列车自动控制系统（共12篇）
列车自动控制系统 篇1
列车的行驶安全一直是全民关注的问题。随着我国高速铁路的发展, 列车安全的保证受到到了更多关注。因此, 如何保证列车在紧急情况下自动进行减速或者停车成了保证列车行驶安全的一个不容忽视的问题。
1 研究背景
目前, 我国的列车自动停车减速系统大多应用列车自动保护系统 (Automatic Train Protection, 简称:ATP, 其工作示意图如图1) , 也叫做列车超速防护系统, 它的作用是列车超过指定速度时, 自动制动。当车载的设备接收到调度系统的限速信息, 与列车实际速度比较, 如果列车的实际速度超过限速, 则制动装置使列车减速或停车。
但是, ATP系统过多的依赖调度系统和列车车载的的信号控制系统, 当这些信号控制系统的某一环节发生故障时, 就会带来极大的安全隐患。像今年发生的震惊全国的甬温动车事故, 就是信号设备的故障造成的。所以, 目前的列车停车减速系统还有待完善。
2 思路介绍
为了减少列车对调度系统的依赖, 本文提供了一种车载的、不依靠于列车调度系统的列车自动停车减速系统 (如图2) 。此系统的基本思路为:在每辆列车上安装信息储存处理系统和无线电设备。信息储存处理系统用来分析和储存列车的行驶信息;无线电设备用来获取列车附近一定范围内的其它列车的信息储存处理系统内的信息以及分析与其它列车的距离。如果列车离同轨道的前方列车距离过近, 则对列车进行减速或停车。
3 具体实施方式
每辆列车安装有信息储存处理系统, 用来分析和记录列车的名称、所在的轨道、图2行驶速度、行驶方向;无线电设备每隔一段时间会对附近的列车进行探测 (假设前后两辆列车的安全距离为S, 无线电设备的有效探测距离必须大于S) 。经过此步骤, 列车就会获取周围列车的名称、所在轨道、行驶速度以及行驶方向。同时, 无线电设备会对同一轨道的前方列车进行测距, 并将此距离与安全距离S进行比较, 当此距离小于S时, 列车就会进行减速或者停车 (工作流程图如图3) 。
4 前景展望
针对目前的列车对调度系统的过度依赖, 本文提出了可行的解决方法。它保证了即使在调度信号无法正常传达时, 列车的安全有最后的保障。但是, 此方法不可单独使用。列车的减速、停车还是主要依靠于列车的调度系统。
列车自动控制系统 篇2
列车运行控制（简称列控）系统是将先进的控制技术、通信技术、计算机技术与铁路信号技术溶为一体的行车指挥、控制、管理自动化系统。它是现代铁路保障行车安全、提高运输效率的核心，也是标志一个国家轨道交通技术装备现代化水准的重要组成部分。值得注意的是，各国铁路由于历史、传统术语、指示和原文意义不同等原因，对列车运行自动控制系统的名称划分也不尽相同，列车超速防护系统（ATP）与列车运行自动控制系统（ATC）并没有严格的划分，在城市轨道交通的信号系统ATC系统中包括列车自动防护ATP、列车自动监督ATS和列车自动驾驶ATO。
在列控系统研究方面发达国家已有较长发展历史，比较成功的列控系统有：日本新干线ATC系统，法国TGV铁路和韩国高速铁路的TVM300及TVM430系统，德国及西班牙铁路采用的LZB系统，及瑞典铁路的EBICA900系统等。这些列车控制系统都结合本国的特点、具有本身差别的技术前提和顺应规模，因此，列控系统可以分成许多类型。
如按照地车信息传道输送方式分类：一种为持续式列控系统，其车载设备可持续接收到地面列控设备的车-地通信信息，是列控技术应用及发展的主流。如：德国LZB系统、法国TVM系统、日本数码ATC系统。采用持续式列车速度控制的日本新干线列车追踪距离为5min（分 min），法国TGV北部线区间能力甚或达到3min（分 min）。
另一种为点式列控系统，其接收地面信息不持续，但对列车运行与司机把持的监视其实不间断，因此也有较好的安全防护效能。如：瑞典EBICAB系统。
还有一种为点连着式列车运行控制系统，其轨道电路完成列车占用检测及完整性查抄，持续向列车传送控制信息。点点连着式信息设备传道输送定位信息、进路参数、路线参数、限速和停车信息。如：我国CTCS2级。
如按控制模式分为阶梯控制方式和曲线速率控制方式两类。其中阶梯速度控制方式，又分有出口速率查抄方式如：法国TVM300系统；有进口速率查抄方式如日本新干线传统ATC系统。
而按照速度-距离模式曲线控制模式，如：德国LZB系统，日本新干线数码ATC系统
如按照闭塞方式分：有固定闭塞、移动闭塞。如按照功效、人机分工和列车运行控制系统化程度分： 一有列车运行控制(Automatic Train Stop略称ATS)系统；ATS是一种只在停车信号(红灯)前实施列车速度控制的装备，是
在非速差式信号系统下的产品，归属列车速度控制的低级阶段。国外多种ATS系统补充了简略的速率监视功效，这种系统设备简单，历史悠长，在我国及世界各国铁路直到现在广泛采用。
二有列车超速防护(Automatic Train Protection略称ATP)系统；列车自动防护系统（ATP）可对列车运行速度进行实时监督，当列车运行速度超过最大允许速度时，自动控制列车实施常用全制动或紧急制动，使列车停在显示禁止信号的信号机或停车标前方。ATP系统的车载设备以仪表或数字指示方式（车内信号方式）向司机给出列车最大允许速度、目标距离和目标速度等信息，司机只要按允许速度操纵机车，就能可靠保证列车安全运行，不冒进信号。通俗地说，一般ATP系统不包含列车的自动加速和自动减速，只是起到超速防护的目的，在国内也将ATP系统叫成列车超速防护系统。ATP是根据速差式信号系统的建立而产生的，列车正常运行由司机控制，只在司机疏忽或失去控制能力且列车浮现超速时设备才发生效力，并以最大经常使用制动或紧急制动方式，强迫列车减速或停车。当列车速度已降至或到达限速要求，由司机鉴定和操作制动缓解。系统要求符合故障-安全原则。这是一种以人(司机)控为主的列车运行安全系统，在欧洲高速铁路上遍及采用。三有列车运行控制(Automatic Train Control略称ATC)系统；铁路列车运行自动控制系统（ATC）可根据行车指挥命令、线路参数、列车参数等实时监督列车运行速度，通过控制列车多级常用制动，自动降低列车运行速度，保证行车安全。列车运行自动控制系统是比列车超速防护系统高一级的列车自动控制系统，它可替代司机的部分操作。通俗地说，铁路的ATC系统可以包含列车的自动减速，该系统在日本应用较为广泛，这种控制模式可以有效降低司机的劳动强度，并且能够提高运输效率，不会因为司机的水平不一样而造成效率的降低，目前我国 200km/h的动车组引进的ATP设备可以理解为日本方式的ATC系统，即在传统的ATP系统上加上一个设备优先控制列车制动的操作模式。ATC又称列车运行控制系统减速系统。当列车运行超过限定速度时，列车运行控制实施正常制动，使列车降至低于限定速度的一定值后，制动阀缓解，列车接续运行。这是一种设备优先的列车运行安全控制系统，司机一部分操作由设备代替，但列车运行的正常调速仍由司机操作，系统一样要求故障-安全原则。这种方式很适合于动车组，日本新干线高速铁路采取这种方式。
四有列车运行(Automatic Train Operation略称ATO)系统。ATO(又称列控驾驶系统)。按系统预先输入的程序，按照列车运行图的要求，由设备代替司机举行列车运行的加速、减速或定点停车的速度调整。一般环境下，司机除对列车开始工作操作外，只对设备的动作举行监视，它归属一种非安全系统，一般叠加在ATC或ATP上，列车运行的安全防护由后者承担。该系统已在城市地铁中较广泛采用，在庞大的铁路干线上，由于运输环境、运输组织比较复杂、恶劣，一般只是注重ATP系统的发展和应用，关于ATS和ATO在铁路运输中应用难度较大，目前很少采用。
列车自动控制系统 篇3
【关键词】信号工 讲训辅行 教学模式
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）06C-0144-02
培养高素质技术技能型人才是高等职业院校的办学使命。开展校企合作、培养高素质技术技能型人才是高职院校教育具有的独特优势，这为高职院校提供了一个良好的发展机遇和广阔的发展空间，同时也带来了挑战。原有的模式不是重理论、少实训实践，就是偏实践、缺理论，前一种模式导致理论知识得不到有效的验证与实践，后一种模式导致学生只是一个“熟练工”。而没有理论知识指导，不管是哪一种教学模式，都不利于理论与实践有机的结合，偏离认知的基本规律而影响学生整体素质提高，达不到培养实用人才的目的和要求。而我院的目标是把学生培养成高技术技能型人才，具备高素质要求，为铁路及相关行业的发展做出贡献。
