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TCMS系统

第四部分–铁路动车组总体技术方案（下）

4.2A-250技术说明书

附件19

TCMS

索引

1.通用性

所提供的TCMS系统是从新的Pendolino项目派生而来，它基本上将会尽可能的多使用相同类型的体系结构和软件。

2.列车说明

本动车组是由分布式交流电源（25kV）驱动的动车组。

其列车编组固定为8节车编组。

本列车为对称式（4+4节车）。

4节车组成半列车。

每个半列车包括3台牵引变流器（内部带有辅助静态变流器）和1台牵引变压器。

每节车有其电池充电器。

列车编组为M/M/R/M–M/R/M/M，其中“M”表示动车，“R”表示拖车。

本动车组能够在中国的既有线路上运行，在既有线路指定区段正常运行条件下其时速可达250km/h。

3.

多组联挂

该动车组最多能够以16节车编组形式运行（2组列车联挂）。

4.TCMS体系结构

TCMS体系结构基于具有高冗余度的标准TCN。

该体系结构使用2个标准的TCMS模块，每半列车（称为车组）一个。

TCMS体系结构沿用了HV结构（每个牵引变压器有一个TCMS模块）。

两个模块使用网关通过列车总线进行通信。

网络体系结构在下图中示出。

注：

由重影的设备表示冗余。

设备图例：

项目

说明

GW

列车总线网关

MPULT

主处理单元–牵引线路

MPULC

主处理单元–车内设施线路

REP

车辆总线中继器

RIOMLQ

远程输入/输出机柜一侧

RIOMCAB

远程输入/输出司机室一侧

RIOMCOMB

远程输入/输出变压器一侧

TS

驾驶台“仪表”监视器

TD

驾驶台“诊断”监视器

LT

车辆监视器

BCU

制动控制单元

TCU

牵引控制单元

ACU

辅助控制单元

SIGN

信号设备（TBD）

RADIO

无线电设备（TBD）

PIS

乘客信息系统中央控制单元

HVAC

气候控制单元

DOORS

车门控制单元

WC

卫生间控制单元

PATH

通道指示灯（门上）

CB

电池充电器　

能耗测量设备也将连接到MVB总线上。

在车组层面上，该体系结构被分为两个不同的层次：

牵引和车内设施。

每一层次均使用一对MPU进行管理。

这两个层次通过车辆“信号”总线进行通信而连接在一起。

此总线由牵引层的MPU控制。

此外还有一个RS485形式的车辆总线，它仅用于次要设备的诊断。

4.1.列车总线

各单元间的连接通过贯穿端部列车自动车钩的“WTB”（列车总线）型冗余链路实现。

此总线是TCN网络的一部分，它在长度因挂钩/摘钩操作而发生变化时可以实现网络的动态重组（网关重新编号）。

该总线使用阻抗受控的冗余介质，其传输的信息速率约为1Mb/s。

传输距离为860米，22个节点

备用节点有4个（冗余网关被认为只有一台设备）。

讨论带宽裕量没有意义，因为该总线为动态型。

网关的轮询周期约为50ms。

同一总线还用于两个车组之间的通信。

4.2.网关

网关可以实现列车总线与车辆总线之间的双向信息交换。

每个网关与列车线路之间以128字节的报文（周期数据）交换与其车组相关的信息，并接收来自整个列车编组中其他所有网关的同类信息。

网关为完全冗余（电路板、连接器、电源等）。

4.3.MPU-LT，MPU-LC

MPU（MainProcessingUnit，主处理单元），负责对其车组进行指令和控制。

在每一车组中有2对MPU。

其中的2个（MPU-LT）控制牵引和信号设备总线上的所有设备，而另外2个（MPU-LC）则控制车内设施和RS485车辆总线上的所有设备。

MPU功能任务周期可认为不超过100ms（目标值为50ms）。

4.4.车辆总线

车辆总线为MVB（MultifunctionVehicleBus，多功能车辆总线）EMD类型（电气介质距离）。

该总线使用阻抗受控的冗余介质，其传输的信息速率约为1.5Mb/s。

最大

传输距离200米，32个节点（设备）。

备用节点至少每段为20%。

用于处理数据的备用带宽约为30%。

在此总线上可以使用不同的轮询周期：

从用于快速信息的32ms到用于较次要信息的512ms。

每个车组有3条总线：

牵引、车内设施和信号。

4.4.1.MVB信号总线规范

MVB-A-信号总线

快周期：

32ms

慢周期：

512ms

源端口

汇端口

节点编号

节点类型

端口规格（字节数）

端口数

周期（ms）

带宽开路特性（s）

端口规格（字节数）

端口数

周期（ms）

带宽开路特性（s）

1

信号

4

4

256

70.50

4

1

256

17.63

信号DIA

8

4

1024

20.25

-

0

32

0.00

1

射频

4

1

256

17.63

4

1

256

17.63

射频DIA

8

1

1024

5.06

-

0

32

0.00

1

SCMT

-

0

1024

0.00

-

0

256

0.00

2

DDU

32

2

512

76.50

32

2

512

76.50

DDUDIA

-

0

512

0.00

-

0

512

0.00

2

MPU_CL

32

2

32

1224.00

32

2

32

MPU_CL

32

