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摘要：随着我国现代化进程不断推进，城市基础设施建设发展很迅速。轨道交通能够缓解交通拥堵,各大城市都在加紧着轨道交通的建设。但是我国轨道交通列车技术的落后,在技术上对于国外进口的依赖非常严重,尤其是列车控制诊断系统。本论文将对昆明地铁列车控制诊断系统进行介绍。
关键词：TCMS诊断系统、MVB、控制单元、PTU、事件记录仪
中图分类号：C35文献标识码： A
摘要：通过对昆明地铁列车控制诊断系统结构、功能的介绍，达到认识、熟悉昆明列车的诊断系统，在诊断系统功能的介绍中突出了功能的说明与应用。
系统概述
昆明地铁列车控制和诊断系统（TCMS）采用国内自主开发DTECS分布式列车电子控制系统，系统划分为两级：列车控制级、车辆子系统控制级。列车控制级总线和车辆子系统控制级总线均采用EMD电器中距离介质的MVB多功能车辆总线。中继模块REP作为列车级总线和车辆级总线的网关，实现列车级总线到车辆级总线的数据转发功能 ，实现列车的通信管理、控制与故障诊断、信息显示和事件记录等主要功能。
列车控制诊断系统是以列车计算机网络为基础，执行列车控制和列车信息诊断的功能，对列车、子系统和其它车载系统进行集散控制， 列车控制总线网络具有冗余结构，对于关键部件提供部分冗余，单点故障不会导致列车牵引停止。其中列车总线连接列车各中央控制单元，传递列车级信息，实现数据交换；多功能车辆总线通过总线连接器或I/O接口与各子系统设备相连，传递控制数据和信息数据，控制各子系统完成相应的功能。
TCMS作为整车控制系统，通过信号采集模块，采集司机的操作指令、列车各个工况下的状态等信号，经过运算及逻辑处理，输出操作列车各部件的控制指令，通过MVB总线实现与牵引控制系统、空气制动控制系统、辅助供电系统、信号系统、车门系统、广播和视频监控系统等部件的数据交换。如下图所示：
系统诊断功能
故障诊断系统由列车控制诊断模块和一台位于司机操作台内带触摸功能的彩色监示器（称显示屏）所组成。 故障诊断信号由多功能车辆总线(MVB)传输。列车控制系统中能作故障诊断的子系统有：
a)车辆控制单元 (VCME)；b）事件记录仪（ERME）；c）制动电子控制单元 (BCU)；d）数字量输入输出模块（DXME）；e）数字量输入模块（DIME）；f）模拟量输入输出模块（AXME）；g）空调控制单元 (HVAC)；h）门控单元 (MDCU)；i）乘客信息系统（PIS）；j）辅助逆变单元(SIV)；k）牵引逆变单元（DCU）；l）列车自动控制（ATC）；m）司机室HMI显示器。
无诊断功能的子系统或重要部件设备通过每节车的数字输入输出模块，将监测信号通过MVB传输反馈给VCME参与故障诊断：
a)高速断路器(HSCB)；b）空压机控制。
故障诊断系统中的数据部分有一个特例是事件记录仪（ERME）, ERME是实现事件记录的功能。ERME在Tc车通过车辆总线与TCMS相连接，因此TCMS所有通信数据都可以被监视记录；ERME事件记录功能采样周期200ms，记录时长为7天。当列车上电激活时TCMS自动触发即开始不间断记录，记录的环境变量主要分数字量，模拟量两大类；目前车辆主控制单元中最多可获取的模拟变量约79个和数字状态值约493个。储存下来的数据被保存在 ERME 中, 可用便携式测试装置(PTU)通过运行专用PTU程序读取记录数据来显示分析这些环境变量参数。
在故障或维修的情况下，维修人员可以进入检修界面窗口中输入口令进入扩展功能界面，通过扩展功能可以实现以下功能：
a)车号的更正:
列车队列中的每一节车辆都有它自己统一的、单独使用的车号, 故障信息和它一一对应。
可通过HMI显示屏上的车号设置界面来设定正确的车号。
b)轮径的修正:
维修人员能通过轮径设置界面对每节车的转向架轮径进行校正。
c)日期和时间的较正:
维修人员能通过时间和日期的设置界面来检查和调整整列列车中的日期和时间。
d)软件版本概况:
维修人员能查阅显示屏和 VCME 等所有系统的软件版本。
e)能耗信息查询：
维修人员能通过能耗信息界面查询本列车能耗信息。
f)事件记录查询：
