控制系统.CTCS-2级面向提速干线和高速新线,采用地面—车载一体化系统设计,车载没备有机结合;速度监督可采取大台阶,也可采取速度距离模式曲线;地面可采用模拟多信息轨道电路,也可采用数字轨道电路,井辅以必要的点式没备,组成点连式ATP.CTCS-2级适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。
CTCS-3级是基于无线通讯(GSM—R)传输信息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统;轨道电路在实现区段占用与列车完整性检杏方面具有不可替代的优势;CTCS-3级面向提速干线、高速新线或特殊线路,无线通信(GSM-R)在满足我同铁路移动信息网需求的同时,又能解决超防信息高速率可靠传输,两者结合是强强互补。再辅以定位校核的点式设备,系统具有与国际接轨的先进性。
CTCS-4级完全基于无线通信(GSM—R)的列车运行控制系统,CTCS-4级面向高速新线或特殊线路.可实现虚拟闭塞或移动闭塞,区间占用靠GPS和GSM—R实时数据传输解决(站内仍需轨道电路),CTCS-4级由RBC和车载验证系统共同完成列车定位和列车完整性检查,使得室外设备减少到最低程度。
2客运专线列车运行控制系统
目前,我国客运专线一般采用国内的CTCS-2级或者国外的ETCS-1级列控系统,是一种基于轨道电路传输信息的列车运行控制系统。
2.1CTCS-2级列控系统的组成和工作原理
CTCS-2级列控系统适合面向提速干线和时速为200km/h及以上的新线,采用车地一体化设计。适用于各种限速区段,地面可不设通过信号机,机车乘务员凭车载信号行车。
CTCS-2级列控系统主要由应用层、地面设备层、车载设备层和网络传输层组成,如图所示:
CTCS-2列车运行控制系统
系统应用层:与列车运行控制系统密切相关的调度指挥系统和维护管理系统。
地面设备层:由轨道电路、应答器设备和车站列控中心等组成。
车载设备层:由车载主控单元、查询应答器单元、传感器层和人机接口等组成。
网络传输层:网络传输层CTCS的网络分布在系统的各个层面,用来实现车地、系统内部、系统外部的数据传输,包括地对车和车对地之间传输信息的信号电缆、通信光缆及无线传输设备等。
CTCS-2级列控系统工作原理:轨道电路实现列车占用检查,并连续向车载设备传送空闲闭塞分区数量等信息。应答器向车载设备传输定位信息、线路参数、临时限速等信息。列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、区间信号机点灯控制、站问安全信息(区间轨道电路状态、中继站临时限速信息、区间闭塞和方向条件等信息)传输等功能,根据轨道电路、进路状态及临时限速等信息产生行车许可,通过轨道电路及有源应答器将行车许可传给列控车载设备。车载控设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路参数、临时限速等信息和动车组参数,按照目标—距离模式生成控制速度,监控列车安全运行。
2.2CTCS-2级列控系统方式
基于CTCS-2级列控系统大致有2种方式:
一种是基于ZPW-2000轨道电路和点式应答器构成的列控系统;该方式主要采用ZPW-2000轨道电路向机车传递控制信息,在特殊地点设置点式应答器补充轨道电路信息量的不足。ZPW-2000无绝缘轨道电路,是在引进法国UM71无绝缘轨道电路技术及国产化的基础上,结合国情进行的提高系统安全性、传输性能及可靠性的技术再开发,拥有自主知识产权。在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠性上都有了提高,同时提高了技术性价比、降低了工程造价。
另一种是数字编码轨道电路和无源应答器构成的列控系统。
数字编码轨道电路信息传输量大,可以采用轨道电路连续信息完成区间临时限速,实时功能强,反应迅速,系统的安全性、可靠性高。
应答器分为无源和有源两类,用于向车载设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速和停车信息等。点式设备组成包括应答器、查询器、查询器主机等主要设备,查询应答器是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备,用于在特定地点实现机车与地面间的相互通信。
3结束语
我国在建的客运专线是铁路快速客运通道,也是整个铁路网的重要干线组成部分,能否解决好与既有信号系统的兼容,是CTCS3能否成功的关键。CTCS-2是由车、地设备组成的一个完整系统,为充分发挥新增点式应答器的作用,应深入研究ETCS-l的成功应用经验,结合我国既有自动闭塞的优势,进一步优化和完善CTCS-2。特别要根据我国的需求引进ETCS2关键技术,通过系统集成创新,一定能为我国客运专线的列车运行控制提供一个安全、可靠的技术保障方案。
参考文献
[1]傅世善.闭塞与列控概论[M].北京:中国铁道出版社,2006.
[2]科技运函[2004]14号,中国列车运行控制系统CTCS-2级技术条件(暂行)[S].
[3]邹少文.客运专线列控系统模式探讨[J].铁道工程学报,2005(1).
列车网络控制 篇4
1 列车网络控制系统
低地板电车配置较为灵活, 可采用三模块、五模块及七模块编组, 动力单元及其他控制设备分布在其中, 因此列车网络控制系统采用分布式现场总线 (采用CAN总线、MVB总线或以太网总线) 技术, 整条列车总线贯穿车辆, 所有子系统通过串行接口 (如牵引、辅助、制动、门、空调、乘客信息) 或I/O接口 (如继电器、接触器、断路器) 接入列车总线, 以便与车辆控制单元交换信息。车辆控制单元将对所有信息进行分析诊断, 用于人机界面的显示、故障分析并进行功能控制。列车网络控制系统架构见图1。
2 列车网络控制系统功能
低地板有轨电车列车网络控制系统具有驾驶辅助功能及维护辅助功能 (见图2) , 主要帮助司机驾驶及维护人员的维护, 尽可能减少车辆停运维护时间, 提高车辆利用率。
2.1 驾驶辅助功能
2.1.1 状态显示
应清晰精确显示列车、子系统及重要设备的状态, 状态显示主要包括列车方向、牵引辅助状态、制动状态、空调状态及车门状态等。确保能够精确显示每一个重要设备的状态, 尽可能地真实反映设备的实际运行情况, 以便引导司机进行相应的处理。
2.1.2 故障显示
故障显示包含故障诊断, 此类故障诊断显示在人机界面上, 帮助低地板电车司机定位故障, 此类故障不需要定义到最小可更换单元, 主要目的是提示和指导司机操作及应急处理, 方便司机及调度人员进行决策。针对多因素故障, 列车网络控制系统应尽可能地明确具体原因, 如隔离开关打开, 能够明确示意司机是故障导致的隔离开关打开还是人为因素打开等。