1

128

153.00

32

1

128

-

2

MPU_TL--来自TL的dia

32

12

1024

229.50

-

-

-

-

MPU_TL--gw控制

32

1

32

612.00

32

2

32

1224.00

1

GW

32

3

32

918.00

32

3

32

918.00

GW

16

3

32

630.00

-

-

32

0.00

GW

8

6

32

0.00

-

-

32

0.00

GWDIA

32

2

256

76.50

-

0

0.00

1

RIOM-CAB-A

32

3

32

918.00

32

2

32

612.00

RIOM-CAB-ADIA

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-CAB-B

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-CAB-BDIA

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

总设备数

12

源端口占用的总带宽（ms）

5.89

汇端口占用的总带宽（ms）

3.17

设备约束

要求所要求的设备编号裕量20%

MVB总线上的最大设备数32

设备裕量20

设备约束满足

OK

带宽约束

要求过程数据所要求的带宽裕量30%9.6ms

总持续时间带宽32ms

保留的周期带宽30%9.60ms

最大周期阶段持续时间70%22.40ms

周期阶段持续时间9.06ms

每个过程数据的可用带宽55.95%13.34ms

带宽约束满足

OK

4.4.2.MVB牵引总线规范

MVB-B-牵引总线

快周期：

32ms

慢周期：

512ms

源端口

汇端口

节点编号

节点类型

端口规格（字节数）

端口数

周期（ms）

带宽开路特性（s）

端口规格（字节数）

端口数

周期（ms）

带宽开路特性（s）

8

BCU+ANT.

16

1

128

420.00

16

1

128

420.00

BCU+ANT.

-

-

-

-

16

1

512

105.00

BCU+ANT.DIA

16

1

1024

52.50

-

-

-

3

TCU

16

1

128

157.50

16

1

128

157.50

TCU

-

-

-

16

1

512

39.38

TCU-DIA

16

1

1024

19.69

-

-

-

-

3

ACU

16

1

256

78.75

16

1

256

78.75

ACUDIA

8

1

1024

15.19

-

1

512

0.00

1

RIOM-ALQ1车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-ALQDIA1车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-BLQ1车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-BLQDIA1车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-ALQ2车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-ALQDIA2车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-BLQ2车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-BLQDIA2车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-ALQ3车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-ALQDIA3车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-BLQ3车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-BLQDIA3车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-ALQ4车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-ALQDIA4车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-ALQ4车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-ALQDIA4车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-ALQ4车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-ALQDIA4车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

