浅谈天津地铁三号线列车管理系统(TMS)控制功能

摘要：列车管理系统（TMS）是一种便于操作及维护，且能对列车主要设备进行实时监控并记录列车性能和故障履历的简易的信息管理系统。因其操作维护方便，能有效降低列车故障率，同时能提高列车的管理效率，目前在城市轨道交通中应用极为广泛。

关键词：列车管理系统（TMS）；天津地铁；冗余控制；安全控制；

中图分类号：U231文献标识码： A

1 列车信息管理系统（TMS）的优点

1.1 列车综合控制

TMS集成列车控制功能，包括动力控制，制动混合控制和延长电源控制，从而减少离散列车线，提高机车车辆的可靠性。

1.2 故障时迅速准确的对策和确定故障原因

如果操作车辆过程中发生故障，故障信息以及必要的抢救措施会自动显示在驾驶室的控制台上，并不间断地监控设备运行是否正常。若故障时，能够采集并存储故障跟踪数据，通过下载数据记录，便于故障分析。

1.3 检修简单且检修时间短

由于设备的运行信息显示在驾驶台上，可以简化周期性的检修程序，缩短检修时间。

2 TMS的组成结构

2.1 中央控制单元和本地单元

中央控制单元（CCU）被安装于每辆Tc车内，本地单元（LU）被安装于每个中间车辆（M和T车）。CCU和LU由两个中央处理单元CPU1和CPU2构成。

CCU和 LU中的 CPU1执行整体控制的应用程序并进行CCU和LU的整体控制和监视，CCU 的CPU1通过RS422串行链路控制DU，T车LU的 CPU1通过RS422串行链路与ER通信，如果CPU1故障，CPU2作为备份节点接管 CPU1的所有功能。

2.2 显示单元和显示控制器

每个驾驶室安装一个显示单元（DU）和一个显示控制器（DC）以通过一个RS422串行连接提供人机接口（MMI）。显示器为带触摸屏输入系统和蜂鸣器的彩色绘图型机器。并且可以在显示屏上通过手动调节更改显示屏的亮度。

2.3 事件记录仪

事件记录仪（ER）安装于T车。ER记录任何决定的操作，如车辆操作者通过操纵紧急停车开关或安全开关、操作紧急门激活紧急制动记录数据由TMS的CCU和 LU收集后通过传输发送到ER，同时ER也拥有自身的数字输入和模拟输入端口将信号直接输入到ER。

2.4 IC卡读卡器/写卡器

IC卡读卡器/写卡器被安装于每一个驾驶室以提供通过IC存储卡从/到TMS下载/上传的数据。

2.5 车辆总线

在车辆总线网络技术中提供了RS485多支路或点到点的总线方法。 为了满足必须的性能和可维护性，一些相似功能的装置由多支路连接分组并连接到相同的总线。车辆总线的标准如下：

物理层： EIA（电子工业联合）定义的RS-485

传输协议：ISO 3309/4335 1993(E)定义的HDLC同步

2.6 TMS概念操作

（1）总体操作

CCU和LU为自我服务，即时在列车分离的情况下也运转，CCU和LU单元按顺序将自身信息如“状态数据”提供到其他的CCU和LU。必要时，CCU和LU参考其他CCU和LU的信息。

（2）主站

在总线中总有一个“主站”。 因为每个CCU和LU在列车总线中有优先权， 拥有最高级优先权的良好CCU和 LU即变成 “主站”。“主站”监管所有TMS并且有包括DU和ER在内的TMS操作判断权。主站的主要任务是生成诸如列车速度的、定义列车等级状态的“主状态”；生成“车载测试指令”来控制如列车等级的程序；检测与列车装置有关的故障，诸如列车总线传输故障。

（3）主站备份

当作为主站的CCU和LU故障，其他的CCU和LU拥有优先权接管任务，当拥有最高优先的故障CCU和LU恢复正常时，它将不接管从先前主状态的状态，单元将自己生成“主状态”。

3 TMS冗余控制功能

3.1 列车总线

如下图无论是中央单元还是本地单元，任何传输节点都是双份的，电源也是双份的，且每个CPU都有旁路继电器。如果节点故障，如CPU故障或电源故障，旁路继电器自动关闭，因此数据转到相邻的节点。

当CPU故障、单个或不对称的两条通讯电缆故障时，因为这个故障节点和线路被旁路掉了，所以对控制没有影响；当相冗余的CPU或是对称的通讯电缆有双重故障时，对列车控制系统有影响，控制命令无法传到另一个网络。

3.2 CCU（对其他TMS单元的控制指令）

前方驾驶室的CCU正常时，CCU的 CPU1 每 20ms对车辆发出牵引/制动的相关指令。CPU2经常监视来自 CPU1的控制指令，只要 CPU1发出控制指令 CPU2就不发出指令。如果一个CPU 在100ms 内没有接受到来自另一个CPU 的控制指令，这个CPU则代替另一个CPU开始每20ms 发出控制指令；如果在CPU1故障条件下CPU2故障，CPU1 和CPU2都不能发出控制指令。在此条件下，对列车控制会产生影响。

3.3 CCU/LU（对子系统的控制指令输出）

根据前方驾驶室CCU的控制指令，CCU和 LU通过传输或数字输出向子系统输出控制指令。当CCU/LU正常时，由CPU1向子系统输出指令，CPU2经常监视 CPU1的操作，只要 CPU1正常操作就不输出指令。在正常情况下，CPU1通过SDR（状态数据请求）传输控制指令，SDR包括通过固定轮询周期对子系统的监视信号，CPU2经常监视来自 CPU1的SDR，且只要CPU1传输SDR，其不进行传输。在CPU1故障条件下，如果CPU2 在10个轮询周期（例如：对VVVF100ms）没有接收到来自CPU1的SDR， CPU2通过双轮询周期在此条件下，对TMS的控制功能无影响，如果在CPU1故障条件下CPU2故障，则CPU1和CPU2都不能向子系统传输控制指令，在此条件下，对列车控制有影响。

4 TMS对牵引/制动系统的安全控制

4.1 列车总线双重故障：

车辆的VVVF和EBCU无再生制动和常用空气制动，常用制动操作时车辆总制动力不足，这时可以通过 ATP的紧急制动确保安全。

4.2 CCU双重故障

所有车辆的VVVF和EBCU无再生制动和常用空气制动，即使操作司控器手柄列车也不能制动，这时可以通过 ATP的紧急制动确保安全。

4.3 LU双重故障

在LU双重故障情况下，故障车辆不能进行制动力计算，但是正常TMS CCU 和LU可以补足故障车辆的制动力，因此，即使LU发生双重故障仍然可以保证列车的总制动力，在此故障状态下，TMS在TMS显示器上显示故障信息，驾驶员可以得知故障条件并手动施加紧急制动，如果由于制动力小引起超速，最终ATP 将施行紧急制动。

5 总结

列车信息管理系统（TMS）作为一个对列车实现控制、监控、记录等功能的重要部件，对于数据通信网络而言，与列车的其他系统还有很多设备接口，在运行过程中，不可避免的会出现一些问题，且列车环境被认为是一种极其严酷和不利的环境，列车上电噪音的来源包括了例如VVVF和SIV在内的大型能量的转换，选择一个合适的网络载体和完备的冗余控制功能以确保整个系统的可靠性和安全性显得十分重要。