2.1.3 人机界面要求
尽可能少用色彩并能示意明确, 使用蓝色系作为人机界面的主色, 同时使用形象简洁的图标显示。在设计人机界面时, 考虑采用暗舱设计原则, 故障时使用红色、橙色、黄色进行提示;无故障时不使用过于醒目的颜色扰乱司机或操作者的视线。
2.1.4 控制功能
由于低地板有轨电车的设备安装空间有限, 因此列车网络控制系统参与列车控制, 以便减少硬线、继电器, 同时可以通过触摸屏替代指令控制按钮等, 使司机室设计更智能化。人机界面可设置升降受电弓按钮、雾灯按钮、照明开关、刮雨器开关、司机窗户除霜按钮、客室空调设置按钮及乘客信息设置按钮等。
列车网络控制系统的控制功能不仅实现控制逻辑的软件化, 同时还针对各种异常、故障进行设计, 依据故障导向安全原则, 确保列车网络控制系统的控制功能, 在实现控制的同时还能够全力确保列车的安全运行及相关人员的生命安全。低地板有轨电车的控制功能主要包括操作指令控制、牵引制动控制、空调控制等。
当低地板有轨电车列车网络控制系统的控制功能中断 (失效) 或预估操作目的与实际执行目的不一致时, 能提示司机具体的失效原因。列车网络控制系统监视控制输出, 以便确认指令是否有效执行, 从而缩短司机或维护人员查找故障原因的时间, 尽快修复列车。2个控制功能示意见图3。图3 (a) 中, 列车网络控制系统采集牵引制动指令并诊断发送给牵引控制单元及制动控制单元执行指令, 当列车网络控制系统检测到牵引制动指令同时激活时, 自动施加快速制动将列车停下, 并通知司机是由于牵引制动指令错误导致的安全停车。图3 (b) 中正常时司机或维护人员推动牵引手柄, 牵引允许指令激活, 牵引变流器执行牵引工况。异常时司机或维护人员推动牵引手柄, 牵引变流器不执行牵引工况, 此时列车网络控制系统能及时通知司机或维护人员牵引允许未激活的具体原因 (如门未锁闭、制动未缓解或旁路开关未打开等) 。
2.2 维护辅助功能
2.2.1 故障记录
故障记录中的故障诊断应清晰详细, 维护人员可通过维护电脑查看具体故障 (一般可以诊断到最小可更换单元) , 同时包括故障数据的环境数据, 以便维护人员能够快速找到故障点。维护电脑具有专家知识系统, 帮助维护人员快速定位识别故障。
2.2.2 事件记录
事件记录仪采用实时连续记录, 在一般情况下可不下载, 但当出现重大问题或重大事故时可查看事故之前及之后部分时间列车的状态, 用于仲裁确认事件。事件记录仪主要记录时间、列车速度、驾驶模式、手柄位置、运行区间、重要旁路开关、重大操作及重要设备状态等信息。
2.2.3 维护提示
低地板有轨电车列车网络控制系统还具备预防性维护提示功能, 主要包括里程维护提示、时间维护提示、砂箱砂位提示及轮缘润滑液位提示等, 以便维护人员及时进行列车维护, 确保列车性能。
3 结束语
列车网络控制系统在低地板有轨电车中的应用有效减少了设备安装及布线施工, 并能确保列车的可靠性与安全性, 同时列车网络控制系统的应用能方便司机和维护人员查看列车及子系统运行状态, 帮助司机和维护人员快速分析处理故障, 有效辅助维护人员对列车维护等。随着列车网络控制系统不断地深入应用, 低地板有轨电车将会更加数字化、信息化和智能化。
参考文献
[1]苗彦英.低地板有轨电车车辆技术特征[J].城市交通, 2013 (4) :39-43.
区间信号与列车控制教学大纲 篇5
一、课程基本信息
1．课程编号：L08133 2．学分：3学分 3．学时：48（理论48）4．适用专业：自动化
二、课程教学目标及学生应达到的能力
本课程是为铁道信号专业开设的核心专业课之一。本课程以闭塞为基础，主要内容有单线继电半自动闭塞、64D型继电半自动闭塞、几种移频自动闭塞、机车信号、站内电码化和自动停车装置等。本课程内容是日后从事交通运输工作的基础。
本课程的教学任务是通过学习使学生掌握区间信号自动控制的基本概念和技术基础。在理解单线继电半自动闭塞的基础上，掌握64D型继电半自动闭塞的原理以及继电半自动闭塞的办理方法，熟悉新一代的区间信号自动控制方法，如移频自动闭塞，了解机车信号以及站内电码化。
本课程的教学目标是在运用以问题为导向的研究性教学方法的基础上，通过课堂教学、参观模拟、上机实验等多种形式的训练过程，使学生不仅掌握区间信号自动控制的原理和方法，也使学生的逻辑思维能力、自主学习能力及未来从事相关工作的专业素养得以提高。
三、课程教学内容与基本要求
（一）课程简介（1课时）
主要内容：本课程的性质、任务与教学目标；本课程的教学内容；本课程的教学方法；本课程的教学进程；本课程的考核形式与基本要求；本课程使用的教材、参考书与其他相关课程资源。
1.基本要求
（1）理解本课程的教学主线，理解区间信号自动控制是通过闭塞来实现的，了解不同的闭塞手段。
（2）了解本课程重点介绍的闭塞方式与其他方式的异同点。2.教学方法 讲授与讨论
（二）区间闭塞基础（2课时）
主要内容：区间闭塞的基本概念和分类，区间闭塞的发展历史、现状及发展趋势。1.基本要求
（1）重点掌握闭塞的概念。（2）掌握闭塞的分类。
（3）了解区间闭塞的历史、现状及发展。2.学时分配
课堂教学2学时。其中，闭塞的基本概念和分类（1学时）；区间闭塞的发展历史、现状及发展趋势（1学时）。
3.课外学习要求
收集各种实现闭塞的方法。4.教学方法 讲授
（三）继电半自动闭塞（16课时）
主要内容：单线继电半自动闭塞构成原理及设备、单线继电半自动闭塞电路的构成、64D型继电半自动闭塞存在问题及解决办法、与64D型结合的计轴站间闭塞。
1.基本要求
（1）重点掌握单线继电半自动闭塞电路的构成及传递信息的类型。
（2）掌握单线继电半自动闭塞构成原理及设备以及与64D型继电半自动闭塞结合的计轴站间闭塞。
（3）了解64D型继电半自动闭塞存在的问题及解决办法。2.学时分配
课堂教学16学时。其中，继电半自动闭塞概述、系统构成及基本要求（2学时）；64D型继电半自动闭塞办理手续及传递信息（2学时）；64D型继电半自动闭塞电路状态分析（2学时）；64D型继电半自动闭塞电路构成（2学时）；64D型继电半自动闭塞在正常办理过程中的动作分析（2学时）；64D型继电半自动闭塞存在问题及解决办法（2学时）；与64D型结合的计轴站间闭塞（4学时）。
3.教学方法 讲授+讨论
（四）区间自动闭塞（20课时）
主要内容：数字频率调制原理、数字信号处理技术及应用、国产移频自动闭塞及电路原理、UM71自动闭塞及电路原理、UM2000型移频自动闭塞系统原理、ZPW-2000A型移频自动闭塞系统原理。
1.基本要求