维修人员能通过事件记录查询界面查询本列车发生的所有故障。
g)SIV\DCDC状态查询：
维修人员能通过SIV\DCDC界面查询本列车各车的SIV、DCDC的状态。
h)DXME/AXME状态查询：
维修人员能通过DXME/AXME界面查询本列车各车的DXME、AXME的状态。
i)DCU状态查询：
维修人员能通过DCU界面查询本列车各动车的DCU的状态。
故障诊断的应用
地铁车辆的车载故障诊断系统是TCMS的一个重要组成部分，完成车载各部件故障数据的采集、分析、转储和显示功能。列车激活各系统启动完成后，诊断控制系统会检查诊断设备和子系统或重要部件的通讯状况然后在HMI的网络拓扑界面中显示对应状态，正常时都显示为绿色，通信故障为灰色。同时检查列车各系统的工作状态分别在HMI的运行界面、车辆状态界面、空调状态界面、事件记录、列车I/O等界面中把监测、诊断到的参数状态在相應的位置显示出来。如当一端司机室钥匙激活后，推动方向手柄和牵引手柄，HMI的运行状态界面上就能显示反映当前的司机操作状态。在进行列车的车门开关门操作时，显示器上对应显示车门的各种实际状态等；事件功能界面能够在列车子系统或重要部件不正常工作时，将提示信息以纯文本形式在HMI上显示给司机。每条纯文本信息都分配有故障代码、故障内容、故障评估、时间、提示等。
从以上HMI的介绍中可以看出，TCMS把对列车控制、诊断的状态或结果能通过配套的HMI集中的呈现出来，只要能熟悉HMI各个界面可以查看的列车状态参数以及知道各参数反映的列车状态，我们就能通过HMI终端快速的掌握了解列车目前的状态；在事件界面对列车故障信息的描述提示中，驾驶员可以从HMI上直接获得他所实施操作的指导说明，维护人员可以根据故障提示信息更容易快速地查找定位故障区域简化故障排除流程。
在列车的故障查找确认方面，由于事件记录仪是列车激活后就不间断的工作记录，因此可以把在列车激活时间内任意时段（在存储时效内）的状态参数单独提起出来，这对故障的查找和确认会起到积极、促进的作用。要提取列车状态参数，首先是列车在激活状态，在专用电脑上启动列车PTU软件，通过一根专用以太网线一端连接电脑一端连接车载设备ERME接口，就实现了车载ERME设备的硬件连接，在通过PTU软件根据提示进行正确的端口和网络设置，即可实现PTU和ERME设备的完全连接。根据故障需要在PTU软件主界面的数据下载选项中选择要下载的数据类型，包括故障履历、严重故障和事件记录，进行数据下载。下载记录时，需要先选择下载的数据块，可以同时选择多块数据进行下载，但每次最多可以选择3块数据进行下载。在完成以上操作后就可以通过配套PTU软件下载数据到维修和服务系统中，供长期的储存和深入的地全面分析。
数据下载成功后，在PTU软件主界面的工具栏上，点击相应的功能，在界面中加载数据；根据需要查看的记录或变量，在配合软件提供的筛选条件（如故障时间、故障代码、故障等级等）进行对应设置以便系统能协助进行数据过滤达到快速查看的效果。在需要查看环境变量的方式上可以选择数据列表或数据波形形式对数据进行呈现。通过事件记录仪的数据有时并不能就直接确定故障在子系统中的具体部件位置，也就是说通过HMI信息提示和事件记录仪的数据只能把故障范围锁定到一个特定区域，有了具体确定的区域后，就可以通过对应子系统的诊断功能来确定具体的故障部件位置。
列车多个带有控制单元的电气子系统 (如门控系统、制动系统等)都具有自诊断功能，故障信息通过MVB总线自动传递给事件记录仪（ERME）；其他不带控制诊断单元的电气子系统 (如高速断路器等，反馈诊断信号由数字输入输出模块采集)将由ERME来监控。与MVB 总线相连的每个子系统（除VCME子系统之外）的所有故障将自动传输并存储在事件记录仪内。另外， 每个子系统（包括VCME子系统）把它们当前评估的故障状态（严重、中等或较小故障）传输到事件记录仪内。子系统的每个故障通过MVB总线上的一个位域传输到事件记录仪。也就是说， 一旦发生一个故障，该子系统中就生成了一个故障代码并通过触发相应的位立即存放到位域中。该位域上的每一位代表某节车的某一故障代码因此是独一无二的。收到该位后，该故障就作为一个唯一的故障代码被存储到事件记录仪的故障存储器中。另外，事件记录仪也把某些环境数据加到故障信息中（如：a）时间；b）日期；c）故障代码；d）环境数据等），这些环境数据来自MVB网络。
