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基于集控技术的列车运行控制平台

发布时间:2016-08-11 10:43:46 编辑:gaoweinew
本文摘要:中国中车时代首次实现了为长沙2号线列车提供牵引、制动、网络和信号,这四个运行的子系统都由中车时代来提供。

  
  尊敬的各位领导、各位专家:

  大家上午好。

  我接下来在城市轨道交通列车运行控制技术这一块给大家作交流和分享。我今天交流的题目是"基于集中控制技术的列车运行控制平台"。交流的内容主要分成四个方面。

  一、问题的由来

  (PPT)这张图是当前城市轨道交通列车的关键子系统在列车上的分布,这是一个典型的轨道交通列车。在这个"四动两拖"的列车上,头车分布了TCMS,这是列车控制维护单元,有信号设备即车载设备ATC设备,还有制动设备叫EBCU,它是电子制动控制单元,还有列车的总线、紧急制动环线、空气制动模块等等。关键的运行控制子系统相互独立,中间用各种IO总线把它连在一起,但它是一个弱耦合的系统,问题是怎么来的?

  大家知道中国中车时代首次实现了为长沙2号线列车提供牵引、制动、网络和信号,这四个运行的子系统都由中车时代来提供。在技术人员进行设计联络的过程中,因为原来是一个业主组织的外部事情就变成了时代电气内部的交流,我们的技术人员往往比较开放,这时候就提出来一系列的问题。

  第一个,四个子系统对列车状态信息的采集是否合理,比如每个子系统都针对列车总线、列车IO,包括视控器等等都进行了信息采集。第二个,信息的交互是否合理,为了实现最基本的功能,子系统之间通过各种复杂的总线或IO进行了连接,这种信息的交互是否合理。第三个,针对业主提出来的新功能需要各种信息和数据支撑,但在实际过程中往往提出来,你那个子系统有我实现这个功能所需要的数据。比如这个数据是系统内部的数据,还有一种是可能目前连接的方式并不支撑数据传输,或者说这种数据是每个系统独有的,它有其特定的应用条件,而其他子系统不一定具备,等等原因从而造成数据无法进行共享。

  二、融合的列车运控系统

  技术碰撞往往会产生一系列火花,这时候就有技术人员提出来,原来列车上分散的控制子系统是否合理,是不是进一步做一些工作?比如把分散的控制系统变成一种集散的控制,把牵引、供电、信号、网络子系统集中起来,用一个平台来管理,再用分散控制模式。在列车各个部位分布有控制单元,这仅仅是控制单元,管理是由统一管理,用这种方式来设计这套运行控制系统是否存在可能。

  基于这种考虑,我们提出来两个方案。

  第一个相对来说是一个比较保守的方案。(PPT)这是一个车辆级的融合方案,在每一节车厢都设了一个相对独立的融合控制系统,我们把信号、网络、制动等等几个子系统融合成一个系统,分布在每一节车辆上,这是一个比较保守的方案。在动车这一块,DCU还是没有跟子系统与整个控制系统融为一体,这是出于什么考虑?因为DCU是传动控制单元,它需要通过脉冲VVVF来控制变流器。通过脉冲来控制的话,需要相当精准,所以中间采用了屏蔽线。

  目前DCU跟VVVF做在一个机柜里,为了使得方案更容易实现,我们先做了一个车辆级的融合方案,首先列车线已经大大减少了,各个子系统没有像蜘蛛网一样的连线。其次,我们设计了一个列车的控制总线,基于实时以太网总线,这样就可以实现各个车厢融合控制系统大数据量的传输。

  当然这不是一个非常彻底的融合方案,后续我们还提出一个方案。这是举了个例子,融合控制系统与周围系统如何进行连接,后续又提出一个列车级的融合方案,更加简洁。这个方案主要是有两个头车,包括信号ACC系统的一个中央级的处理与控制单元和每个动车级的控制单元来组成。所有牵引的逻辑、信号安全的指令、司机操作指令的输入都由中央级处理与控制单元指令输入,由它进行牵引和制动的逻辑运算以及指令的下发,这样真正实现了牵引、制动、信号、网络一体化的列车级融合方案、一体化的设计方案。