（1）了解数字频率调制原理和数字信号处理技术。（2）重点掌握移频自动闭塞的原理。
2.学时分配 课堂教学18学时。其中课堂教学学时分配为：数字频率调制原理和数字信号处理技术及应用（4学时）；国产移频自动闭塞及电路原理（4课时）；UM71自动闭塞及电路原理（2学时）；UM2000型移频自动闭塞系统原理（2课时）；ZPW-2000A型移频自动闭塞系统原理（8课时）。
3.教学方法 讲授
（五）机车信号与站内电码化（9课时）
主要内容：机车信号概述、主体化机车信号、站内电码化、自动停车装置。1.基本要求
（1）了解机车信号的发展。（2）重点掌握主体化机车信号以及站内电码化。（3）掌握我国机车信号的分类。2.学时分配
课堂教学9学时。其中课堂教学包括：机车信号概述（1学时）；主体化机车信号（2学时）；站内电码化（4学时）；自动停车装置（2学时）。
3.教学方法 讲授+讨论
四、课程的考核
课程考核由平时作业及听课情况和期末考试成绩2部分组成，分别占课程总成绩的20%和80%。期末考试为闭卷考试，考试范围和要求应符合本教学大纲对各章教学内容的基本要求。
五、本课程与其它课程的联系与分工
本课程的主要预备课程有《电路》、《通信原理》、《铁路信号基础》》和《车站信号自动控制》等，这几门前修课程将为本课程的学习建立必要的理论基础。毕业设计的内容是对本门课程内容在理论与应用性专门问题的扩展。
六、教材及教学参考书
建议教材：
列车网络控制 篇6
【关键词】高速铁路 铁道信号 列车运行控制系统 教学改革 模拟仿真技术
【中图分类号】 G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2014）08C-0188-03
高等职业教育是我国高等教育不可或缺的组成部分，主要培养社会生产、维修维护、管理、服务等一线的高技能型人才。铁路高职院校的铁道通信信号专业是主要面向铁路现场安装、调试、维护、管理等岗位开设的专业，培养具有较强的铁道信号设备安装、调试、日常养护、设备故障处理及检维修等岗位技术能力，符合铁路信号一线岗位要求的高素质技能型人才，而列车运行控制系统维护是铁道通信信号专业的核心课程。列车运行控制系统维护课程的教学质量直接关系到本专业人才培养的质量，是铁路运输、特别是高速铁路的安全与可靠的根本保障。模拟仿真技术是利用简单的设备或方法实现与真实设备功能一致的一种技术。结合铁路现场设备，利用模拟仿真技术来演示、操作，使抽象的概念、原理变得直观、清晰，打破理论教学的弊端。
一、课程介绍
列车运行控制系统维护课程是一门发展迅速、技术含量高，具有网络化、综合化、数字化、智能化的现代系统的技术课程。对学生未来从事铁道通信信号设备维修、施工、设备器材检修和制造等岗位工作具有重要意义。
课程主要讲授机车信号、LKJ监控记录装置车载设备与地面设备、车站电码化、CTCS-2级与CTCS-3级列控系统设备等内容。学完本课程，学生应具备机车信号、LKJ监控记录装置、列车运行控制系统列控中心及车载设备的养护与维修、应答器及轨旁电子单元的日常养护与维修、专用仪器设备使用、列车运行控制系统设别施工及安装调试等基本的岗位技能，提高广大信号工作人员的技术水平，以充分发挥现代化信号系统的作用。要达到良好的教与学的双赢效果，对于铁路专职任课教师来说，除了明确该专业与课程的培养目标及该课程的教学目的外，还要采用适合学生学习的教学方法，进行理论与实践的紧密结合。
二、模拟仿真的应用
（一）机车信号演示平台的应用
列车运行控制系统维护是专业性、理论性很强的一门课程，在了解铁路列控设备基本构成的基础上，才能够深入理解其工作原理与工作过程。在讲授机车信号的结构及工作原理时，如果只讲理论，或是讲完理论后到现场参观，学习的效果是不理想的。笔者采用理论实践一体进行讲授，即边讲边做，利用由自治区教学团队自主设计和研制的机车信号演示平台达到理实讲授目的。
机车信号演示平台结构如图1所示，该平台完全模拟铁路现场机车信号系统，主要分两个部分，第一部分为操作盘面，图1的上半部分主要进行移频发码控制，故障设置等，另一部分为机车信号主机及电源系统，图1的下半部分，主要是接收移频后控制机车信号机点灯。因此该平台可以进行机车信号系统的结构、简单原理、工作状态、正常显示的讲授与操作，还可以设置故障、根据故障现象检修故障原因，做到机车信号的日常养护和定期维修内容、操作规程及作业程序讲解与训练等。
图1 机车信号演示平台结构图
如进行侧线接车时，此时模拟列车从0G至3G，机车信号机点灯情况变化为，在0G区段，接收到11.4Hz调制信号，机车信号机点一个绿灯；在1G区段接收到13.6Hz调制信号，机车信号机点一个半绿半黄的灯；在2G区段接收到14.7Hz调制信号，机车信号机点一个带2的黄灯；在3G区段接收到18Hz调制信号，机车信号机点一个双半黄灯。再如，通过手动调低1区段移频信号，正线接车时，1区段内的移频信号为13.6Hz所调制，模拟机车到达1G区段后，机车信号主机接收移频信号应使机车信号机点半绿半黄的灯光，但由于调低了1G区段的移频信息，机车信号主机无法可靠地接收该信息，此时机车信号机点白灯或者是半绿半黄与白灯交替点亮，从而对机车信号灵敏度有了更深的理解。
由此可见，通过平台演示、分析、操作及模拟铁路现场维护内容等，一方面让学生真正理解了机车信号的工作过程与显示意义，另一方面通过故障现象分析故障原因，更有利于学生掌握机车信号系统。
（二）多媒体动画仿真的应用
多媒体具有图、文、声并茂且有视频播放的特点，对列车运行控制系统维护课程的教学过程来说是特别宝贵的特性与功能。利用多媒体动画仿真教学不但能够提高学生的学习兴趣，还可以形象地表示出相关知识点的原理与工作过程，有利于学生理解和掌握。
例如，在对CTCS-2级列控系统中地-车通信时，原理是：两根钢轨上有移频信息，由于列车轮对短路，流过钢轨的电流较大，装在车头下方、钢轨上方的接收线圈通过电磁感应原理从钢轨上感应到移频信号，供列车使用；同时，两根钢轨中间装有应答器，这些应答器平时处于休眠状态，只有当机车底部的天线经过应答器上方时才工作。由此可见，地-车通信的原理或者说工作过程完全可以制作相应用动画来体现，如图2所示。
图2 多媒体动画仿真地-车通信
随着高速铁路的迅速发展，CTCS-3级列控系统应用越来越广泛，充分理解CTCS-3级列控系统对学生学习CTCS-3级列控设备维护有重要意义。CTCS-3列控系统是一种基于无线通信的列控系统，地-车通信为双向通信，如何实现地-车双向通信呢？这时采用flash动画来呈现CTCS-3级列控系统地-车双向通信的原理，如图3所示。这样，学生就非常直观地掌握了CTCS-3级列控系统地-车通信原理，同时也提高了学习积极性。
