基于TCMS的列车智能化研究

朱红岗,张哲瑞

（日立永济电气设备(西安)有限公司技术中心,710018）

基于TCMS的列车智能化研究

朱红岗,张哲瑞

（日立永济电气设备(西安)有限公司技术中心,710018）

针对基于列车网络控制系统（TCMS）的列车智能化研究，本文给出了TCMS智能系统框架，介绍了TCMS数据发送、数据传输单元（DTU）的数据传输、车辆段服务器数据接收和上位机软件开发，实现了TCMS系统对车载子系统设备状态的远程监控，达到了通信的良好性能。

列车网络控制系统；数据传输单元；车载子系统；远程监控

0 引言

随着国内城市轨道交通的迅速发展，地铁、轻轨、低地板车等列车大规模运营，由于城轨车辆集机械、自动控制和信息处理等于一体，对于列车车载子系统的维护，业主采用的方式是列车入库后对子系统进行数据人工下载，这种方式浪费人力、物力，自动化程度较低。因此，列车维护的智能化是一个可行的研究方向，其中，列车网络控制与管理系统（TCMS）的智能化是研究的热点。

1 TCMS智能系统框架

地铁车辆的车载子系统一般包括：列车自动控制系统（ATO）、牵引电传动系统（VVVF）、辅助供电系统（APS）、TCMS系统、制动装置、空调、车门、乘客广播（PA）装置、乘客信息系统（PIS）、火灾（FAS）装置。TCMS系统作为列车的“大脑”及神经网络，负责与列车其他子系统之间的信息传输、控制、故障判断及处理提示等逻辑处理，在列车运营及维护阶段承担着至关重要的作用。TCMS智能系统框架设计采用客户端/服务器（C/S）模式，车辆段系统作为服务器端，车载TCMS系统作为客户端，TCMS系统通过LTE网络将列车网络中子系统数据发送至地铁车辆段服务器，在服务器端搭载地铁车辆维护上位机软件，通过该软件实现对车载子系统设备的实时监控、故障的存储和分类、实验数据获取，并能打印相应子系统设备信息。具体实现框架如图1.1所示。

图1.1 TCMS智能系统框架

2 TCMS系统数据发送

TCMS系统中主要包含以下设备：中央处理单元（CCU）、远程输入输出单元（RIOM）、人机交互单元（HMI）、事件记录仪（ER）和中继器（REP）等。本文基于CCU设备实现串行通信，将其他子系统数据传输至数据传输单元（DTU）中，使用接口函数initSerial ()来完成基于RS485串行通信初始化，具体函数定义如下：

initSerial (char *port, int protocol, int line, int Encoding, int speed, int Length, int stopBits, int parity)

其中*port是指串行接口通道数，共3路，’’/dev/sccX”(X=1,3,4)；protocol是指通信协议，包括HDLC和UART两种；line是指物理层传输介质，包括RS485和RS232两种；Encoding是指数据链路层编码方式，包括NRZ、NRZI、FM0、MANCHESTER和DIFF_MANCHESTER五种编码方式；speed是指通信速率，对于HDLC通信最大支持500kbps，对于UART通信最大支持115.2kbps；Length是指数据位数大小，包括5位、6位、7位、8位四种；stopBits是指停止位数，包含1位、2位两种；parity是指校验位，有奇、偶、高、低四种校验方式。

3 DTU数据传输

本文中TCMS系统与其他子系统之间的通信为基于HDLC的RS485通信，通信速率最高为38.4kbps，TCMS系统的网络传输协议是MVB，最高达1.5Mbps，LTE新一代移动网络，其数据传输速率高，其通信速率达100Mbps，用LTE网络来传输TCMS系统网络数据，带宽足够大。DTU设备作为LTE网络的运行载体，实现数据的透明传输，被广泛应用于工业控制中。

