简述TIMS网络控制和列车硬线控制的安全设计方案

摘要：城轨列车对牵引制动的控制越来越侧重于网络和硬线相结合的控制模式，一方面考虑实现列车控制的有效性和便捷性，另外一方面也考虑车辆故障时减小对运营服务质量的影响。针对列车TIMS网络和硬线控制的安全设计方案进行了阐述和分析。

关键词：牵引制动，网络控制 ，应急运行，安全可靠性

中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号：

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TIMS（列车信息管理系统）是一种简易的列车信息管理系统，该系统监视和控制由串行传输线连接的主要车载设备的信息，通过网络传输数据和指令，主要实现对列车牵引制动系统的控制。一旦网络出现传输故障影响列车运行时，就必须通过列车硬线来实现列车的牵引和制动。

一、TIMS网络对牵引制动的控制方案

1.1 TIMS对车辆牵引的控制

TIMS对车辆牵引系统的控制目的主要是由TIMS通过通讯传送牵引指令和车载量到牵引逆变器用于牵引的网络控制。TIMS接收来自司控器的驾驶室状态信号、前进信号、后退信号、牵引指令信号、制动指令信号等数字输入信号；接收来自司控器的牵引/制动指令的模拟输入信号；接收来自EBCU通讯传输的车载量模拟信号。TIMS接收并通过通讯传输这些信号VVVF进行计算，通过变压变频的的控制，从而实现对车辆运行方向、牵引力矩大小的有效控制。

1.2 TIMS对车辆制动的控制

为了进行有效的制动操作和提高乘车平稳性，TIMS负责整个电空混合制动的控制。TIMS通过来自司控器的制动指令和来自EBCU的车辆载重计算出每辆车的制动力，TIMS累计每辆车的制动力得到的总制动力。TIMS再根据各动车的重量分配来计算给各动车的再生制动力，并通过通讯传送给VVVF。VVVF根据来自TIMS的请求施加再生制动并将实际制动力反馈给TIMS。TIMS传输列车的总制动力、各VVVF反馈的实际再生制动力和EBCU的状态。EBCU根据总制动力和来自TIMS的再生制动力计算和控制空气制动。为使EBCU以列车为单位控制空气制动，TIMS收集车载量和各EBCU的工作状态信息并将这些信息传输给EBCU，从而通过制动系统本身施加空气制动。

二、TIMS故障情况下的牵引制动应急硬线控制方案

2.1 TIMS故障时车辆存在限速的应急运行模式方案

TIMS的故障主要指操作端CCU故障出现脱机、离线、内部模块死机或者受电磁干扰或病毒感染等因素造成TIMS牵引制动控制功能失效，驾驶员必须通过操作紧急制动按钮实现车辆的紧急停车。驾驶员可以通过操作应急运行开关，通过硬线将方向信号、牵引制动命令信号传递给VVVF、EBCU。此信号皆为数字信号，

此时车辆不论司控器手柄位置如何，牵引扭矩都被设置在一个固定的扭矩值，VVVF逆变器将最大列车速度控制在20～25km/h范围内，制动时也是以最大常用制动停车。如表一向前牵引制动所示：

2.2 常用制动和快速制动的硬线备份方案

当TIMS网络出现故障时，如果驾驶员未在第一时间发现故障，此时车辆处于牵引制动失控的不安全的运行状态。增加常用制动和快速制动的硬线备份，也是为了保证TIMS故障时可以瞬间施加制动停车，待车辆静止之后再操作应急运行开关，保证车辆可以牵引启动运行。

将司控器给出的常用制动指令硬线信号直接与每节车的EBCU相连。当列车施加常用制动时，EBCU会根据网络和硬线信号判断制动状态。当一个或者多个EBCU在相应的传输时间里没有接收到TIMS网络传输的常用制动级位大小时，相应的EBCU会自动通过硬线施加最大常用制动，正常传输的EBCU会根据网络施加实际大小的常用制动指令。

增加司控器至EBCU的快速制动硬连线，当快速制动硬线指令和快速制动的网络传输指令任意一个有效时，EBCU施加快速制动。

2.3 硬线控制时车辆的不限速运行模式方案

在网络正常传输控制时，牵引制动手柄级位的大小通过司控器将模拟电压信号传递给TIMS单元，通过通讯传输给VVVF、EBCU进行有效的网络控制。当TIMS单元故障不能进行网络通讯传输时，操作应急运行开关，在硬线控制上增加PWM发生器，将司控器给出的牵引制动电压信号传递给PWM发生器进行转换，再将转后的信号传递给VVVF、EBCU单元进行牵引制动力大小的控制。在这种情况下，主要是为了保证车辆不限速的运行方式，保证车辆牵引、制动都正常操作，车辆可以运行到终点站下线回库检修。

三、双重控制的安全可靠性

通过网络和硬线的双重控制，才能保证车辆在TIMS网络正常和TIMS网络故障不同情况下的安全可靠运行。从实际正线运营的需求来看，不至于一旦出现TIMS单元故障时就造成清客、救援等对正线的运营影响，可以通过应急运行保障车辆牵引和制动的运行控制；另外一旦TIMS出现任何故障，通过常用制动和快速制动的备份方案可以在最快的时间里施加制动，避免司机在意识上对TIMS故障与否的判断造成的时间差，保障车辆自身的运行可靠安全性。

四、结论

从车辆安全设计和车辆运营影响的综合分析来看，采用TIMS网络控制和增加牵引、制动列车硬线控制，增加PWM发生器对牵引制动力大小的硬线控制，才是相对较为合理的设计方案。