图3 CTCS-3列控系统地-车通信动画endprint
列车运行控制系统维护课程引用多媒体动画仿真技术，有利于教师整合教学资源，提高了教学效益。
（三）高铁列控沙盘的应用
高铁列控沙盘模拟设计了铁路现场移频发送器、接收器及电气绝缘节等关键技术，并且保证了关键参数与铁路现场一致；模拟了高速列车运行自动控制，即可以根据轨面移频信息调整机车自身速度，实现了多列车追踪运行等，高铁列控沙盘如图4。
图4 高铁列控沙盘
在讲解高铁列控地面设备与车载设备配合工作时可借助自主研发的列控沙盘系统，使学生具备感性认识，提升课堂教学效果。例如，CTCS-2级列控系统列车的速度是如何自动控制的，从理论上知道，机车从地面轨道电路上接收连续的移频信息，从应答器上接收点式的信息，从而经过车载安全计算机逻辑运算后生成速度控制曲线，列车安全按照该曲线行车。此时，利用沙盘人为控制某一区段发送HU码，当列车运行至该区段时接收HU码，观察列车运行速度的变化，同时可以让学生利用移频表对各区段进行测试，与铁路现场参数对照，这样既增加了学生对理论的理解，又提升了学生学习的有效性。
再如，铁路车站载频配置情况，从理论教学可以知道，下行正线股道采用1700-2型配置，下行侧线股道采用1700-1型与2300-1型交替配置，但与正线股道相临的侧线股道必为2300-1型配置。通过沙盘车站股道讲解与测量，理实一体，对学生的学习有很大的推动。
随着科学技术的进步，全国铁路进入到高铁时代，铁道通信信号设备更趋于自动化、智能化，铁路企业对信号设备维护和管理的技术人才在数量和质量上提出了更新、更高的要求。在列车运行控制系统维护的教学中融入模拟仿真技术，不仅充分发挥了教师的积极性、创造性，而且还极大地调动了学生探索的积极性、创造性，在课堂教学中取得了较好的效果。
【参考文献】
[1]张国侯.高职列车运行控制系统维护课程项目化教学模式探讨[J].职业时空，2011，7（12）
[2]张铁增.列车运行控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2011
【基金项目】广西壮族自治区教育厅科学技术研究项目（2013YB357）
【作者简介】黄 斌（1983- ），男，硕士，柳州铁道职业技术学院讲师，研究方向：铁路自动化，信号处理。
（责编 丁 梦）endprint
列车运行控制系统维护课程引用多媒体动画仿真技术，有利于教师整合教学资源，提高了教学效益。
（三）高铁列控沙盘的应用
高铁列控沙盘模拟设计了铁路现场移频发送器、接收器及电气绝缘节等关键技术，并且保证了关键参数与铁路现场一致；模拟了高速列车运行自动控制，即可以根据轨面移频信息调整机车自身速度，实现了多列车追踪运行等，高铁列控沙盘如图4。
图4 高铁列控沙盘
在讲解高铁列控地面设备与车载设备配合工作时可借助自主研发的列控沙盘系统，使学生具备感性认识，提升课堂教学效果。例如，CTCS-2级列控系统列车的速度是如何自动控制的，从理论上知道，机车从地面轨道电路上接收连续的移频信息，从应答器上接收点式的信息，从而经过车载安全计算机逻辑运算后生成速度控制曲线，列车安全按照该曲线行车。此时，利用沙盘人为控制某一区段发送HU码，当列车运行至该区段时接收HU码，观察列车运行速度的变化，同时可以让学生利用移频表对各区段进行测试，与铁路现场参数对照，这样既增加了学生对理论的理解，又提升了学生学习的有效性。
再如，铁路车站载频配置情况，从理论教学可以知道，下行正线股道采用1700-2型配置，下行侧线股道采用1700-1型与2300-1型交替配置，但与正线股道相临的侧线股道必为2300-1型配置。通过沙盘车站股道讲解与测量，理实一体，对学生的学习有很大的推动。
随着科学技术的进步，全国铁路进入到高铁时代，铁道通信信号设备更趋于自动化、智能化，铁路企业对信号设备维护和管理的技术人才在数量和质量上提出了更新、更高的要求。在列车运行控制系统维护的教学中融入模拟仿真技术，不仅充分发挥了教师的积极性、创造性，而且还极大地调动了学生探索的积极性、创造性，在课堂教学中取得了较好的效果。
【参考文献】
[1]张国侯.高职列车运行控制系统维护课程项目化教学模式探讨[J].职业时空，2011，7（12）
[2]张铁增.列车运行控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2011
【基金项目】广西壮族自治区教育厅科学技术研究项目（2013YB357）
【作者简介】黄 斌（1983- ），男，硕士，柳州铁道职业技术学院讲师，研究方向：铁路自动化，信号处理。
（责编 丁 梦）endprint
列车运行控制系统维护课程引用多媒体动画仿真技术，有利于教师整合教学资源，提高了教学效益。
（三）高铁列控沙盘的应用
高铁列控沙盘模拟设计了铁路现场移频发送器、接收器及电气绝缘节等关键技术，并且保证了关键参数与铁路现场一致；模拟了高速列车运行自动控制，即可以根据轨面移频信息调整机车自身速度，实现了多列车追踪运行等，高铁列控沙盘如图4。
图4 高铁列控沙盘
在讲解高铁列控地面设备与车载设备配合工作时可借助自主研发的列控沙盘系统，使学生具备感性认识，提升课堂教学效果。例如，CTCS-2级列控系统列车的速度是如何自动控制的，从理论上知道，机车从地面轨道电路上接收连续的移频信息，从应答器上接收点式的信息，从而经过车载安全计算机逻辑运算后生成速度控制曲线，列车安全按照该曲线行车。此时，利用沙盘人为控制某一区段发送HU码，当列车运行至该区段时接收HU码，观察列车运行速度的变化，同时可以让学生利用移频表对各区段进行测试，与铁路现场参数对照，这样既增加了学生对理论的理解，又提升了学生学习的有效性。
再如，铁路车站载频配置情况，从理论教学可以知道，下行正线股道采用1700-2型配置，下行侧线股道采用1700-1型与2300-1型交替配置，但与正线股道相临的侧线股道必为2300-1型配置。通过沙盘车站股道讲解与测量，理实一体，对学生的学习有很大的推动。
随着科学技术的进步，全国铁路进入到高铁时代，铁道通信信号设备更趋于自动化、智能化，铁路企业对信号设备维护和管理的技术人才在数量和质量上提出了更新、更高的要求。在列车运行控制系统维护的教学中融入模拟仿真技术，不仅充分发挥了教师的积极性、创造性，而且还极大地调动了学生探索的积极性、创造性，在课堂教学中取得了较好的效果。
【参考文献】
[1]张国侯.高职列车运行控制系统维护课程项目化教学模式探讨[J].职业时空，2011，7（12）
[2]张铁增.列车运行控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2011