1

RIOM-BLQ4车

32

3

32

918.00

32

1

32

306.00

RIOM-BLQDIA4车

32

1

1024

9.56

-

0

32

0.00

总设备数

24

源端口占用的总带宽（ms）

10.02

汇端口占用的总带宽（ms）

3.86

设备约束

要求所要求的设备编号裕量20%

MVB总线上的最大设备数64（带有中继器）

设备裕量40

设备约束满足

OK

带宽约束

要求过程数据所要求的带宽裕量30%9.6ms

总持续时间带宽32ms

保留的周期带宽30%9.60ms

最大周期阶段持续时间70%22.40ms

周期阶段持续时间13.88ms

每个过程数据的可用带宽38.04%8.52ms

带宽约束满足

OK

4.4.3.MVB车内设施总线规范

MVB-C-车内设施总线

快周期：

32ms

慢周期：

512ms

源端口

汇端口

节点编号

节点类型

端口规格（字节数）

端口数

周期（ms）

带宽开路特性（s）

端口规格（字节数）

端口数

周期（ms）

带宽开路特性（s）

4

HVAC

8

1

32

648.00

8

1

32

648.00

HVAC

8

1

1024

20.25

-

0

32

0.00

14

DOORS

16

1

32

2940.00

16

1

64

1470.00

DOORS

8

1

512

141.75

-

0

32

0.00

1

PIS

4

1

64

70.50

8

1

64

81.00

PIS

8

1

1024

5.06

-

0

32

0.00

4

DDU

32

2

512

153.00

32

2

512

153.00

DDUDIA

-

0

512

0.00

-

-

512

0.00

总设备数

23

源端口占用的总带宽（ms）

3.98

汇端口占用的总带宽（ms）

2.35

设备约束

要求所要求的设备编号裕量20%

MVB总线上的最大设备数64（带有中继器）

设备裕量41

设备约束满足

OK

要求过程数据所要求的带宽裕量30%9.6ms

总持续时间带宽32ms

保留的周期带宽30%9.60ms

最大周期阶段持续时间70%22.40ms

周期阶段持续时间6.33ms

每个过程数据的可用带宽71.74%16.07ms

带宽约束满足

OK

4.5.中继器

中继器是一种主要为硬件的专用设备，用于扩展MVB在长度和节点方面的容量。

事实上，通过中继器连接的MVB总线的两个不同区段在MPU层次上看来只是一个有32+32个节点、200+200米长的一条MVB总线。

中继器引起的数据传输延时非常微小。

4.6.RS485诊断总线

这是另一种类型的车辆总线，用于诊断在性能和冗余方面均没有特殊要求的较次要设备诊断数据的传输。

该总线使用阻抗受控的非冗余介质，其传输的信息速率约为38,400b/s。

最大传输距离500米，32个节点。

4.7.监视器

4.7.1.司机台监视器

驾驶台上有2个分别名为TS和TD的监视器。

监视器为彩色TFT显示器。

屏幕尺寸至少10英寸，其分辨率为800x600（SVGA）。

监视器带有加热器和风扇，可在低和高环境温度下使用。

监视器具备“节电”模式功能，可以延长寿命。

监视器所使用的语言为中文。

4.7.1.1.TS监视器

TS监视器以图形化方式向司机显示主要驾驶信息值（即线电压、线电流、力矩等）。

司机可以用屏幕周围置放的一组按键与监视器进行交互。

他也可以使用这些按键向设备发送全局性或选择性命令。

司机还可以在专门画面中通过监视器手动排除掉某些设备。

4.7.1.2.TD监视器

TD监视器向司机显示有关整个编组（2组相连的列车）全部设备的所有诊断信息。

这样司机有可能看到以下内容：

∙所有被监视设备和组件的状态（启用、停用、故障、被排除等）。

∙具有操作指导的自动报警（在故障情况下）。

∙司机可以用屏幕周围置放的一组按键与监视器进行交互。

他也可以使用这些按键向设备发送全局性或选择性命令。

司机还可以在专门画面中通过监视器手动排除掉某些设备。

4.7.2.本地监视器

在每辆车的BT机柜或乘务员室中将会提供本地监视器。

此显示器的主要功能是：

∙显示主要本地信息（即制动气缸压力等）的默认画面

∙发送本地命令（即设置乘客车厢温度、灯光等）

∙对列车组成员显示自动报警

∙显示车辆设备的状态

∙显示车辆的故障信息

本地监视器与驾驶台监视器的技术特性相似。

4.8.RIOM

RIOM（远程输入/输出模块，）为MPU执行信号采集并执行由MPU发送的输出命令。

它们通过车辆牵引总线与MPU进行通信。

每个IO部件可以有不同类型的输入/输出：

∙数字输入（以电池负极为参考的数字信号）

∙模拟输入（电流或电压模拟信号）

∙数字输出（继电器触点，用于断开RIOM与外部电路的连接）

∙模拟输出（电流或电压模拟信号）

对于此项目已进行如下IO定义：

DI=数字输入;DO=数字输出;AI=模拟输入;AO=模拟输出

在每一位置CAB、LQ、COMB均有两个名为RIOM“A”和RIOM“B”的冗余部件。

这样TCMS系统将控制每组列车中如下数量的IO：

很显然，在项目开发过程中这些数字可以变化。

5.冗余性

系统冗余性排除了单一故障下松散冗余功能的可能性。

冗余功能以并联连接的冗余输入和冗余输出实现。

5.1.网关冗余性