  三、融合后的优势

  我们进行车载控制子系统的融合以后,经过分析可以带来以下优势:

  1.性能:大大减少了原分离的子系统间数据交互的延时。通过总线或IO的连接,肯定有一个数据交互延时,可能是毫秒级,甚至可能是秒级的延时。提高了传输的实时性,就把列车控制的实时性和精确性提高了。

  2.管理:列车各系统的指令控制指令均由中央处理与控制平台发出,确保了整列车控制的"政令统一"。什么意思呢?原来在松散的子系统架构中,如现在牵引系统通过牵引逻辑来运算,运算后发现列车应该往前牵引,但是信号通过它的逻辑运算出来,现在列车应该处于制动状态,这两个对列车的指令就有了冲突。这时候列车会通过一些优先级的判断,通过一些运算来识别到底我应该执行哪一个指令,这样对列车控制的平稳性和指令转换的平滑性都带来很大的影响。如果我们使用一个唯一的控制平台,就不再会出现这种问题,所有给列车的指令都是唯一的,都是最高优先级的。

  3.RAMS:通过融合可以将列车整个列控系统的RAMS大大提升。因为我是统一的一体化控制平台,所以在相同的硬件条件下,一是更加容易做备份,指令输出的安全性也可以提高;二是大大提高了系统的可靠性,因为硬件减小了,我跟车辆的接口也减少了,所以整个系统的可靠性也会提高;三是我所有的设备可能在统一的机柜、统一的平台里面,对整个列车运控系统的可维护性也有一个大大的提升。

  4.成本:通过简化列车布线,减小设备安装空间,与分布式的方案相比,可以大大减少成本。

  四、后续工作的思考

  为什么以前是分布式系统呢?它有历史原因,一是每个子系统发展历程不一样,所以技术水平也不一样;二是计算机和通信技术对一体化的支撑。按照以前的技术水平支撑是不够的,但是现在随着多核嵌入计算机的CPU和实时以太网技术的高速发展,支撑我们做一体化列车控制平台的技术已经成熟。我们在跟国外做嵌入式计算机安全操作系统的风河公司来沟通,他们最新一代的安全操作系统支持多核CPU,牵到以太网基础,使列车之间的信息传输带宽不再成为发展的瓶颈。第二,中车时代目前已经逐步拥有了车载的信号、牵引、制动和网络等关键子系统的核心技术,也就是说中车时代电气目前在技术层面的积累来做一体化的列控系统已经成熟。

  我们所要做的工作:

  1.需要对目前四大控制子系统的功能重新进行梳理。

  2.对控制系统与列车的接口也重新进行梳理和功能分配,可以按照功能安全性和实时性要求的等级不一样,我们重新把功能进行分配。如原来信号系统肯定所有功能都安全相关,制动系统有一部分功能应该也是安全相关,这块就可以整合在一起,做一个功能的重新分配和优化。

  3.对接口进行简化设计。比如原来司控机的信息,网络在采集,DCU也在采集,制动也在采集,信号也在采集,往往采集的是相同的信号。通过优化的一体化设计,只要有一个设备由中央控制单元采集一遍就够了。

  4.通过大数据的融合,可以在新的控制平台上进行新功能挖掘,如列车的节能控制、智能调度,这为未来无人驾驶列车、智能化列车的设计奠定了一个坚实基础。

  接下来是后续工作思考中实施的一个步骤。首先将会进行牵引、制动和网络三大系统融合,分布实施的方案。去年年底已经完成了方案设计和施工设计,目前正在施工中。这三大系统融合以后,我们会开展这三大系统融合后的系统与车载信号系统的融合,真正做到四大系统一体化设计。最后是进行系统与功能的提升与优化。

  我们在跟国外同行私底下一些沟通中,如我们跟西门子做安全计算机平台的工程师沟通,国外同行已经开始做类似的工作,目前正在开发一种平台,就是基于牵引、制动、网络、信号系统一体化的平台。做这四大系统的意义,一是它有巨大的成本优势,二是控制的优化可以得到一个质的飞跃。希望在座的各位专家可以参与到我们的一体化列车运控平台工作中来,多提宝贵意见,多给我们支持,早日打造出中国自主化一体的列车一体控制平台。谢谢大家!

 

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