杜飞
中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心，河北省唐山市 063035
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
中图分类号：TN915.852；U285.41
0.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。
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图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。
2.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。
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3.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.