只有一个启用，而另一个处于待机模式，并且可在已启用的一个发生故障时立即开启。

这一自动切换过程对于应用而言是透明的。

为对这种情况进行管理，网关的两个部分通过一条内部串行总线（CAN）进行通信。

同时还通过同一条串行线进行确定谁为主站、谁为从站的仲裁。

5.2.MPU冗余性

MPU的冗余类型为热冗余。

两个MPU均可管理其MVB总线（单条或多条）。

它们读取相同的输入，并执行相同的任务。

在故障情况下一个会接替另一个。

同一总线上的所有设备均由同一MPU发送指令。

同样这一自动切换过程对于冗余应用而言也是透明的。

5.3.RIOM冗余性

为实现冗余功能，RIOM的输出继电器以并联连接。

当一个输出出现故障时，其继电器将被释放。

相应功能由冗余RIOM的输出保证。

最坏的情况可能是电源故障或MVB接口故障。

在这种情况下，该RIOM的所有输出继电器均会被释放。

同样在这种情况下相应功能也由冗余RIOM的输出保证。

5.4.监视器冗余性

5.4.1.驾驶台监视器冗余性

TS和TD有冗余。

事实上当二者之一出现故障时，可以通过屏幕周围的按键选择起效模式（TS或TD），以便从另一个监视器上获取所有画面及信息。

冗余性不是自动实现的，需要司机干预。

5.4.2.本地监视器冗余性

在操作员发出要求后，可以在每台本地监视器画面上显示其他任何车辆的诊断信息。

由于车辆的诊断数据保存在MPU内存中，在一个本地监视器出现故障时，操作员可以使用相邻车辆的监视器获得故障监视器的信息（以其他监视器实现冗余性）。

5.5.中继器冗余性

只有一个启用，而另一个处于待机模式，并且可在已启用的一个发生故障时立即开启。

这一自动切换过程对于应用而言是透明的。

5.6.非冗余功能

诸如次重要性的电路诊断等次要功能可以没有冗余。

在所涉及的一个输入或输出出现故障时，可将其禁用。

网关、MPU或中继器的单个故障对于此功能也是透明的。

6.功能和系统性能要求

TCMS系统的主要任务在下表中给出（响应时间与包括HW组件在内的完整功能有关，且表中所示为最大允许时间。

TCMS体系结构必须满足这些要求）：

子系统

功能

功能实现途径

MU/SU/本地

所需响应时间（秒）

备注

挂钩

自动车钩门开启/闭合命令

列车两端的TCMS

SU

15

门状态变化所需的时间约为10秒

挂钩

（整列车的）头车–尾车的定义

通过GW的TCMS

SU/MU

0.5

挂钩

连接门诊断

列车两端的TCMS

SU/MU

5

挂钩

连接门：

速度触发器以允许开启

TCMS

SU

0.5

挂钩

连接台：

在某一速度以上必须自动闭合（如果端部车辆未连接）

TCMS

SU

0.5

挂钩

当2组列车挂钩或摘钩时，此操作对设备必须透明。

主断路器不应开路，辅助件不应切断等。

在TCN重编号期间保护装置也应保持有效。

TCMS+主断路器环路上的硬连线旁路

MU

无

火灾探测

人员报警：

车上火灾（车辆位置）

MPU，通过RIOM

MU

2

任务监视周期为0.2秒

火灾探测

司机报警：

车上火灾（车辆位置）

驾驶台上的信号命令

MPU，通过RIOM

MU

1

火灾探测

系统诊断

MPU，通过RIOM

MU

5

火灾探测

排除驾驶台上的信号

MPU

SU

1

火灾探测

火灾探测

MPU

SU

5

5秒为避免错误报警的门槛值

辅助

电池电路诊断

MPU，通过RIOM

SU/MU

5

辅助

启动/停机电池充电器管理

MPU，通过RIOM

SU/MU

1

辅助

电池充电器诊断采集数据

MPU，通过串行线

SU

5

辅助

电池诊断

由BC管理。

发送至MPU

SU

5

辅助

待机电池管理

当没有接触网电压时，在一段临时措施之后，某些负载可按照相应电气BT平衡通过启动/停机触点或通过MVB消息进行切断

SU

2

辅助

辅助管理

MPU

SU

2

辅助

系统诊断

MPU

MU

5

辅助

MT卸载

MPU

SU

无

优先级顺序：

变压器、牵引、主压缩机等

辅助

MT线路重新配置

MPU，通过RIOM

SU

5

辅助

当一个MT设备被关断时，其通风设备也必须被关断

MPU，通过RIOM

SU

无

辅助

外部MT电源：

应可以从一个外部插座向列车内的所有清洁用插座供电

MPU

SU

无

辅助

外部MT电源：

MT线路配置，用一个或多个外部插座向列车提供卸载电源

MPU

SU

无

HVAC

根据驾驶室中一个选择开关的档位确定系统启动/停机

gestitodaMPU

MU

1

HVAC

车辆温度设定点应可通过诊断监视器调整。

调节+2、+1、0、-1、-2。

从每台监视器应可向整个列车发送全局调节命令

MPU

SU/MU

3

HVAC

降低风扇速度

HVAC，通过来自MPU的信息

SU

2

HVAC

系统诊断

HVAC发送给MPU

SU

5

HVAC

驾驶室气候适应调整：

系统诊断

HVAC发送给MPU

SU

5

HVAC

驾驶室气候适应调整：

HVAC驾驶室的远程命令

MPU

SU/MU

5

HVAC

人员报警：

系统故障（车辆的指示）。

无通风

MPU

SU/MU

5

HVAC

flaps命令

MPU，通过信号请求

MU

1

HVAC

紧急通风

MPU+连线命令（在冗余情况下）

MU/本地

1

制动

混合管理（TCU电气制动状态到BCU主站的反馈）

MPU

SU/MU

1

制动

给TCU的制动