【基金项目】广西壮族自治区教育厅科学技术研究项目（2013YB357）
【作者简介】黄 斌（1983- ），男，硕士，柳州铁道职业技术学院讲师，研究方向：铁路自动化，信号处理。
TCN列车网络综合测试研究 篇7
随着高速铁路运营里程的不断增长和地铁网络的密集化, 国内的列车车载设备厂商在设备的信息化和创新方面发展迅速。列车网络控制系统作为机车车辆的核心技术之一, 是牵引系统、制动系统、旅客信息系统等子系统之间信息交互沟通的动脉, 并通过无线网络与地面系统组网, 实现列车运行信息的远程监控。列车网络与列车运行的安全性、舒适性紧密相关TCN网络技术作为现阶段列车网络的主流技术, 其产品已经在国内外的列车上广泛应用, 国内的车载设备生产企业在研发TCN技术标准产品时, 专注于设备的功能实现, 而依据标准对产品进行测试尚处于起步阶段。作为系统集成的机车车辆厂在对整个列车网络系统品质的系统测试方法方面也处在摸索阶段, 测试所依据的方法标准以及结果评判的标准也不完善。
提出对列车网络从单个设备到整个列车网络系统进行测试的层次框架, 以对列车的网络系统的实时性、可靠性、安全性进行系统、全面的评估。对列车网络系统的测试分为设备级测试、网络级性能, 以及系统的RAMS/LCC (RAMS:可靠性、可用性、可维修性和安全性;LCC:产品生命周期成本) 性能测评。
1 设备级测试
1.1 协议一致性测试
协议一致性测试是检测设备是否遵守标准技术要求及展示标准要求的性能的过程。通常对于列车TCN产品的一致性测试就是检测TCN产品对列车通信网络标准IEC61375的符合程度。TCN列车网络技术包含了列车总线WTB级和车辆总线MVB级, 两者都应保持与TCN标准的一致性。一致性测试的最终目标是实现互操作性。
近年来国内对TCN协议的一致性测试技术做了大量的研究, 并取得了一定的成果, 搭建的测试系统结构通常如图1所示。
测试过程中, 测试软件对每一个测试实例执行的结果与预期结果进行比较, 对每项被测协议给出“通过”、“失败”、“不确定”的测试结果, 同时进行实时记录, 从而得到TCN过程数据协议一致性测试结论。
一致性评估过程如图2所示, 测试包括两个阶段:静态测试, 静态条件下依照设备符合标准的能力要求的情况, 用PICS文件来描述设备, 分析设备的能力, 静态一致性要求定义了协议实现所要具备的核心能力集合;动态测试, 监视被测设备在受控环境中的动态性能。动态测试规定许多能给IUT (被测设备) 加激励并监视结果性能的试验。
一致性测试主要内容分为:基本互联测试, 目的在于检测是否存在严重的不一致的情况, 例如IUT没能实现协议的主要特征或者不能与测试器进行通信;能力测试, 按照静态一致性要求进行测试, 判断IUT的哪些能力可被观察到并检查这些可观察能力的有效性;行为测试, 是标准化的抽象测试集 (ATS) 中的主要组成部分, 它覆盖了动态一致性要求的全部, 旨在确定协议实现的动态一致性。
1.2 功能性测试
列车TCN产品在出厂前往往都会进行比较严格的功能测试, 包括硬件测试和软件测试, 旨在检测设备的功能与客户要求的数据接口协议的符合程度, 通常是按照接口规格书要求进行逐条验证。
进行功能测试的系统可以采用图1所示的硬件系统, 测试软件需要根据每个TCN设备的数据接口规格进行编写。相对于一致性测试, 功能测试具有更强的针对性和多样多样性。
2 网络级性能测试
与一般的信息通信网络相比, 列车通信网络追求的是信息的实时和可靠传输, 其数据传输的实时性和可靠性直接影响着列车网络控制系统的性能, 决定着列车控制指令能否及时、准确地被送达。TCN网络作为应用于列车控制场合的现场总线, 其网络带宽、吞吐量、负载能力等传统通信网络的性能指标和网络的响应时间、网络延迟等实时性参数决定着TCN网络的性能;另外, 信息传输的可靠性与优先性也极为重要, 而这些指标也与实时性紧密相关。
图3为列车网络控制系统部分拓扑结构, CCU为中央控制单元, CAB为司机室控制单元, LCU为逻辑控制单元, DCU为传动控制单元, DKL为制动逻辑控制单元, IDU为信息显示单元, TAX为机车安全信息综合监测装置。两节车之间的信息传输由各自的CCU通过WTB完成, 而车辆内诸多功能控制信息则由MVB网络进行传输。
TCN网络总线带宽是一定的, 但不同的列车控制系统的实际控制要求有所不同, 相应的网络负载状况也会发生变化, 在具体应用时将引起网络吞吐量和响应时间的相应变化。而体现网络通信可靠程度的诸如信息帧成功传输概率, 丢帧、错帧、重复帧出现概率等参数也与实际的网络控制系统和应用环境紧密相关。
为此, 网络性能测试主要是针对由TCN协议构成的分布式实时网络控制系统。测试时根据列车控制系统的应用要求在各个功能控制单元之间模拟产生相应的数据流, 通过相应的测试设备观测网络系统中数据流的运行情况, 并在此基础上对网络的实时性、可靠性指标, 以及在不同负载条件下的平均吞吐量等参数进行测试, 如图4所示。
3 系统级RAMS性能测评
设备的RAMS/LCC指标直接决定动车组和机车的品质。可靠性验证的目的在于使产品在使用时不失去功能、不降低性能、不减少寿命和低故障率;可用性验证的焦点在于发生故障时功能和性能的降低程度可维修性验证的焦点在于用多少时间、人工和设施去排除故障或更换零部件;安全性验证的焦点在于各种故障和故障组合都导向安全。
TCN列车网络设备在实际使用时的环境往往是多种环境的复杂复合体, 包括气候环境、力学环境EMC环境和支持被试系统运行的系统环境, 在试验室条件下很难完全再现列车设备的实际工作环境。但一些环境的作用力可以单独测评, 可将几种综合关联度高而且有可能集成的环境试验能力集成在一起, 进行关键影响因素的分析。
TCN装置的综合试验系统包括“被测对象+TCN网络+10m3高低温湿热箱+8t振动冲击试验台+EMC浪涌设备与雷击模拟器+电应力+通断+TCN网络测试系统”。在试验室环境下营造出高温、低温、湿度、多维度振动冲击、合闸涌流、EMC干扰、遭受雷击、电压突变、控制电压短时中断和实际运行的各种工况以及多种工况的组合, 并将列车网络试验台接入被测系统, 监控TCN网络中各CPU的工作状态。
目前, 对于TCN列车网络产品的RAMS/LCC试验标准有待完善, 既有的标准停留在提出概念要求或非综合环境的考核。开展RAMS/LCC试验研究的关键在于建立成套的试验方法和试验能力, 以及开发能够监测被试系统核心器件工作状态的仪器, 以最低的代价检测出列车设备的极限正常工作环境。
4 结语
TCN网络测试系统的综合测试包含的内容非常广泛, 网络试验台建设的目标是以网络为纽带, 将各1∶1试验系统组合起来, 配置半实物仿真系统, 实现在RAMS/LCC试验室完成“完整系统的完整工况的完整重现”测试。