列车运行控制系统维护课程是铁路高职院校铁道通信信号专业核心课程，通过开展“讲训辅行”的教学模式，加强理论教学与技能教学、个别辅导与全体辅导、学校实习与生产实训的有机结合，改变现有的纯理论讲授教学组织模式，突破原有课程体系的局限，构建“讲训辅行”教学模式和对应课程体系，结合实际需要改进职业教育教学工作，在每个实训项目中融入模块化的职业技术理论知识，达到理论指导实践，实践强化理论，通过实训将理论升华到新的认识，为推动技术创新和实现科技成果做出贡献。
一、教学模式实践
“讲训辅行”是指以“能力本位”为指导，坚持“理论必需、够用”原则，通过工学结合、校企合作等方式，整合课程教学内容，将理论讲授、技能实验实训、个体或群组辅导及能力体现融为一体，构筑起一个教师引导、学生主动参与，在讲、训、辅、行相融的教学环境中完成课程学习的教学形式。
（一）“讲”：针对学生从事的专业技能，有针对性地进行理论讲授，结合案例引入、视频动画、模拟仿真及多媒体信息技术等方法。如项目“机车信号设备维护”，在学习时，以2006年“4·11铁路重大交通事故”引入，主讲铁路机车信号系统构成与机车信号功能。按照铁路机车信号工职业标准，对系统中的主机、机车信号机、接线盒、双路接收线圈分别进行讲解，并结合检测或检修标准、步骤、方法，讲授所需要的职业理论知识。
（二）“训”：每学完一个环节或一个项目，有针对性地开展实验、实训或仿真实验等。比如，在学完“列车运行监控装置”后，铁路车载信号工职业标准要求：能够对列车运行监控装置进行安装与调试。为了达到该职业标准所定的目标，开设了“LKJ监控装置安装与维护”实验，分别进行了主机箱、屏幕显示器、传感器及事故状态记录器的安装。安装完毕，进行通电前的检查等工作，最后通电进行LKJ调试。实验实训过程中，通过设置一些故障，让学生结合所学知识，观察故障现象，定位故障，从而解决故障。
（三）“辅”：对学生存在疑问开展一对一重点辅导和跟踪训练。在相关知识学习过程中，老师要时刻关注每位学生是否能够在规定时间内接受知识。对于个别学生达不到要求时，老师与学生面对面、一对一进行讲解，对共同的问题，老师可以把这些学生集中起来，进行跟踪指导。在实验实训中，有问题时，老师可以有针对性地指导，达到教学目的。
（四）“行”：通过自我践行，强化辅导、训练成果，实现知识内化。还可以通过设置相关故障、设计课题，要求每位学生独立思考、独立解决。对于理论知识，坚持“理论必需、够用”的原则，课后布置练习作业，培养学生独立解决问题的能力。对于技能实践，通过在实验实训过程中，设置铁路现场常见故障，引导学生分析故障原因，进而排除故障。通过这样的自我践行，实现知识内化、技能融通。
该教学模式适合我院学生特点的列车运行控制系统维护课程教学模式，能够提高课程教学质量，在满足“理论必需、够用”的前提下，有效提高实践技能。通过“讲训辅行”教学模式实践，构建了针对讲解、及时实践、个别辅导与跟踪及自我践行的新的教学形式，以全面提高学生整理素质，培养现代化高素质技术技能型人才，适应社会和市场的人才需要。
二、教学效果
通过“讲训辅行”教学模式的实践教学，在课堂教学实践中，以学生为主体，教师为引导，使学生自主学习、主动参与、积极探究，不断构建新知。在针对性的实践训练中，提高技能，强化理论。教师通过个别辅导与跟踪，及时了解与解决在学习中存在的问题，课后布置相关作业，使学生自我践行，提高学生技能。“讲训辅行”教学模式，有效改变了学生传统的单纯接受式学习方式，完成了自主学习、自主探究学习方式的转变，提高了学生的综合能力。通过“讲训辅行”教学的实施，解决技术理论和技能操作的问题，培养高素质技术技能型人才，拓宽服务社会、服务企业的途径。具体效果有：
（一）丰富了教学方法。列车运行控制系统维护课程具有理论性强、知识点多、内容抽象等特点，在教学中，以优化教学效果为核心，促进学生学习能力提高为宗旨，改革传统的、旧的教学方法，大力推行先进的教学方法和手段。课堂中，充分发挥学生的主体地位，培养学生自主性学习、创造性学习的能力，提高教学质量，力求建立一个能够引起学生兴趣，唤起学生学习热情的教学方法体系。
（二）明确了教学目的。比较系统、具体地阐述了列车运行控制系统维护在高职铁路信号专业中的地位，并从学生参与铁路信号设备维护与建设、意识的养成及个人分析和解决问题能力的提高等几个方面，回答了我们为什么要开设这么一门理论性、应用性都很强的学科，从根本上解决了广大高职学生厌烦理论学习的陋习，全面提高了学生学习的积极性与主动性。
（三）优化了教学内容体系。从列车运行控制系统维护课程教学内容的内在关系出发，兼顾学生的特点、专业需求以及课时安排，较好地解决了列车运行控制系统维护课程内容多，课时少，学生学习吃力等诸多教学问题，并比较成功地化解了高职理论教学与实践技能之间的矛盾。
（四）从学生对教学目的的认识、学习态度、学习过程中的表现、学习内容与结果的作用评价以及教师评价等几个方面，在学生中作了一个抽样问卷调查，调查表明：与以往教学模式相比，学生学习列车运行控制系统维护课程的目的更加明确，自觉性、主动性更高，学习感觉更轻松，学习感觉收获更大，对授课老师满意度更高。
“讲训辅行”教学理念是一种全新、开放式思路，是实现理论讲授、实践讲练的有机结合的一种教学模式，针对性地对个别或群组进行实际辅导，以学生为中心，充分发挥学生的主体地位，培养学生自主性学习、创造性学习的能力，在此基础上提高该课程教学质量。
【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（12）
[2]张铁增.列车运行控制系统[M].北京：中国铁道出版社，2011
[3]姬瑞海，李存霞，潘荣江.“教学做赛融合”培养数控高端技能型人才[J].高等工程教育研究，2014（1）
列车自动防护系统技术浅析 篇4
1 列车自动防护系统概述
列车运行自动控制由三个子系统组成, 分别是:列车自动防护 (ATP) 、列车自动驾驶 (ATO) 以及列车自动监督 (ATS) 。其中ATP是一个关键的列车自动防护系统, 它的主要作用是对列车进行自动防护, 负责列车的安全运行, 控制列车运行的间隔。在列车的运行中, 尤其是在十分注重设备的列车运行控制当中, ATP的安全决定了整个列车的安全, 因此在列车运行控制中起着不可忽视的作用。因此, 我们对列车自动防护系统的原理和功能进行了系统的分析, 得出它具备以下几种功能, 一是安全性停车点防护, 它主要是保证列车能在安全区段停下来。二是超速防护和制动保证。在列车超速行驶的情况下, 确保列车一旦超过规定速度, 立即施行制动。
2 列车自动防护系统技术
列车自动防护系统 (ATP) 是城市轨道交通运行中必不可少的安全保障, ATP系统主要负责“超速防护”起保障安全的作用。结合实践我们将列车自动防护系统的这种功能做了具体的分析。
2.1 列车自动防护系统的工作原理
2.1.1 轨旁设备的工作原理
每个轨旁区域控制器都要接受临时限速指令和该控制区内列车发出的位置信息, 根据所有以知障碍物的位置和预计的交通荷载确定其区域内所有列车的移动授权, 并持续更新和传输移动权限指令。最后通过移动闭塞确保列车以最小的运行间隔安全运行。
2.1.2 车载设备工作原理
车载控制器是在微处理器上的基础上建立的, 里面会存储与列车运行有关的轨道线路数据, 它是通过与每个子系统的端口连接, 来实现列车定位、允许速度执行、控制模式的管理、移动授权这些命令的。
2.1.3 数据通信的工作原理
轨旁骨干网络是由骨干交换机构成, 两个单独的单模光缆会交互连接, 骨干网采的弹性分组数据环技术将接入交换机连接起来, 具有智能化、经济性、高效率和可靠性的优点。
2.2 列车自动防护系统的功能
2.2.1 安全性停车点防护
看列车的停车点是否安全, 主要是看它是否停在危险点上。无论如何都不能超越危险点。列车在运行的过程当中会有一个安全间隔, 列车的安全间隔既能保证行车安全, 还能提高运行的效率。由前行列车的位置确定其后方轨道的限速, 后续列车的速度不能超过轨道电路的限速。ATP系统能在列车运行时将移动限定在前行列车尾部后面的安全距离外方停车点, 保证列车之间的最小安全间隔。从而有效保障列车在运行中的安全。
2.2.2 列车的防护和制动