DTU上电后进行自检和初始化配置，待自检通过和配置成功后，DTU通过CCU接收车载子系统设备数据，然后将这些数据通过内部集成的TCP/IP协议栈打包，使用LTE网络下的GPRS通信进行数据可靠传输，将其发送至车辆段服务器上。DTU内部每发送1个指令，数据透明传输模块接收并执行，并将其执行状态返回，如果超过2s没有收到数据透明传输模块的回复，则对其进行复位，避免进入死循环状态。

4 车辆段服务器数据接收

数据接收服务器位于地铁车辆段中，主要接收从TCMS系统中传输的车辆各子系统的设备信息、故障状态以及实验结果等信息。

本文在服务端建立Socket通信，建立数据接收进程。服务端Socket侦听主要分以下几个步骤：创建IP实例，获取车辆DTU设备IP地址，端口，用于Socket侦听时绑定；创建套接字，建立一个面向连接(TCP)的Socket；将已经创建的套接字与IP实例进行绑定；设置套接字为接收模式；在套接字上接收接入的连接，一旦接收到一个连接后，就新建一个线程，来实现信息的发送和接收；在套接字上接收DTU设备发送的信息。

5 服务器端上位机软件开发

LabVIEW 是一款强大的上位机开发软件，在数据采集和工业控制等领域有着广泛用途，它使用灵活，完成对数据的接收、处理、分析、存储、显示等功能。同时具备串行通信、TCP/IP、UDP、HTTP、蓝牙、红外线等多种标准通信协议驱动及接口库函数，ADO数据库存储技术实现了大容量数据存储，功能十分完善。

Labview上位机软件总体设计流程图，分为以下流程：创建TCP侦听，打开TCP链接；读取TCP数据，并对数据进行分离，并对分离后的数据进行数据解析，包括子系统ID，设备ID，设备状态、故障信息、实验结果等信息；对子系统设备信息就行打印输出；关闭TCP链接。

按照设计流程，完成TCMS系统与其他车载子系统之间的数据处理。以TCMS与辅助供电系统（APS）之间的数据输出为例进行说明，如图5.1所示。在图中可以看出：子系统为APS；设备为4台：分别位于2、3、4、5车，设备状态为16字节，并做了包括电压、电流、频率等在内的部分数据解析功能；故障信息能准确、清晰获取；实验结果为：空级测试和加电测试完成。

图5.1 APS设备远程监控

6 结语

本文实现了通过在TCMS系统中CCU设备上搭载DTU，DTU与车载子系统之间通过CCU进行 RS485通信的数据交互。DTU运行后注册到无线GPRS网络中去，负责将车载信号转化为GPRS信号，通过LTE网络将GPRS数据发送至车辆段服务器上，在服务器上实现了数据的接收，并且基于LabView开发了一款地铁车辆维护保养的上位机软件，该软件通过TCP/IP协议负责解析、分析、处理、存储服务器上获取的车载子系统数据。后续工作将继续完善上位机软件功能，实现智能检索等更多功能。

郭超勇.高速动车组列车网络控制若干问题研究[D].北京:北京交通大学,2012.

Research on the intelligent train based on TCMS

Zhu Honggang,Zhang Zherui
(Hitachi Yongji electrical equipment (Xi'an) Co., Ltd. Technology Center,710018)

Aiming at the train network control system(TCMS)based on the train of intelligence research, this paper presents TCMS intelligent system framework,introduces the data transmitting,TCMS data transmission unit(DTU)data transmission,data reception depot server and PC software development,realize the remote control of the vehicle subsystem equipment TCMS system to achieve good communication performance.

train network control system;data transmission unit;vehicle subsystem;remote monitoring and control system

TP223.339;TN91

B

朱红岗(1990-)，男，汉族，西南交通大学硕士，日立永济电气设备(西安)有限公司，助理工程师。研究方向：嵌入式系统开发、列车网络控制。二作：

张哲瑞(1989-)，男，汉族，苏州大学学士，日立永济电气设备(西安)有限公司，助理工程师。研究方向：列车网络控制。