参考文献
[1]朱琴跃, 谢维达, 谭喜堂.MVB协议一致性测试研究与实现
列车调度指挥系统的网络管理 篇8
网络管理是计算机网络化发展的必然产物, 是计算机网络运行的关键技术之一, 尤其在如TDCS的大型计算机网络中。铁路列车调度指挥系统作为覆盖全国铁路的广域网系统, 网络管理是其重要的技术环节。
TDCS网络管理就是指监督、组织和控制铁道部、铁路局、站段TDCS网络通信服务以及信息处理所必需的各种活动的总称。其目标是确保TDCS网络保持24h持续不间断的正常运行, 使网络中的资源能够得到更加有效的利用, 当TDCS网络出现故障时能及时报告和处理, 并协调、保持网络系统的可靠运行等。现代计算机网络管理系统主要由四个要素组成:若干被管的代理;至少一个网络管理器;一种公共网络管理协议;一种或多种管理信息库。其中网络管理协议是最重要的部分。当前一种是开放系统互连组织 (OSI) 提出的公共管理信息及协议 (CMIS/CMIP) , 另一种是Internet工程任务组 (IETF) 提出的简单网管协议 (SNMP) 。国际标准化组织 (ISO) 在ISO/IEC7498-4中定义并描述了OSI管理的术语和概念, 提出一个OSI管理结构并描述了OSI管理应有的行为。OSI提出的方案定义了故障管理、配置管理、计费管理、性能管理和安全管理这五个网管的功能域, 对管理的框架、管理信息的定义、对象的属性与行为等都有详细的定义, 结合TDCS特点, 对TDCS网络管理给出了拓扑管理、配置管理、性能管理、故障管理四个功能域。
2 TDCS网络管理系统的内容
2.1 TDCS网络管理系统的结构
由于TDCS网络系统是一个大型的覆盖全国铁路的广域网系统, 根据TDCS的组网原则, TDCS网络系统分为核心层、区域层、接入层三层, 其中铁道部中心节点为核心节点, 路局调度所节点为区域节点, 车站为接入节点, 核心节点与区域节点共同构成广域网骨干网, 区域节点与接入节点共同构成广域网接入层。铁道部中心节点、各路局调度所节点、基层站、段、场各信源点均各自构成局域网, 各个局域网如图示相连构成TDCS广域网。由于整个TDCS的广域网由骨干层、接入层组成, 因此, TDCS的网络管理是二级管理结构, 由铁道部中心骨干网网管和铁路局中心二级网管构成, 如图1所示。
2.1.1 铁道部中心骨干网网管
负责铁道部中心局域网以及铁道部中心与各个铁路局调度所节点相连的骨干网的网络管理, 实现对铁道部和铁路局中心的管理, 还能够有选择的管理基层网节点网络。如:接收本地中心节点的故障报告;接收所连接的所有二级节点网管中心代理的报告;管理本地的数据接入层, 通过复制进程, 将各个二级节点网管中心的上报文件数据复制到部中心节点网管中心网管的数据库中。即各个铁路局的网管中心都在铁道部网管中心的管理之下。
2.1.2 铁路局中心网管 (二级网管)
铁路局中心网管负责TDCS铁路局中心局域网以及所管辖的各个接入站、段、场等基层调度网和各个站点的应用服务终端的网络管理。如:接收来自部网管中心的管理操作和信息;将相关信息向铁道部网管中心报告。
每一个铁路局网管中心只管辖属于本节点范围内的网络, 即只管理本管辖区域内的广域网和局域网中心的网元设备, 不必“知道”其它铁路局和铁道部网管中心的存在。
2.2 TDCS网络管理系统功能
2.2.1 网络拓扑管理
随着TDCS作为铁路信息化建设的重要平台作用, 网络结构日益复杂, 要管理好TDCS网络系统, 就必须了解网络拓扑结构, 如:TDCS网络的实际布线结构, 关键部件是如何连接运行的;确定各个网络的互联方式和网络接入设备特点, 以便了解网络的多发故障点和影响网络性能的可能瓶颈所在;确定用户负载和定位, 因为每一网络和服务器上的用户数量即用户负载是影响网络性能的关键因素。
有一个拓扑管理系统, 可以准确掌握网络拓扑情况, 构造并管理整个TDCS网络的拓扑结构, 维护人员通过浏览网络拓扑视图, 实时了解整个网络的运行情况。
网络拓扑图能够显示所有链路、网络设备的性能和工作状态, 从拓扑图的设备、链路图标或菜单, 可快速查看设备的各配置项信息, 直观地显示服务器、网络设备的运行情况, 可以采用多种算法自动发现、计算出三层子网拓扑图、二层物理网络拓扑图, 生成与网络真实情况一致的物理连接拓扑图和确切反映设备的真实物理面板图。使网络管理能“一目了然”地了解整个系统的运行状况。
2.2.2 网络配置管理
网络配置管理主要涉及网络设备 (网桥、路由器、工作站、服务器、交换机等) 的设置、维护、转换、更新、收集等信息。自动发现网络拓扑结构、构造和维护网络系统的配置, 监测网络被管对象的状态, 完成网络关键设备配置的语法检查, 配置自动生成和自动配置备份系统, 对于配置的一致性进行严格的检验。
网络配置管理的目标是节约用户时间和降低网络设备误配置引起的网络故障。网络配置管理系统允许用户控制网络变换, 简化网络管理工作并迅速修复配置差错。
(1) 配置信息的自动获取:
TDCS系统是一个大型网络, 需要管理的设备比较多, 网络管理系统应该具有配置信息自动获取功能。保证在管理人员不很熟悉网络结构和配置状况的情况下, 也能通过有关的技术手段来完成对网络的配置和管理。
(2) 自动配置、自动备份及相关技术:
网络本身是动态变化的, 要随着设备的增减、更新、维修等重新配置调整网络。配置信息自动获取功能相当于从网络设备中“读”信息, 相应的在网络管理应用中还有大量“写”信息的需求。
(3) 配置一致性检查:
一个如TDCS系统的大型网络, 往往是由多个厂家提供的产品设备相互连接而成, 而且由于网络设备众多, 各设备需要了解和适应与其发生关系的其它设备的参数、状态信息等, 会出现配置一致性问题。因此必须对整个网络的配置情况进行一致性检查。对网络正常运行影响最大的主要是路由器端口配置和路由信息配置, 配置一致性检查主要检查这两类信息。
(4) 用户操作记录功能:
配置系统的安全性是整个网络管理系统安全的核心, 因此必须对用户进行的每一配置操作进行记录, 并保存下来。管理人员可以随时查看特定用户在特定时间内进行的特定配置操作。
2.2.3 网络性能管理
性能管理的目标是通过采集、分析网络对象的性能数据, 监测网络对象的性能, 对网络线路质量进行分析。同时统计网络运行状态信息, 对网络的使用发展作出评测、估计, 为网络进一步规划与调整提供依据。使网络提供持续、可靠的通信能力, 网络资源达到最优化的程度。
(1) 性能监控:
由用户定义被管对象及其属性。对于每个被管对象, 定时采集性能数据, 自动生成性能报告。
(2) 阈值控制:
对每一个被管对象的每一条属性设置阈值, 对于特定被管对象的特定属性, 可以针对不同的时间段和性能指标进行阈值设置, 提供相应的阈值管理和溢出告警机制。
(3) 性能分析:
对历史数据进行分析, 统计和整理, 计算性能指标, 对性能状况作出判断, 为网络规划提供参考。
(4) 可视化的性能报告:
对数据进行扫描和处理, 生成性能趋势曲线, 以直观的图形反映性能分析的结果。
(5) 实时性能监控:
提供了一系列实时数据采集;分析和可视化工具, 用以对网络设备和线路的性能指标进行实时检测, 可任意设置数据采集间隔。
(6) 网络对象性能查询:
通过列表或按关键字检索被管网络对象及其属性的性能记录。
2.2.4 网络故障管理
故障管理是网络管理中最基本的内容之一。故障管理的目标在于确保网络系统提供连续可靠的服务。在网络出现故障时, 故障管理系统必须及时发现故障部位。故障管理的日常工作包含对所有节点动作状态的监控、故障记录的追踪与检查, 以及平常对网络系统的测试。
通过过滤、归并网络事件, 有效地发现、定位网络故障, 给出排错建议与排错工具, 形成整套的故障发现、告警与处理机制。
故障管理功能以监视网络设备和网络链路的工作状况为基础, 包括对网络设备状态和报警数据的采集、存储, 可以实现报警信息通知、故障定位、信息过滤、报警显示、报警统计等功能。故障管理可以统一不同网络设备的警报格式, 并将其显示在图形界面上, 通过对报警信息进行相关性处理, 确定报警发生地的管理归属等;除此之外, 故障管理还可根据用户需要保存所有报警信息, 同时产生各种故障统计、分析报告。
(1) 网络维护和故障监测:
使用多种网络故障监控方式监控网络的整体运行情况。主动探测或被动接收网络上的各种事件信息, 并识别出其中与网络和系统故障相关的内容, 对其中的关键部分保持跟踪, 并生成网络故障事件记录。
(2) 网络故障报告及报警:
通过各种途径报告网络故障, 包括使用颜色、声音、日志、触发机制等。根据网络故障的危害程度将报警指示分级管理, 根据报警策略驱动不同的报警程序, 以报警窗口/声光 (通知一线网络管理人员) 或电子邮件 (通知决策管理人员) 发出网络严重故障警报。
(3) 故障隔离:
依据对网络组成部件状态的检测, 分析设备故障情况。进行故障追踪定位, 确认故障类型及性质。
参考文献
[1]李萍.铁路列车调度指挥系统 (TDCS) [M].北京:中国铁道出版社, 2006.
[2]侯启同.调度集中和列车调度指挥系统[M].北京:中国铁道出版社, 2008.
[3]叶安君.客服信息系统与TDCS系统信息共享关键技术实现[J].铁道通信信号, 2009 (1) :46-48.
[4]冯皓.TDCS工程中网络安全系统工程设计[J].铁路通信信号工程技术, 2006 (5) :15-18.
[5]秦燕燕, 许伟, 曹尤振.TDCS网络维护及故障分析[J].铁道通信信号, 2007, 43 (9) :45-48.
[6]罗涛.铁路计算机信息管理和安全策略研究[J].信息安全与通信保密, 2004 (6) :54-57.
列车联运网络建设的重要性 篇9
目前仍存在许多对高速铁路项目持反对意见的人, 通常他们特别关注列车的实际运行速度, 并质疑超越常规铁路运行速度是否必要。采用多快的速度完全由连接2座城市需要的、具有商业吸引力的旅程时间决定。旅程时间的缩短不仅提高了铁路行业的竞争力, 同时使得相同的运输量所需的车辆数量也相对减少, 从而也提高了铁道车辆的生产率。
眼下正面临着亚洲和欧洲在列车设计领域的阶段性转变。采用新技术, 例如用于新型AGV列车的永磁电动机技术;使用新型材料, 如各种复合材料, 并进行更优设计。所有这些因素均有助于减少列车高速运行的成本以及对环境的影响, 从而进一步提高列车最高运行速度。西门子Velaro型列车的设计运营速度已达350 km/h, 该列车将用于西班牙的马德里—巴塞罗那线, 运程时间仅为3 h。而AGV列车将成为首列速度达360 km/h的列车。
如果技术进一步发展, 列车的最高运营速度很可能在接下来的10年～20年内提升至400 km/h。因此, 土木工程师在设计新线路时应将此因素考虑在内。新线路的建造通常会在运营速度和设计速度之间留出充足的安全裕量, 但鉴于铁路基础设施具有较长的设计寿命, 因此, 目前应对新线路的最高设计速度再次进行验证。也许将来建造新线路时应将线路允许的最高设计速度设为500 km/h甚至600 km/h。
诚然高速列车展示了铁路工业的终极魅力, 但其本身也会导致诸多问题。有证据显示, 一些运营商过度关注地方政府投资兴建的高速铁路, 而忽视了业内其他领域, 以致对整个行业造成损害。
法国公共交通乘客全国联盟 (FNAUT) 尤其对法国国营铁路这种片面发展TGV而忽视普通长途运营业务的政策大加指责。法国目前仍有部分重要城市的城间联运服务非常糟糕, 原因就是这些城市没有处于TGV的铁路网络内。如果从南特乘火车到波尔多, 其极低的发车频率以及超长的运行时间, 对于乘客而言几乎是无法忍受的。
部分铁路的问题在于, 普通长途铁路线位于高速铁路线和地方铁路线之间, 而地方铁路通常由当地或地方当局投资兴建。因此, 当铁路服务链两端蓬勃发展时, 中间却出现断裂的局面的确很严峻。
欧洲列车控制系统取得新进展 篇10
该工程包括在线路上安装1 900 套应答器和在250个司机室内安装车载设备, 总价值为2 470 万欧元, 其中半数资金由欧盟提供。这是迄今为止交付使用ETCS系统最长的连续线路, 从而使得总长6 472km的线路中安装ETCS系统的线路长度达到681km。
据因弗拉贝尔公司称, 比利时价值23 亿欧元的ETCS总体规划正在如期推进。到2015年底, 比利时国营铁路公司车队中20%的车辆将在日常运营中采用ETCS系统。另外还有17.7%的车辆已经安装该系统, 但尚未投入使用。
2014年9月, 比利时国营铁路公司斥资7 000万欧元从阿尔斯通公司订购了449列车份的Atlas 200车载设备, 并计划到2023年底所有运营列车均安装该设备。
列车网络控制 篇11
列车控制系统中主要由制动控制器与牵引控制器两个重要部分组成, 列车制动模式分为常用制动、紧急制动以及停放制动模式。牵引系统空转滑行与牵引力、车轮与钢轨的摩擦力存在着一定的关系。通过牵引系统的牵引控制单元, 对列车的行驶及运行提供保障。
1 列车牵引系统空转滑行控制机理概述
牵引系统空转滑行与牵引力、车轮与钢轨之间的摩擦力有着密切联系。当车轮与钢轨之间黏着遭到破坏之后, 在行驶过程中, 列车的轮对踏面与钢轨之间的摩擦、损坏加大, 这时, 需要通过一个保护装置, 来防止擦伤、减小摩擦, 这个装置即是列车空转滑行保护装置。牵引系统的牵引控制单元是组成列车空转滑行保护装置的关键部分, 本文我们重点来探究列车牵引系统空转滑行控制机理。