ATP系统有固定的限速, 比如由线路参数决定的区间最大允许速度、由列车的物理特性决定的列车最大允许速度以及临时限速, ATP系统会根据列车当前状态及线路条件, 实时计算出紧急制动情况下列车运行不超出目标点时应满足的速度限值。将这些速度限值连成一条曲线便是速度距离模式曲线。如果列车的时速超越最大允许速度, ATP车载速度会立刻发出报警提示;当超速达到一定值时, 会输出最大常用制动命令, 保证在预计时间内能达到制动或减速的命令, 否则的话立刻实施紧急制动, 保证无论在什么情况下配有车载设备的列车都不会超出限制范围。
2.2.3 列车的紧急制动
紧急制动系统是确保列车在安全制动模式下的停车距离内停车的系统。一旦开启紧急制动, 列车在完全停车前将不会缓解。在实施紧急制动时, 任何外力都无法对它进行干扰, 包括检测出列车在运行中出现错误这一状况。一般情况下不会实施紧急制动, 除非出现以下几种情况:1) ATP被检测出涉及安全故障。2) 列车的移动不正常。3) 运行中车门没有关闭。4) 列车脱钩。
2.2.4 安全控制车门
车载ATP系统对车门控制的监督十分严格, 是为了确保列车准确的在站内开门和避免列车未停稳开门及车门打开时列车启动的情况, 只有在ATP检测得出列车符合所有的安全条件时才会按运行模式开门。
3 列车自动防护系统的速度命令
列车防护系统的速度命令由车载ATP设备和ATP速度命令接收器两部分构成, 车载ATP设备主要是通过阻抗变压器来将接收到的速度命令输入轨道, 再由速度命令来对它的信号进行翻译和显示, 它的目的是保证列车按ATP速度命令安全运行, 一旦检出超速, 立刻采取相应的制动。ATP速度命令接收器的工作原理则是将命令传递给列车感应线圈, 然后车载接收单位将信号过滤变换为限速信息。将测试过的继电器接传接到带通滤波器, 系统处理器会自动将接收到的信号放大、解调, 为了达到测定实际速度的目的, 系统处理器CPU及控制器会重新接收到由比较的结果形成的检测信号, 一旦检测出超速, 车载ATC会立刻实施相应的制动。
4 总结
总的来说, 列车速度的不断提高, 在一定程度上改变了铁路信号技术。很多的铁路在实施列车自动防护系统的过程中, 都将故障安全放在十分重要的位置, 统一设计地面和车载设备, 及时更新技术和强化改造, 以此来保证整个系统的安全性和可靠性。如今铁路信号正在向通信信号一体化这个方向发展。因此, 今后的发展趋势是有效实施列车自动防护系统。
参考文献
[1]郜洪民, 段晨宁, 尹逊政.城轨交通CBTC关键技术——列车自动防护车载 (ATP) 子系统[J].现代城市轨道交通, 2011.
列车自动控制系统 篇5
简要介绍多功能车辆总线(MVB)的特点、传输介质和连接方式,分析南京地铁2号线列车控制与监测系统(TCMS)的网络原理、网络结构、功能和系统接口.
作 者：葛刚 孙路 Ge Gang Sun Lu 作者单位：葛刚,Ge Gang(南京地下铁道有限责任公司运营分公司,南京,210012)
孙路,Sun Lu(铁科院(北京)工程咨询有限公司,北京,100081)
地铁列车总线通信控制网络探讨 篇6
【关键词】列车总线通信控制網络；WTB/MVB；LonWorks；ARCNET
前 言
20世纪70年代末80年代初，以单片机为代表的计算机开始应用到列车控制及故障诊断、显示系统。工业控制总线技术和控制方式的不断进步，并在列车中得到推广应用，使得许多原来用硬连接线不易实现或不可能实现的功能成为可能。而随着地铁运输要求的提高以及计算机网络技术的不断发展，在地铁领域逐步形成了所谓的列车通信控制网络。早期的列车微机控制系统仅用于传动装置的控制，随着计算机技术的发展以及控制、服务对象的增多，计算机在地铁列车上的应用依次划分为：列车控制、车辆控制、传动控制和过程驱动。目前，在国际上运用比较广泛的列车总线通信控制网络有：TCN（Train Communication Net-work），LonWorks（Local Operating Networks），ARCNET（Auxiliary Resource Computer Network）等。
1、三种列车总线通信控制系统
1.1TCN列车总线通信控制网络
这里用Adtranz公司以TCN为标准开发的MITRAC系统，来介绍TCN列车总线控制网络。
早期Adtranz的MICAS-S2系统将列车通信网络分成列车总线和车辆总线，列车总线采用FSK（频移键控），通信波特率为19.2kb/s,车辆总线采用RS-485串行通信标准；局部总线采用双绞线，远程总线采用光缆，通信波特率为1.5Mb/s。MITRAC系统则是在MICAS-S2的基础上发展起来的分布式列车控制网络，其协议已完全符合TCN的标准。应用TCN标准的列车通信总线（WTB）能实现整列车之间的通信，应用多功能车辆总线（MVB）能实现固定车辆组之间及车辆内部的通信。
后由于Adtranz被Bombardier收购,所以MITRAC现在被叫做：庞巴迪轨道车辆牵引控制的电子系统。基于MITRAC系统组成的车辆控制和通信系统叫TCC（即固定单元组的MVB）。有协调所有总线之间的通信和控制列车的功能。其系统的核心是列车控制单元VTCU，它是一个总线管理器，连接MVB和WTB，管理列车控制和网关通信。每个三车单元都有相同结构的TCC和硬件结构。总线管理器控制总线成员之间的通信，它管理所有的总线成员。
1.2LonWorks列车总线通信控制网络
LonWorks是用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台，并具有现场总线技术的一切特点。其通信协议LonTalk支持OSI全部的七层模型，这是LonWorks总线最突出的特点。
我国已将LonWorks制定为列车通信网络标准的一部分。对LonWorks网络的规定：适用于连接一个基本运转单元（单个车辆或车辆的固定组合）或一组基本运转单元内的电子装置，传送时间不太紧迫、时间不要求确定的由事件驱动的消息数据的传送，主要应用于列车监控系统中。由于列车监控系统监控对象组成的相对固定和列车编组的特殊性，标准同时规定了最为常用的网络拓扑结构和网络中的总线关系。
1.3ARCNET列车控制网络系统
ARCNET是一个开放标准协议，1999年成为美国国家标准ANSI/ATA-878.1。它是一种基于令牌传递（Token Passing）协议的现场总线。从OSI参考模型来看，ARCNET位于ISO/OSI七层网络体系模型中的物理层和数据链路层。每个ARCNET物理节点包括一个数据链路层的通信控制器芯片和一个物理层的收发器芯片。在数据链路层，它采用令牌环机制，各节点通过传递令牌来协调网络使用权。节点使用唯一的MAC地址标识自己，单个ARCNET子网最多可有255个节点，ARCNET支持点对点的定向消息和单点对多点的广播消息。
ARCNET在列车上的应用以日本为主要代表。日立的ATI-C系统就是基于ARCNET总线技术设计的。以三动三拖的地铁列车为例，ATI系统列车总线采用ARCNET总线，车辆总线采用RS-485通讯总线。
2、三种列车总线通信控制网络比较
三种列车总线通信控制网络分别在不同的三个地区得到不断发展，欧洲TCN，美国LonWorks，日本ARCNET。现阶段三种列车总线控制技术都较为成熟，但三者间存在着较大差异。TCN网络是专门为列车设计的，而LonWorks和ARCNET是为办公自动化而设计的网络，由于其优越的过程处理能力而被移植到列车控制网络当中。TCN只能组成总线型网络，LonWorks能组成任何形式的网络，ARCNET可以组成总线型或环型网络，但在列车控制网络中一般都采用总线型网络。TCN网络中，WTB总线只能作为列车级总线，MVB总线作为车辆级总线（可承担部分列车级总线功能）。LonWorks网络中，定义列车级与车辆级为不同的域(DOMAIN)。跨越两个域的节点可作为路由器(ROUTER)、代理节点(PROXY)或网关(GATEWAY)。在同一域可以点对点、点对多点通信，可以按子网(SUBNET)或组(GROUP)组网，即在同一条物理介质上实现多个网络的组网。ARCNET网络中，ARCNET作为列车级总线，其车辆总线由RS-485总线或其它总线组网。目前，几种网络之间存在着不同的组网方式，如：TCN与LonWorks混合组网，其形式为：以WTB总线为列车级总线，LonWorks为车辆级总线。例如：新泽西的“慧星”号列车由采用TCN的ADtranz机车和采用LonWorks的ALSTOM客车组成。在列车级网络中，WTB总线通信不经过中间车辆路由传递，而是由总线直接连接，LonWorks和ARCNET总线中列车级总线通信是通过中间车辆的路由传递来完成的。在数据通信差错控制方面，三者一般均采用循环冗余校验码（CRC）。在介质访问控制方式方面，TCN网络采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）。LonWorks网络采用P-CSMA。而ARCNET采用令牌传递总线（Token-Passing Bus）方式。这三种介质访问控制方式中ARCNET的令牌传递总线方式最为稳定，因为它采用的令牌方式是一种按照一定顺序的在各站点传递令牌的方法，谁得到令牌，谁才有发起通信的权利，从而避免几个结点同时发起通信而产生的冲突，特别适合在数据流量巨大的情况下应用。编码方式上，TCN和LonWorks一般采用Manchester编码（曼彻斯特编码）、而ARCNET一般采用NRZI编码（非归零反相编码）。
