第３３卷第１期 电力机车与城轨车辆 Ｖ０Ｉ．３３ Ｎｏ．１ ２０１０年１月２０日 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ＆Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｊａｎ．２０ｔｈ，２０１０ ・研究开发・ 西门子列车网络控制系统在 广州地铁中的应用 聂 畅 （广州市地下铁道总公司，广东广州５１０３１０） 摘要：介绍了广州地铁一号线、 号线及二八线的列车网络控制系统，分析了西门子网络控制系统的技术特点，并 对其功能及发展趋势进行浅析。 关键词：列车网络控制系统；西门子；广州地铁 中图分类号：Ｕ２７０．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２一ｌ １８７（２０１０）０１—００２５—０２ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｎｅｔ ｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｓｉｅｍｅｎｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ ＮＩＥ Ｃｈａｎｇ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０３ １ ０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｉｎｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ Ｌｉｎｅ １，Ｌｉｎｅ ３ ａｎｄ Ｌ２＆８．Ｉｔ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｇ ｔｒａｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｓｉｅｍｅｎｓ，ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｈ）ｐ ｔｒｅｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；Ｓｉｅｍｅｎｓ；Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ 地铁列车由牵引系统、制动系统、空调系统、乘客信 ＤＩＮ总线传递到ＣＦＳＵ。列车诊断系统只对列车各系统的 息系统、辅助电源系统、网络控制系统等多个系统组成。 状态进行诊断，然后在司机显示器上显示，而无法对各系 列车网络控制系统是让其它系统正常有序地工作、保证 统进行控制。系统框图如图１所示。 列车安全舒适地运行的重要环节。随着社会的发展，地 铁运行的稳定性、可靠性和舒适性越来越受到旅客的关 注，人们对列车网络控制系统也提出了更高的要求。文 章以广州地铁一号线、三号线以及二八线列车的网络控 制系统为例，简要说明其应具备的功能及未来发展趋 图１广州地铁一号线列车诊断系统 势。 １．２广州地铁三号线 ｌ 广州地铁的列车网络控制系统 广州地铁ｉ号线的列车网络控制系统在对列车进行 状态诊断的基础上，增加了对各系统的控制，表现在： 广州地铁一号线、三号线及二八线的列车网络控制 １）对牵引系统的速度限制； 系统均采用西门子Ｓｉｂａｓ３２系统，但各条线均有所不同。 ２）对空调系统的控制； １．１广州地铁一号线 ３）对制动力进行补偿； 广州地铁一号线的列车网络控制系统为列车诊断系 ４）传递牵引参考值给牵引系统； 统，包括ＣＦＳＵ（中央故障存储单元）、ＤＩＮ总线以及ＳＫＳ ５）传递制动参考值给制动系统。 （输入输出模块，将硬线信号转变为总线信号）。各个系统 该系统具有强大的控制功能和诊断功能，是因为其 的状态通过硬线ｌ１０ ｖ线路信号传递到ＳＫＳ，ＳＫＳ再通过 有强大的网络结构。 号线的列车控制网络包括ＶＣＵ（列 收稿日期：２００９一Ｉ１—０２ 作者简介：聂畅，２００５年毕业于北京交通大学电气１ 程 自动化专业，从事地铁车辆维护一Ｉ：作。 电力机车与城轨车辆・２０１０年第１期 车控制单元）、ＳＫＳ以及ＭＶＢ总线。ＭＶＢ总线不仅仅连接 ｙｏｕ、ＳＫＳ，还与各个系统连接。ＶＣＵ可以直接与各系统 ＶＣＵ故障不会影响列车的运行。 广州地铁三号线列车也有２个ＶＣＵ，但当１个ＶＣＵ 进行大量数据的交换，使对各系统的控制变成了可能，如 故障时，会有２个ＩＣＵ（牵引逆变控制单元）无法工作，因 图２所示。 甲… 障引ＩＩ丕缝Ｊ ｌ丕 调Ｉ 动Ｉ Ｉ乘客信Ｉ星丕 Ｉ Ｉ 辅助电Ｉ丕 Ｉ Ｌ 图２广州地铁三号线列车网络控制系统 １－３广州地铁－－／ｋ线 与三号线的列车网络控制系统相比，二八线在控制 功能上与其保持相同，但在网络的可靠性方面，西门子公 司进行了一系列改进。 １）ＭＶＢ通道的冗余。 二八线的ＭＶＢ通道具备双冗余，即具备２条并行的 ＭＶＢ信号传输通道，分别命名为Ａ通道和Ｂ通道，２条 通道在物理上为独立的２根电缆。广州地铁三号线也有 ２条通道，但三号线的Ａ、Ｂ通道集成在１根电缆内共用１ 个插头，如图３所示。 二八线接线方式相比于三号线的优点在于：即使将 某设备的１个ＭＶＢ插头拔出，ＭＶＢ总线不受影响；如果 将某设备的２个ＭＶＢ插头均拔出，也仅仅是该设备失去 与ＭＶＢ的联系，ＭＶＢ上其他设备的通讯不会受到影响。 三号线的ＭＶＢ总线上，只要将１个插头拔出，Ａ、Ｂ两个 通道都将中断。 ＝号线 ｓ．／ｋ线 图３三号线与二八线ＭＶＢ插头形式 ２）ＶＣＵ的冗余性。 每列车拥有两个ＶＣＵ，分别为主ＶＣＵ和从ＶＣＵ，两 者互相冗余。当从ＶＣＵ故障时，主ＶＣＵ可以承担起管理 列车的责任，列车运行不受影响；当主ＶＣＵ故障时，从 ＶＣＵ将转为主ＶＣＵ，但此过程需要５００ ｍｓ。二八线１个 －２６－ 为三号线Ａ车或Ｃ车的２个ＩＣＵ只和各自的ＶＣＵ通 信，１个ＶＣＵ故障时，另１个ＶＣＵ无法与故障ＶＣＵ端的 ＩＣＵ通信（如图４所示）。需要说明的是，Ａ车和Ｃ车的牵 引系统都挂在列车ＭＶＢ网络上，区别在于软件设置不 同。 图４广州地铁三号线ＩＣＵ与ＶＣＵ之间的联系 ２西门子列车网络控制系统的特点 从广州地铁一号线到三号线，再到二八线，西门子的 列车网络控制系统经过了３个阶段的发展：１）只诊断，不 控制；２）在诊断的基础上，对列车进行了控制；３）在保留 第２阶段功能的基础上，增强了列车网络控制系统的可 靠性。 现阶段，列车总线控制的特点有： １）具备列车控制单元，能接收各系统发送的数据， 对其状态进行诊断，并通过诊断结果采取措施，控制各 系统的运行状态，保证列车的安全运行（如三号线的 ＶＣＵ）。 ２）高速、大容量的信息传输通道。因为系统多、信息 量大，且需及时地传递给ＶＣＵ，所以必须采用高速、大容 量的信息传输通道。如三号线的ＭＶＢ总线，可以达到 １．５ Ｍ／ｓ。 ３）具有诊断、控制功能。地铁运输最重要的是确保每 位乘客的安全，乘客的安全来源于列车运行的安全，所以 列车的诊断及控制非常重要。诊断的功能应包括对各系 统状态的评估，列车的控制功能以列车的诊断为依据，通 过对各系统的评估，采取相应措施，如限速、触发紧急制 动、牵引封锁来保证列车运行的安全。若列车制动系统出 现故障，列车应限速；若车门故障，列车应封锁牵引，同时 提示司机处理门故障。 ４）冗余性。在满足了以上要求之后，还需要提高冗余 性，而冗余性的提高应表现在总线通道的冗余及主控制器 的冗余（各系统的冗余无法进行），如二八线采用的ＭＶＢ 双通道和ＶＣＵ冗余。 ３列车网络控制系统的发展趋势 对于地铁这个服务行业，首要目标是安全、准点、舒 适、快捷。 （下转第３４页） 电力机车与城轨车辆・２０１０年第１期 ４ 实验验证 疲劳性能是产品特性最重要的一个指标，确保产品 表２产品对比实验结果 具有良好使用要求的疲劳寿命，是研制产品是否成功的 关键。根据产品的实际使用情况，我们对新、老两种结构 的产品进行同强度的对比实验，以判断新结构的疲劳特 性。 疲劳实验条件是根据轴箱弹簧在实际使用过程中出 现的各种工况制定出来的，疲劳实验共两个阶段，第一阶 段：垂向载荷（１２±３）ｋＮ，频率３ Ｈｚ，８０万次，第二阶段： 垂向预载１２ ｋＮ，纵向承载（２５±１５）ｋＮ，频率３ Ｈｚ，２４０万 次。新、老结构两种产品均通过垂向８０万次的第一阶段 垂向疲劳实验，产品完好。 ５结论 通过对轴箱弹簧疲劳裂纹问题的分析及以提升疲劳 寿命为目标的结构改进工作，基本可以得到如下结论： １）基于疲劳寿命的角度，橡胶胶层等厚，且各层橡胶 高度相等的设计，是不合理的，将导致结构内套橡胶过早 疲劳。 老产品在纵向８０万次第二阶段疲劳实验后，产品内 套橡胶出现了高达１２ ｍｍ深度的裂纹，产品出现疲劳破 ２）基于等应力的设计理念，橡胶轴箱弹簧的设计结 构应由内到外，橡胶厚度等差变小，橡胶层高度由高及低 进行布局。 ３）通过结构改进的轴箱弹簧，其疲劳寿命获得了大 幅提升，从原结构的８０万次纵向疲劳，提升到２４０万次。 坏；新结构产品从１２０万次开始，就出现了不同程度的橡 胶表面发黏现象（见图６），但完全通过了２４０万次的疲劳 实验后，产品没有出现破坏性裂纹，产品完好（见表２ ｏ 新结构 原结构 参考文献： 川１ 俪明，奥脱・布克斯鲍姆，哈茨・罗华克．结构抗疲劳设计【Ｍ】．北 京：机械工业出版社，１９８７． ［２】 Ｇ ｅｎｔ．Ａ，Ａｌａｎ Ｎ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｒｕｂｂｅｒ－Ｈｏｗ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｒｕｂ￣ｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｇ］．Ｍｕｎｉｃｈ：Ｈａｎｓｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ。ｌ ９９２． 『３１ Ｌｕｏ Ｒ Ｋ，Ｗｕ Ｗ Ｘ．Ｆａｔｉｇｕｅ Ｉｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆａｎｔｉ—ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｕｂｂｅｒ 图６新、老结构的疲劳结果对比 ｓｐｒｉｎｇ【Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ，２００６，１３（１）：１ １０—１ １６． （上接第２６页） 所以笔者认为，在目前已达到程度的 ４ 结束语 西门子公司的列车在中国运用广泛，其开发的列车 基础上，未来列车网络控制系统的发展趋势是： １）减少列车的误诊断，进一步提高列车诊断功能的 正确性； ２）细化列车的诊断功能，为司机提供更强大的故障 处理提示： 网络控制系统具有一定的代表性。将来列车网络控制系 统的功能会越来越强大，列车的可靠性及舒适性将随之 进一步提高。 ３）加强列车自我监控及调整功能。如增加温度的检 测点，当检测到某点温度过高时，自动加强此点的空调制 参考文献： ［１】吴迎年，张健华，侯国莲．网络控制系统研究综述（Ｉ）【Ｊ】．现代电力， ２００３（１０）：７４—８１． 冷；当检测到气缸漏气时，自动将此气缸切除；当检测到 受电弓故障时，自动将其降下等。