优化防滑—防空转控制具有以下两种状态, 第一种是监控状态, 监控状态的主要任务就是监测△V, △V是单节车的平均速度Vave和参考速度Vnef之间的差值, 如果△V<△Va (△Va是一个动态变化的数值) 的时候, 这种程度下的空转/滑行是可以进行的, 监测系统不会对此进行控制。相反来说, △V>△Va的时候, 系统就会智能判断出空转/滑行的程度太大, 就会进行相应的控制, 但是还没有发展到报故障信号的程度。到这个时候, 优化系统的监控状态就会自动转变成为控制状态, 通过降低牵引/制动力的输出数据控制△V。如果优化操作成功的时候, △V>△Va状态重新回归到△V<△Va状态的时候, 空转/滑行系统就会自动回归到监控状态。
如果出现优化不成功的现象, 那么空转/滑行的程度就会瞬间增加, 一旦空转/滑行的程度达到故障报告的时候, 也就是说△V…<0, 其对应的故障信息就会被激活, 然后从DCU端口先发送到VTCU, 然后VTCU把故障信息传输到MMI系统上。这个故障信息表达的主要内容就是此节车已经开始进行空转/滑行运动, 但是这种滑行状态是否属于严重滑行状态, 需要VTCU系统对数据进行分析之后才能下定论。除了这一点, DCU系统还会监控振动超限, 这里所说的振动超限就是说列车每个轴承转动的速度和速率是否超过限制范围, 这个数值在DCU内部被称之为固定的角速度变化率, 其数值为11rad/s。如果经过VTCU系统的计算, 角速度变化率超过11rad/s的时候, 表明列车也会报空转/滑行状态。最终优化系统会通过振动超限和速度超限两个数据信息, 触发报故障消息系统。
2 列车牵引系统
2.1 牵引系统结构
为了进一步适应铁路牵引动力的需要, R市列车安装DK-1型和JZ-7型空气制动机, 采用了晶闸管直流稳压器, 以及电子时间继电器等电子装置, 同时, 还安装了电子控制柜, 采用110V稳压电源系统等。
R市列车牵引系统采用牵引逆变器 (型号VVVF) 交流传动系统, 牵引逆变器系统采用电制动, 电机与IGBT功率器件为主要构成部分。VVVF牵引逆变器交流传动系统采用热管散热器进行自然冷却, 该系统具有很强的电机转矩控制动态性能, 主要是由于采用了AC牵引电机牵引力控制, 有效降低了气隙变化对电机牵引力的影响, 与此同时, 谐波损耗也明显减少。
该系统主要由逆变器、制动变阻器、牵引电机、滤波电抗器、断路器以及开关箱等元件组成, 黏着性能非常强, 噪声污染小, 在故障检修以及维护方面, 该系统具有明显优势, 具备诊断功能以及故障检修监控功能。牵引系统结构图见图1。
2.2 牵引系统装置
本文所研究的R市地铁列车牵引系统装置主要包括开关箱、断路器、滤波电抗器以及制动电阻器等。
1) 开关箱。开关箱由主熔断器、辅助熔断器以及主开关组成, 当第三铁轨与高速电路断路器 (HB) 之间的电路短路, 主熔断器就将电流切断, 防止高速电路断路器发生故障。当设备不运行时, 断开主开关, 设备与第三铁轨之间的连接就会断开。
2) 断路器。断路器包括高速断路器、接触器、接触器以及充电电阻器等, 当逆变器发生故障, 断路器便会切断故障电路, 为列车的稳定运行提供相关的保障。
3) 逆变器。R市列车电机传动系统, 采用GTO半导体闸流管, 高压IGBT技术也被应用在其中, 该电机传动系统安全性高, 同时具有维修便捷的优势, 显著优化了列车性能。每一列车都配备2台感应电机, 感应电机与逆变器采取并联的方式, 实现对电机的控制。当逆变器出现故障时, 可将其切断, 保证另一个正常的逆变器来维持列车的顺利运行。
3 牵引系统空转滑行控制系统
3.1 制动控制器
列车控制系统中, 制动控制器与牵引控制器是最重要的两个组成部分。制动控制器分为常用制动位和紧急制动位, 在实际操作过程中, 紧急制动开关可以对列车实施相应的控制。
3.2 制动模式
列车制动模式分为常用制动、紧急制动以及停放制动模式。
常用制动指令系统是由ATO指令以及司机控制器给出的制动指令等构成, 根据常用制动指令进行控制。
在列车发生滑行时, 为了适应实际轨道粘着, 通过防滑控制阀来调整制动力, 即是列车的防滑控制功能。列车制动系一般采用电-空混合制动系统, 来保证列车停车的准确度, 同时具备防滑控制功能。在正常工作时, 不允许常用制动、紧急制动同时施加, 因此, 紧急制动是一个独立的系统, 采取纯空气的制动方式, 紧急制动也具备防滑控制功能。
停放制动一般使用弹簧制动系统, 加上气动缓解的停放制动, 能够保证长时间停车。列车的司机台上, 一般也设有控制停放的制动以及缓解装置。
常用制动、紧急制动以及停放制动模式这三种模式在不同状况下, 都能实现对列车牵引系统空转滑行的控制, 为列车的正常运行提供了重要的保障。
4 列车牵引系统空转滑行控制机理
列车牵引控制系统中, 通过列车通信控制单元, 可以实现牵引系统的轮径自动校准功能, 自动校准每一个轴的轮径, 列车空转滑行保护装置的主要功能是减小列车的轮对踏面与钢轨之间的摩擦与损坏, 进而保证列车的正常行驶及运行。
构成列车空转滑行保护装置的关键部分即为牵引系统的牵引控制单元, 对列车牵引系统轮径校准控制原理以及速度监控进行研究, 可以了解列车牵引系统空转滑行的控制机理。
列车牵引系统轮径校准控制原理:轮径校准采用闭环PI控制, EBCU采用VTCU储存的轮径值, 之前每一次被校准后的轮径值都被保存在芯片中, 作为下一次校准的初始值。VTCU设置的值不影响牵引控制单元的校准效果, 被校准后的值与真实值十分接近。
防滑防空转控制子系统一般分为优化防滑—防空转控制;防滑—防空转保护以及ΔV控制等系统, 其中, 第一种是现阶段最常用的系统。
在列车牵引系统的诊断中, 对于空转滑行的诊断有一定的标准。一般空转滑行:在司机显示屏空转滑行信息区域黄闪;严重空转滑行:在显示屏空转、滑行区域黄闪外。列车诊断系统对一般空转、滑行、严重空转、滑行的处理方式是有差异的。
5 结语
目前, 列车牵引系统一般采用优化防滑—防空转控制系统来实现列车防滑—防空转控制。在列车牵引控制系统中, 列车通信控制单元触发牵引单元的轮径自动校准功能, 自动校准每一个轴的轮径。对列车牵引系统空转滑行控制机理的研究应进一步深入, 能更好地实现列车的安全和顺利运行。
参考文献
[1]林颖, 王长林.车载列车自动防护系统对空转及滑行的检测与校正方法研究[J].城市轨道交通研究, 2011, 14 (3) :28-31, 36.
[2]巫红波.广州地铁二号线车辆防空转/滑行系统的分析及改进[J].电力机车与城轨车辆, 2009, 30 (1) :69-70, 76.