3、结束语
国外的列车总线通信控制技术发展都相当的快速，而且也很成熟。出现多种不同的控制方式主要是由于各大公司之间的利益与竞争导致的结果。而列车总线通信控制技术是我们国家地铁列车的薄弱环节，所以今后我们应该加快对国外先进技术的学习消化吸收，提高国产化率，这对我们国家降低制造列车成本有着重要的意义。
参考文献
[1]李国平.列车通信网络WTB／MVB与LonWorks的技术比较与应用. 青岛.铁道车辆第42卷第1期2004年1月
[2]姜娜.WTB底层协议的研究与实现.北京交通大学. 硕士学位论文.2007
[3]赵子涛 ，赵延华.LonWorks 现场总线技术在列车监控系统中的应用.（1.河南 济源 454681；2.江苏 南京）.
[4]李勇.基于LonWorks的列车通信网络及智能单元的研究.北京交通大学. 硕士学位论文.2007
欧洲列车控制系统取得新进展 篇7
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。
列车自动控制系统 篇8
列车在牵引过程中, 牵引力大于车轮与钢轨的摩擦力, 单个轴速超过列车运行速度一定值, 列车判断为空转;在制动过程中, 制动力大于车轮与钢轨的摩擦力, 单个轴速低于列车运行速度一定值, 列车判断为滑行。列车空转滑行保护是当轮轨之间粘着被破坏后, 列车在运行中防止轮对踏面和钢轨发生擦伤的一个保护功能。根据深圳地铁1号线一期工程22列车的运营数据, 列车空转滑行保护基本都是由牵引系统的牵引控制单元触发和实施的, 因此, 本文着重对列车牵引系统空转滑行保护系统的控制机理进行了简要分析。
1 基本概念介绍
为了分析空转滑行保护控制机理, 首先需要对轮径校准和速度监控两个基本概念进行介绍。
1.1 轮径校准
牵引控制单元 (DCU) 具有轮径自动校准功能, 由列车通信控制单元 (VTCU) 触发, 并能自动校准每一个轴的轮径。经校准后的轮径值 (d) 保存起在DCU记忆芯片 (由DCU板自带电池供电) , 该值作为该轴轴速计算的基础。具体校正原理如下。
1.1.1 VTCU触发轮径校准功能控制原理
图1中, 输出量VCU_WhDmCb为轮径校准命令, 如果它为高电平, 一个激活DCU轮径校准的命令就会发送到DCU中。VCU_WhDmCb在同时满足以下时输出高电平:
·列车惰性5 s;
·列车速度30～70 km/h;
·没有空转/滑行发生。
1.1.2 DCU轮径校准控制原理
DCU轮径校准的逻辑算法如图2所示:
轮径校准采用闭环PI控制, 对于首次激活, 参考轮径值由VTCU提供, 其中Vcal为A车EBCU 的速度, 因为EBCU采用的是VTCU储存的轮径值。Faxle是速度传感器测量值, d为校准值, Vaxle为计算的轴速。每一次被校准后的轮径后被保存起来, 此内存由一个DCU内部蓄电池电池供电, 被存储的轮径值会作为下一次校准激活时的初始值。每一个轴的轮径被单独校准。
VTCU设置的值不影响DCU的校准效果, 在正常条件下, DCU可以使被校准后的值与真实值很接近, 即使VTCU设置了一个错误的值。
1.2 速度监控
在DCU内部逻辑图定义牵引电机的速度传感器测量信号 (单位Hz) 与车轮周长 (πD, D为校准后的值) 相乘可得出该车轴的转速为Vn (n=1, 2, 3, 4) , DCU把该节车4个轴的速度发给VTCU, 而每个EBCU以VTCU内部存储的轮径值算出一个平均速度信号返回给VTCU, VTCU基于DCU和EBCU发来的速度信号算出一个速度值作为列车的速度。原则是:在牵引期间, VCU 将采用这些信号中的最慢的信号;在制动或打滑期间, VCU 将采取这些信号中的最快信号。所以即使车轮打滑时也可以获得正确的速度信号。产生的速度信号可作为DCU/M 的参考速度信号;在进行DCU/M 车轮直径校准时, VCU 将以A车EBCU 的速度为基础产生这个信号。
VTCU产生的列车速度会发送到DCU, DCU根据网络延时和当时列车的状态对其进行修正, 作为DCU的参考速度, 定义为Vref。 单个轴的速度Vn与Vref的速度差值被定义每个轴滑行速ΔVn (n=1, 2, 3, 4) 。而系统根据当时条件为每个轴算出一个最大的差值, 我们称为内部限制速度差maxΔVn, 每轴的速度差值ΔVn再与内部速度差限制maxΔVn相减, 得出与速度差限制的差值, 从4个差值取最小值为ΔVmargin, 这个最小值是DCU判断是否报空转滑行故障的条件。
2 DCU空转滑行控制机理
防滑防空转控制子系统可以在以下三种系统中选择:
1) 优化防滑-防空转控制;
2) 防滑-防空转保护;
3) Δv控制。
优化防滑-防空转控制是到目前为止最常用的系统, 深圳地铁1号线一期工程22列车设定为第一种, 即优化防滑-防空转控制。
优化防滑-防空转控制具有监控和控制两个状态, 在监控状态, 系统主要监测Δv (Δv为单节车平均速度Vave与参考速度Vref的差值) , 当Δv<Δva时 (Δva是一个动态的值) , 这个程度的空转/滑行是允许的, 系统不会加以控制。当Δv>Δva时, 系统认为空转/滑行的程度过大, 需要控制 (但还不至于报故障) , 此时, 优化系统由监控状态转变成控制状态, 减少牵引/制动力的输出值来控制Δv。如果优化成功, 使得Δv<Δva时, 空转滑行系统返回监控状态。
当优化不成功的时候, 空转/滑行的程度会加重, 一旦空转/滑行达到报故障的程度, 即ΔVmargin<0, 相应的故障激活信息会从DCU发送到VTCU, VTCU再把故障信息传到MMI上。这个故障信息表示本节车已经发生空转/滑行了, 至于是不是严重空转/滑行, 由VTCU判断。另外, DCU也会监控振动超限, 所谓的振动超限是指列车各轴转速的变化率超过限制, 在DCU内部这是一个固定的角速度变化率值为11 rad/s。如果超过了这个值, 列车也会报空转/滑行。根据速度超限和振动超限而触发报故障信息。
由上分析可知, DCU向VTCU上报空转/滑行信息主要是依据对轴速的检测与列车参考速度信号进行对比和运算处理来进行判断, 并先通过降低输出进行优化控制, 如失效则上报故障信息。
3 VTCU空转滑行控制诊断机理
列车诊断系统对一般空转/滑行和严重空转/滑行处理不同, 一般空转/滑行发生时只会在司机显示屏空转/滑行信息区域黄闪, 而严重空转/滑行除了在显示屏空转/滑行区域黄闪外, 还会在列车诊断系统中存有故障纪录。
3.1 一般空转/滑行
如图3所示, 牵引系统判断一般空转/滑行的条件为:
·Slip-slide-DCB或Slip-slide-DCC高电平则表示B车或C车发生了空转/滑行故障, 由DCU发送到VTCU;
·只要任何一个车向VTCU传来空转/滑行故障信息 (来自DCU) , MMI上空转/滑行信息区域就黄闪 (VCU-SsPrAvMMI=1) 。
3.2 严重空转/滑行
如图4所示, 牵引系统判断严重空转/滑行信息的条件为:
·发生了空转/滑行;
·空转/滑行持续了5 s;
·在5 s内列车的实际电制动力平均值小于列车要求的牵引/制动力平均值的50%。
4 结语
列车空转滑行保护为一种保护车轮和钢轨避免擦伤的正常保护功能, 大多数空转滑行保护只是在司机显示器 (MMI) 上显示和VTCU 中记录, 一般对列车的运营没有实质性影响。
摘要：文章以深圳地铁1号线一期工程22列车牵引系统的空转滑行保护系统为例, 对其控制机理进行了简要分析。
关键词：牵引系统,空转滑行,控制机理
参考文献
[1]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, 2007, 30 (1) .
高速列车运行控制系统的研究 篇9
1 高速列车运行控制系统的研究
目前, 高速列车运行控制系统是由铁道部鉴定的准高速列车速度分级控制系统发展而来的, 列车在运行过程中, 其时速满足200km的旅客列车信号安全控制的各方面要求, 该系统运行的原则是“人机联控, 人控优先”的原则, 然而, 高速列车运行控制系统的原理是:当列车行驶过程中, 司机可以根据列车的时速来控制设备。当列车超速时, 设备就会自动发出警报, 以便司机及时采用制动来减缓列车的行驶速度;当列车行驶速度低于高速标准速度时, 允许司机暂时缓解。该系统在运行和控制过程中, 基于可靠性与故障安全理论研究的基础上, 将信号安全技术、机电控制技术以及计算机技术相结合, 最终形成了机电一体化信号安全的防护系统。整个系统采用的是VME总线技术以及欧洲结构标准, 采用开放式结构以及双机冗余的方式, 确保高速列车在运行过程中, 具有可靠性和安全性, 提高列车行驶的安全指数。
1.1 运行控制系统的结构分析
高速列车运行控制系统的构成元素主要包含: (1) 主机柜, 双套热备冗余子系统组成, 其中涉及连续信号译码单元、点式信号译码单元、速度控制保障以及查询应答器设备等; (2) 显示器, 高速列车在行驶过程中, 采用彩色液晶显示器向司机提供目标速度、距离以及列车相关设备的动作信息和故障, 以便司机更加清晰、直观地了解到列车运行状态; (3) 连续式信号天线, 主要用来接收线路连续信号, 为运行控制系统提供报警和提示。 (4) 环线点式信号天线, 主要接收点式信息; (5) 速度传感器及对应的按钮。列车运行控制系统的具体结构如图1所示。
1.2 系统功能模块研究
整个高速列车运行控制系统按照具体功能可以分为以下几个模块: (1) 信号模块。该模块是列车运行控制系统的基础模块, 主要用来接收车载系统所需要的地面信息, 该模块由连续信号接收子系统以及点式信号接收子系统共同组成, 为列车的正常行驶提供信号保障。然而该模块主采用先进的DSP处理技术, 经过线谱识别对信号进行识别, 以指示列车行驶。 (2) 人机接口模块。该模块的主要作用是为司机和车载列控制系统提供交换信息, 通过车载列控制系统向司机提供列车在行驶过程中的目标速度、距离以及相关设备的动作等, 为司机提供了一个动态行驶状态。 (3) 测速测距模块。该模块用来测量列车的行驶速度和距离, 以可靠、精确的数据跟踪列车运行特性, 避免列车出现不良运行状况, 引起不安全现象的发生。 (4) 双机判决模块。该模块主要负责信息交换, 在实时监测过程中, 及时监测异常状况, 最终实现双机冗余方式; (5) 通信模块。以网络为平台, 对列车实施车载列控与其他模块之间的信息交换, 在网络状态下将信息共享, 以方便列车控制及相关的记录信息。 (6) 速度控制模块。该模块属于高速列车运行控制系统的核心部分, 在保证列车安全运行过程中, 控制行驶的速度。该模块采用实时监测的方式, 不定时与允许标准速度进行对比, 当行驶速度大于目标速度时, 该模块向司机发出制动命令;当列车速度低于缓解速度时, 向司机发出允许缓解命令, 以便司机随时控制列车的形式速度, 确保列车安全、可靠运行。
2 高速列车运行控制系统的应用
将高速列车运行控制系统应用于广深线控车模式中, 针对不同自动闭塞制式, 结合不同控制模块, 最终达到控制列车安全、高效运行的目的, 实现广深线高速列车防“两冒一超”的功能, 增强列车行驶的安全性。具体应用模式表现在: (1) 阶梯控制模式, 针对地面采用的UM71轨道电路, 在各个区间正线中设置双红灯防护, 加强对车载速度的控制; (2) 曲线控制模式, 为了提高列车运行效率, 采用模式曲线控制, 列车载正线进站停车后, 根据接收到的信号进行停车, 避免出现冒出站信号机现象, 将其控制在限速点内, 根据不同信号, 做出不同的应对措施, 具体如图2所示。
当列车正线进站停车收到02信号时, 设备限速值为45km/h;根据目标距离最终生成45km/h~0km/h的模式, 保证列车正确、安全停车;当列车正线进站停车收到00S信号时, 同样设备的限速值为45km/h, 将根据目标距离生成时速为45km/h~0km/h, 确保列车载出站信号机前停车。
3 结束语
综上所述, 高速列车运行控制系统将智能化、网络化、集成化等先进技术结合在一起, 实现了提升高速列车运行控制系统的应用效率, 确保高速列车在行驶过程中安全、可靠、高效运行。然而, 为了更好地适应并满足高速列车对车载控制系统的要求, 还需要将列车运行控制系统进一步提升并改进, 在ATP的基础上增加ATO功能, 当列车载允许的最高时速中实施紧急制动, 增强列车行驶的安全性, 以叫平稳的运行状态, 进一步改进列车调动系统, 为高速列车行驶提供安全、舒适以及正点地运行提供系统保证, 与此同时, 该系统还可以从查询应答器技术以及网络化传输技术中, 增强列车运行控制系统的整体性, 促进我国铁路运输业不断进步, 推动经济的快速发展。
摘要：目前, 随着铁路运输业的快速发展, 列车运行控制系统也在不断更新以保证列车安全、高效地运行。文章主要研究了列车运行控制系统, 详细分析了该系统的原理、系统构成以及系统的具体应用状况, 并且以广深线作为具体研究对象, 在智能控制技术以及高速列车载控制系统的要求下, 进一步探究了高速车载信号控制技术, 为高速列车运行控制系统的研究提供了更有效的技术支撑。
关键词：高速列车,运行,控制系统
参考文献
[1]赵哲, 钱立新.基于模型的高速列车运行控制系统可信性验证方法研究[J].交通信息工程及控制, 2015 (24) .
[2]张亚东, 赵海刚, 王江涛.高速列车运行控制模式曲线分析及其仿真研究[J].中国铁道科学, 2015 (11) .
[3]卞建光, 汤金金, 王晶.列车运行控制系统安全通信协议验证方法的研究[J].中国铁道学研究, 2014 (32) .
列车自动控制系统 篇10
对于城市轨道交通系统高效率、高密度的要求来说, 列车自动控制系统 (Automatic Train ControlATC) 是必不可少的。其中一个重要的子系统:列车自动驾驶 (Automatic Train Operation ATO) 能模拟有经验的司机完成驾驶列车的任务。由于使用ATO系统后, 可以使列车经常处于最佳运行状态, 避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速, 因此可以明显提高旅客的舒适度, 同时可以节约能源。本文将着重从节能角度来阐述基于ATO系统的列车运行算法。
2 ATO系统工作原理
ATO系统的功能主要是速度调节和站内定点停车, 实现正常情况下高质量的自动驾驶, 其各项功能都由ATP实施防护。ATO系统工作原理描述如下:ATO从ATS得到列车运行任务命令, 该命令由地面发送设备 (如轨道电路) 传送并经过ATP的接收处理。ATP将处理过后的有用的信息传给ATO, 并显示相关信息, 且不断地监视ATO的工作ATO利用有用信息计算运行速度, 得出控制量, 并执行控制命令, 同时显示计算结果和有关控制信息。到站后, 司机从控台输入列车信息, 通过列车向地面的发送设备 (如PTI天线) , 由地面环线接收后传到ATS。ATS根据此列车信息, 确定列车的新任务后, 再次通过地面发送设备传送给ATO。在区间运行时, 每到达轨道信号交换处, ATO便接收新的地面信息, 以便进行速度调整。如ATO故障, 则切断ATO进行人工驾驶, ATP与ATS的工作不变。
3 合理操纵原则
计算机选择操纵序列的基本依据是列车牵引计算的相关理论:在满足限速、时间等约束条件的情况下可以任意切换列车运行状态。而实际的列车往往由于自身机械装置或电气设备等的限制不能完成, 因此需要对操纵序列的合理性给出标准。机车的运行工况有3种:牵引、惰行和制动。牵引时, 机车产生向前的牵引力带动列车运动;惰行时。列车不受机车牵引或制动力的影响, 依靠惯性向前运动;制动时, 机车产生与运动方向相反的制动力阻止列车的运动。不同工况之间的转换并不是任意的, 必须满足一定的转换规则。如图1所示。
除了这些基本的约束规则之外, 为了取得更加满意的列车操纵效果仍需学习优秀司机的成熟经验。比如转换到新的工况后必须在此状态下保持一段时间才能改变为其他工况, 坡前需要提前惰行等。将这些经验总结成自动驾驶的控制规则。对不同的情况采取相应的控制策略, 能在各类复杂的线路上保证列车安全、准点、舒适、合理运行, 取得良好的控制效果。
4 节能操纵策略
4.1 能耗的构成
在某条固定线路上运行, 列车运能量消耗可用下面的式子计算:
E=E1+E2+E3
式中E1———提高列车动能能耗;E2———克服列车运行时的基本阻力和加算坡道阻力所做的功;E3———机车运行时的自耗;依据线路断面的不同, 以上三个方面所占的比重也不相同, 如果两站之间以长下坡道为主, 偶尔的上坡道也无需牵引, 列车采取惰行工况即可通过, 对于这样特殊的线路段面而言, 机车的操纵主要表现为动力制动、惰行、空气制动, 故能耗中E3占主要地位, E1、E2基本没有能耗, 实际上对这样的线路段面, 已不存在对列车运行进行节能优化的必要, 列车的运行应以确保安全为主。如果两站之间为持续的上坡道, 则能耗中E2占主要位置, 列车采用牵引工况, 同样没有节能的必要。对一般的线路断面而言 (区间内存在大量的起伏坡道或区间内坡道变化比较小) , 则E1、E2占能耗的主要部分。而列车自耗能E1基本上随不同操纵变化不大, 因此, 节能应该是减少不必要的制动以避免列车动能损耗, 充分利用势能以保持或增加列车动能, 以及减少基本阻力所做的功。
4.2 节能算法
1) 列车启动阶段, 尽量利用最大牵引力牵引, 对于城市间铁路的有级牵引来说, 就是在尽可能短的时间内将手柄位提升到最大值。
2) 列车在区间运行时, 尽量降低运行速度的不均匀性, 列车围绕目标速度采用牵引惰行模式运行;尽量采用惰行工况。列车惰行的能耗等于自耗, 是运行能耗最小的工况。因此充分利用惰行可大幅减低列车总的运行能耗。
3) 停车或者前方限速值为零时, 列车以最大制动力制动停车。
在图2中, v为目标速度, k1, k2为高于目标速度的阀值, m1, m 2为低于目标速度的阀值。具体运行过程为:列车速度达到或超过目标较小值k1时, 列车将首先采用惰行方式, 若列车处在下坡使其速度继续增加, 当速度大于值k2时进行制动。在下坡道上, 为防止列车工况频繁的在惰行, 制动间转换, 可将制动后的惰行条件确定为低于目标速度值m1, 这样, 列车以制动工况运行到速度m1, 时再改为惰行, 若列车速度有回升, 则有m1~k2的惰行空间;若列车惰行速度继续下降, 则下降到m2时再转换为牵引工况, 惰行空间为m 1~m 2。
5 结语
本文对列车优化操纵及自动驾驶模式进行了研究, 先给出了ATO运行的基本原理, 继而给出了合理操纵的基本原则。实现了节能操纵的基本方法。该算法以列车运行的节能性为主要指标并兼顾了准时性, 停车精度, 舒适性等功能。该研究为进一步研究地铁列车自动驾驶仿真系统做了必要的准备。
摘要：列车自动驾驶系统是列车运行自动控制系统的重要组成部分, 它代替司机完成驾驶列车的任务, 保证列车高效节能运行。本文以ATO的工作原理为背景, 给出了列车操纵的原则, 并着重从节能角度出发给出了工况转换策略和节能算法。
关键词：ATO,节能,操纵策略
参考文献
[1]毛保华, 何天键, 袁振洲.通用列车运行模拟软件系统研究[J].铁道学报, 2000.
[2]唐涛, 黄良骥.列车自动驾驶系统控制算法综述[J].北京:铁道学报, 2003.
列车系统实训功能开发初探讨 篇11
【关键词】轨道交通 TCMS 构架组成 实训项目
随着各个城市交通压力的增大，为缓解交通压力，现在越来越多的城市着力于发展轨道交通，其中，修建地铁成为缓解交通压力的首选。目前已知在建地铁城市有：长春、大连、重庆、武汉、杭州、哈尔滨、西安、苏州、青岛、长沙、无锡、福州、东莞、宁波、济南、厦门、常州、郑州、南昌等城市，地铁具有快速、大运量、大众化、用电力牵引、线路全封闭的一种轨道交通方式。目前地铁运行已经不局限于在地下隧道中的这种形式，运行线路多样化，可采用地下、地面、高架三者有机结合的建造方式，并且泛指采用高规格电客列车同时高峰小时单向运输能力达到3万至7万人的大容量城市轨道交通系统。地铁具有自身的特点，与其它类型的交通方式相比具有以下特点（1） 地铁交通是大型城市基础设施，为社会生产和生活提供基础服务，具有显著的公益性 。（2） 地铁交通基础设施的线路、车站、通信和车辆等，具有资产专用性，一经完成不能它用。（3） 地铁交通建设成本高，规模大，回收周期长。地铁网络系统规模的扩大，可以降低成本。（4） 地铁交通项目的规划、设计、建设和运营等各阶段，需多专业、多行业、多企业间相互配合[2]。
随着地铁技术的发展，修建地铁城市增多，对人才需求越来越多，如何在校期间实施列车网络方面的实训项目，为地铁公司培养急需人才，是现在各个高职院校一直在努力的方向。随着越来越多地铁订单班的组建，需要对人才进行定向培养，因此针对驾驶专业方向的学生，需要将列车系统实训提到日程，现浅谈一下地铁列车系统的实训开发过程。
一、熟悉系统框架及组成分析
1、TCMS【3】系统框架组成
现研究的城轨地铁列车模型主要采用的是TCMS（Train Control and Management System）系统，该系统主要有6个部分组成，即列车信息显示、列车功能控制、列车维护管理、列车故障分析、列车故障记录、列车信息管理。如图1-1所示。
TCMS系统组成
2、TCMS系统框架组成分析
TCMS系统主要设备包括VTCU、DDU、RIOM、（RS485/CAN）网关、PCE、ACE、BCE、EDCU、ACV、PA/PIS、ATC。
VTCU：作为列车的主控制单元，每列车上配置2个互为冗余的VTCU；当强主VTCU故障时，弱主VTCU马上自动接替强主VTCU工作，保证列车正常运行，运行TCMS的主要应用程序，监控列车状态，并进行相关的信息存储，管理CAN网络的通讯。
DDU：司机显示单元，每个司机室配置1个。作为人机接口，方便司机了解列车的状态，指导司机处理相关故障，驾驶列车。
RIOM：远程输入/输出单元，在Tc车的一位端设一套RIOM（RIOM10），每个客室二位端各设一套RIOM（RIOM11或RIOM21）。采集和控制非微机控制子系统的相关信号。
RS485/CAN网关：与具有串行接口的设备（ATC）进行通讯。
PCE：牵引电子控制单元，位于Mp车，管理牵引系统。通过CAN网的通讯仅限于监测和非安全控制功能。
ACE：辅助电子控制单元，位于Tc车，管理辅助供电系统。通过CAN网的
通讯仅限于监测和非安全控制功能。
BCE：制动电子控制单元，位于每节车的每个转向架旁，控制制动系统以及供风系统。通过CAN网的通讯仅限于监测和非安全控制功能。
EDCU：车门电子控制单元，用于监测车门状态。不同车辆的车门控制单元交叉连挂在车内两路CAN总线上，确保一条总线有断点故障时，不会丢失同一侧所有车门的状态信息。
ACV：客室空调控制单元，位于每辆车，控制空调系统工作。通过与CAN网络进行通讯，实现对空调系统的集中控制功能，并监测空调系统的状态。
PA/PIS：乘客信息系统控制单元，位于Tc车，将作为一个独立的系统，单独控制音频系统、乘客信息显示系统。直接与CAN网络进行通讯，实现对音频和乘客信息显示的控制，并监测PIS系统的状态。
ATC：车载列车自动控制设备，在Tc车通过独立的RS485/CAN转换模块与CAN网络进行通讯，与VTCU交换列车的状态信息和ATC的控制信息。主要架构如图1-2所示。
二、系统功能分析
TCMS系统框架组成主要分析的是地铁车C1、C2、C5、C6车的设计方式，TCMS（列车控制和监测系统）用于监测列车所有子系统的状态和列车运行状态，并执行部分控制功能，不进行紧急制动或车门控制等，这些控制功能仅由硬线控制实现。
微机控制单元数据通过CAN总线或串行总线传输，非微机控制单元状态通过RIOM（远程输入输出模块）采集，发送到VTCU进行收集和管理。
TCMS列车网络采用CANopen协议进行网络通讯，符合ISO11898和EN50325-4标准。
1、TCMS由3路CAN总线组成。
1）采用一路CAN总线连接ACE、PCE、BCE等车下网络设备。
2）采用两路CAN总线连接了ATC、PA/PIS、 RIOM、DDU、车门、空调等其他车内网络设备子系统的。ATC、PA/PIS、RIOM、DDU、车门和空调等其他子系统合理地分布在车内设备网络的两路CAN总线上，两路总线相互间不影响，并且任一节点的故障也不影响系统的工作，有效提高列车的可靠性和列车的数据传输速度。
其中3路CAN总线的传输速度均为250Kbit/s。
具有串行接口的设备通过RS485/CAN模块与列车网络进行通讯。
本实例中的ATC控制单元将通过此设备与VTCU进行通信。
制动系统内部具有一个冗余的Echelon网络，连接各节车上的BCE，用于实现制动系统内部信号通讯和制动力的分配控制。
2、接口类型
TCMS系统接口具有下列三种类型：
1）CAN接口设备直接连接到CAN网上；
2）RS485接口设备通过RS485/CAN模块连接到CAN网上；
3）I/O信号通过RIOM连接到CAN网上。
CAN连接插座类型：D-Sub 9针（公/母）。如下图1-3所示。
RS485连接插座类型：D-Sub 9针（公/母）。如下图1-4所示。
三、实训功能开发
项目一 系统运行
TCMS 主要负责监视列车和所有微机控制子系统的运行状态，同时也进行PIS报站控制。
实训过程包括查看系统运行状态，可以进行报站操作（学生之间相互操作）。
其中，TCMS运行模式分为三种：初始化模式（上电模式）；正常模式（基本模式）；降级模式；
具体操作过程：
1）TCMS上电后，设备进行初始化阶段，主要是设备自身进行的包括硬件及软件的自检。
2）当设备初始化完成之后，TCMS有以下两种正常运行模式：
?激活：接收来自主控钥匙的激活信号后，司机可以通过激活司机室的DDU输出控制指令；非激活司机室的DDU可以查看列车状态，进入维护界面；“故障警报界面”仅在激活司机室的DDU显示，维护界面仅在非激活司机室可以进入。
?待机：未选择主控钥匙，TCMS等待列车激活或断电，可以通过两端的DDU查看列车状态，进入维护界面。
3）当TCMS系统发生某些比较严重的故障影响到列车正常运行时，TCMS进入降级模式。
2、系统管理
TCMS执行三级基本管理功能：
?1级：应用管理，管理逻辑输入/输出、串行连接、设备控制和与DDU的数据交换。
?2级：系统管理，管理CAN网、系统时钟和故障信息。
?3级：通讯管理，在CAN网上传输的过程数据和信息。
TCMS的基本管理功能可分为：CAN网管理， CAN网上的设备可用性检查，时间管理，故障管理，二进制I/O管理。
3、驾驶操作辅助功能
DDU显示器为触摸屏，作为TCMS系统人机接口，辅助司机完成列车操作功能。
驾驶人员可以通过DDU了解列车的当前状态信息及历史故障信息，如下图1-5所示：
DDU界面显示界面分为门控系统、制动供风单元、牵引系统、辅助系统、空调系统、PIS系统、历史故障信息等，上图1-5显示为牵引页面，显示线电压为1500V，牵引电流分别为450A、111A，并且显示列车车次号、当前站、终点站，列车状态为牵引状态，此时列车的当前状态为10km/h等状态信息。
若操作过程中，列车发生故障时，TCMS系统会将相关的故障信息存储在故障记录仪中，同时发送到DDU界面上进行显示。通过DDU当前故障清单界面可以查看相关故障信息，同时通过查看TO/ETO指示信息进行故障处理。
四、总结
列车控制和监测系统功能较多，原理较为复杂，系统的实训项目开发过程任重而道远，结合所学课程，从系统组成到模块功能分析，再到初步设计可进行的实训课程开发，包含的项目为系统的初运行、系统模块管理，最后涉及到驾驶操作过程，进行初步的实训功能项目开发，当然，若将TCMS系统应用到后续实际教学过程中，会安排增加相应具体实训细节。后续会考虑增加关于数据记录功能、故障设置及排查等功能的实训。
【参考文献】
[1]列车通信网络研究现状及展望，常振臣，北京交通大学 ，电力机车与城轨车辆，2005.3
[2]我国地铁的发展现状及展望，张国碧，山西建筑，2010.11。
列车自动控制系统 篇12
2011年春, 为验证列车自动驾驶对系统运行能耗的影响, 地铁运营公司在北京地铁亦庄线组织进行了2次全线全天耗电量统计, 能耗数据见表1 (全天耗电量数据来源于亦庄线供电站电表在一天内走过数值的累积) 。
表1中三月份的统计数据显示, 在全天客流量基本相同的前提下, 全天采用ATO自动驾驶比全天采用ATO辅助人工驾驶耗电要多;而四月份的统计数据显示, 在全天客流量较小的前提下, 全天采用ATO辅助人工驾驶却比采用ATO自动驾驶耗电要多。
因数据来源、统计方式等原因, 上述耗电量统计数据也许不足以说明亦庄线ATO自动驾驶较人工驾驶费电, 但此次耗电量统计使得亦庄线自动驾驶能耗问题受到了包括地铁运营公司、地铁建设公司、ATO供应商的广泛重视。深入分析ATO驾驶能耗规律, 优化ATO算法, 使自动驾驶更节能, 成为各方共同的认识和需要。
2 司机驾驶习惯分析
比较ATO自动驾驶和人工驾驶的能耗, 应首先从分析司机的驾驶习惯入手。为此, 随机抽取2011年4月10日010车全天的司机人工驾驶数据进行分析。典型人工驾驶区间运行曲线见图1。
通过分析, 得出如下司机驾驶习惯: (1) 司机在出站启动时牵引级数增长较快; (2) 司机在出站后将列车加速到接近推荐速度, 然后使列车保持惰行状态, 直到列车速度远低于推荐速度再牵引, 或到进站停车推荐速度下降时再进行制动; (3) 司机在进站制动阶段基本按照推荐速度驾驶, 并最终控制列车进站停车。
通过国内外的大量研究, 目前普遍认可应采用下列驾驶策略达到节能目的:出站即施加最大牵引达到区间巡航速度, 巡航过程中尽量保持惰行, 并尽量减少制动频率, 接近站台时采用一次性连续制动停车。
可见, 亦庄线司机的驾驶习惯与上述以节能为目的的驾驶策略基本一致。
3 ATO节能控制算法设计
目前对于巡航过程中牵引/惰行策略的算法研究, 一般使用较为先进的计算方法和控制理论, 如使用神经元网络、遗传算法等。这类算法通常能够通过迭代过程, 利用计算机运算速度优势, 精确找到牵引与惰行的切换点, 并能实现区间运行时分的精确控制。但也存在不足:对计算机的运算能力要求较高, 通常用于理论仿真, ATO作为对运算实时性有较高要求的嵌入式系统, 实现上述方法的经济成本相对较高, 不利于工程实现;同时复杂的在线算法为测试带来了一定难度, 不利于工程验证。
通过分析司机的驾驶策略, 能够设计出一套以模拟司机驾驶习惯为基础的、便于工程实施的ATO速度控制算法。该控制算法具备如下特征: (1) 出站过程中, 在保证一定乘客舒适度的前提下, 尽快施加牵引, 使列车速度达到推荐速度; (2) 区间巡航过程中, 尽量不施加制动, 通过调整牵引/惰行策略, 兼顾节能与运行效率; (3) 进站制动过程中, 按照推荐速度控制列车进站停车, 并保证一定的乘客舒适度。
3.1 ATO在区间巡航过程中的驾驶策略
区间巡航过程中的牵引/惰行策略对列车节能起主要作用。ATO按下列策略控制列车在区间巡航阶段行驶:列车出站即施加牵引至速度A后开始惰行, 直至速度降为B后, 重新施加牵引至速度A……按上述过程循环, 直至进入进站制动阶段后, 开始按推荐速度施加制动并最终在站内停车。
基于上述策略, 通过2种方法对驾驶策略进行在线调整, 使ATO同时兼顾运行效率和节能的要求。
第一种方法:调整施加牵引的速度上限A (见图2) 。以上限A (2) 为策略驾驶的区间运行时间长于上限A (1) , 但对于长度较短的区间, 节能效果好于上限A (1) 。
第二种方法:调整由惰行转为再次输出牵引的速度门限B (见图3) 。以门限B (2) 为策略驾驶的区间运行时间长于门限B (1) , 但节能效果好于门限B (1) 。
3.2 节能控制策略参数 (A和B) 计算方法
基于线路数据、车辆特性和历史运行数据, 可以计算出满足运营计划要求的节能控制策略参数A和B, 并最终为指定区间给出多组节能控制方案。
为简化计算过程, 计算方法基于下列假设: (1) ATO算法和车辆执行单元共同保证出站牵引至速度A过程中的加速度恒定; (2) ATO算法和车辆执行单元共同保证惰行结束后, 由速度B牵引至速度A过程中的加速度恒定; (3) ATO算法和车辆执行单元共同保证进站制动过程的减速度恒定; (4) 通过分析历史运行数据得到区间惰行时的惰行减速度具有一般性。
基于上述假设, 可计算出ATO驾驶列车的实际速度曲线, 并计算出参数A、B和区间运行时间T。节能控制策略参数的计算步骤见图4。
节能控制策略参数 (A和B) 的算法可概括为:将A=B=区间允许运行的最大速度作为基本方案, 并计算出区间运行时间T0。在基本方案的基础上, 按先B后A的顺序下调参数至速度0, 并计算相应的运行时间Tn, Tn与T0相差X (如5 s) 时, 可将相应的An、Bn、Tn作为一个节能控制方案, 持续到选出N种 (如4种) 方案, 或Tn超过区间计划运营时间, 或再无参数可调时为止。
3.3 区间节能控制方案的自动化生成工具
利用MATLAB编写的软件可实现节能控制方案计算的自动化。软件具备下列功能: (1) 能够批量导入线路数据、历史运行数据、计划运营图等数据, 并自动分析生成方案所需的相关参数; (2) 可设定不同方案的区间运行时间差; (3) 可设定方案分析中调整A、B参数时的步长; (4) 可设定每个运行区间允许的最大方案数N; (5) 为每个运行区间计算出1～N个方案; (6) 导出包含所有区间、所有方案的A、B、T的数据文件; (7) 支持依据经验人工配置各区间各方案的A、B参数, 并自动计算相应的区间运行时间T, 以验证输入的方案是否满足区间计划运行时间的要求; (8) 自动绘制指定区间、指定方案的模拟运行曲线。
软件运行流程见图5。
导出数据列表中的运行时间T是模拟计算的理论值, 在将软件生成的节能控制方案用于实际工程前, 还需在正线试验中根据实际运行时间进行调整。
3.4 节能控制策略在实际列车运行控制系统 (ATC) 中的实现方案
列车自动监控系统 (ATS) 根据当前线路的运营情况, 计算出列车在下一个运营区间允许的最长运行时间, 并将该时间通过无线网络发送给车载ATO, ATO以区间实际运行时间T不超过ATS规定的最长运行时间为前提, 查找本地存储的包含所有区间、所有方案的A、B、T数据文件, 并选择对应区间最节能的控制方案 (通常是A和B参数较小的方案) 控制列车行驶。实现方案见图6。
4 亦庄线现场方案验证
采用上述MATLAB软件仿真计算参数A和B的值, 最终选择下列几组参数在亦庄线现场进行方案验证: (1) 无惰行方案 (即优化前的方案) , A=推荐速度-2 km/h, B=推荐速度-2 km/h; (2) 短惰行方案, A=推荐速度-2 km/h, B=推荐速度-4.5 km/h; (3) 长惰行方案, A=推荐速度-2 km/h, B=推荐速度-7.5 km/h。
2011年4月28日晚, 在亦庄正线使用YZ003车对采用节能优化算法的ATO应用程序进行单车现场方案验证。采用长惰行方案的上行同济南路—荣昌东街站运行曲线见图7, ATO的驾驶曲线与亦庄线司机的驾驶曲线极为相似。
4.1 区间运行时间比较
采用不同方案在亦庄正线进行常规交路运行, 分别统计区间运行总时间 (见表2) 。
随着惰行时间的延长, 区间运行时间有所延长, 但仍在计划运行时间内, 其中长惰行方案虽然比原方案的区间运行时间慢了70.6 s, 但比计划运营时间提前了23 s。
4.2 能耗比较
采用不同方案在亦庄正线进行常规交路运行, 分别统计耗电量 (见表3) 。
s
kW·h
注:耗电量数据来源是亦庄线供电站电表数在列车运行常规交路一圈过程中走过数值的累积。
随着惰行时间的延长, 耗电量有所减少, 其中长惰行方案比原方案耗电量下降了约9%, 达到了节能的目标。
5 结束语
综上所述, 采用的节能控制算法在单车验证测试中通过, 与旧算法相比, 运行时间和耗电量指标均达到设计目标。新算法使用的A、B参数兼容无惰行的原方案, 可根据实际情况灵活配置, 并在新旧2种算法间自由切换, 便于工程实施。上述实际ATC系统实现方案将在北京地铁14号线上采用, 通过ATS的指令可同时达到区间运行时间调整和节能运行的目的。