在子部件系统单个故障发生时，故障诊断系统会根据整列车的故障情况以及该子部件故障对列车运营的影响程度，进行综合评估，做出故障等级判定，并给出对应的应急指引：
轻微故障：不影响部件系统功能的故障；
中等故障：限制部件系统功能的故障；
严重故障：严重影响系统的故障，系统自动关闭。
针对列车的这种集散控制方式，TCMS系统的事件记录仪并不能做到全面、完全的记录列车各系统的所有控制、状态参数，控制上只对列车各个独立子系统的重要参数进行集中控制和监控，这就决定了TCMS系统的事件记录仪，不能把故障有的状态参数做到全面详尽的记录，只能根據各个子系统反馈的重要监控量来记录，这也就是说只通过分析系统事件记录仪的数据并不能完全把故障原因直接找出来，要对子系统故障做出一个详尽的分析而言，还需要对故障子系统的故障数据进行一个单独提取，通过子系统专用的解析软件，就可以把对应的故障通过相关参数反映的更具体、更准确；要下载子系统故障数据，要通过子系统的RS 232 接口来读出内部故障数据。
自带诊断功能的子系统故障将由自己独有的控制诊断系统完成，子系统会根据控制反馈信号进行故障逻辑判断，并把重要变量和故障诊断结果记录并反馈给列车控制系统（TCMS）和事件记录仪（ERME）；记录数据能通过子系统 RS 232 接口和配套PTU软件读出内部故障数据到维修和服务系统中，供长期储存和深入的地全面分析。
小结：通过熟悉列车控制诊断系统的结构、功能、操作，实现列车故障快速诊断；分析下载事件记录仪数据能获取列车故障时的状态参数等相关信息，分析子系统故障数据能获取更为详细的故障参数信息，通过一系列系统状态参数与逐级诊断功能就可以不断缩小故障区域最终达到确定具体故障原因和位置。
参考文献：
1.张永红昆明地铁列车控制和监控系统逻辑说明2012-05
2.南车株洲有限公司昆明地铁1号线故障诊断系统大纲2011-10
3.南车株洲有限公司KMFT 司机操作手册 2011-10
4.南车株洲有限公司KMFT 列车维护手册 2011-10
关键词：TCMS诊断系统、MVB、控制单元、PTU、事件记录仪
中图分类号：C35文献标识码： A
摘要：通过对昆明地铁列车控制诊断系统结构、功能的介绍，达到认识、熟悉昆明列车的诊断系统，在诊断系统功能的介绍中突出了功能的说明与应用。
系统概述
昆明地铁列车控制和诊断系统（TCMS）采用国内自主开发DTECS分布式列车电子控制系统，系统划分为两级：列车控制级、车辆子系统控制级。列车控制级总线和车辆子系统控制级总线均采用EMD电器中距离介质的MVB多功能车辆总线。中继模块REP作为列车级总线和车辆级总线的网关，实现列车级总线到车辆级总线的数据转发功能 ，实现列车的通信管理、控制与故障诊断、信息显示和事件记录等主要功能。
列车控制诊断系统是以列车计算机网络为基础，执行列车控制和列车信息诊断的功能，对列车、子系统和其它车载系统进行集散控制， 列车控制总线网络具有冗余结构，对于关键部件提供部分冗余，单点故障不会导致列车牵引停止。其中列车总线连接列车各中央控制单元，传递列车级信息，实现数据交换；多功能车辆总线通过总线连接器或I/O接口与各子系统设备相连，传递控制数据和信息数据，控制各子系统完成相应的功能。
TCMS作为整车控制系统，通过信号采集模块，采集司机的操作指令、列车各个工况下的状态等信号，经过运算及逻辑处理，输出操作列车各部件的控制指令，通过MVB总线实现与牵引控制系统、空气制动控制系统、辅助供电系统、信号系统、车门系统、广播和视频监控系统等部件的数据交换。如下图所示：
系统诊断功能
故障诊断系统由列车控制诊断模块和一台位于司机操作台内带触摸功能的彩色监示器（称显示屏）所组成。 故障诊断信号由多功能车辆总线(MVB)传输。列车控制系统中能作故障诊断的子系统有：
a)车辆控制单元 (VCME)；b）事件记录仪（ERME）；c）制动电子控制单元 (BCU)；d）数字量输入输出模块（DXME）；e）数字量输入模块（DIME）；f）模拟量输入输出模块（AXME）；g）空调控制单元 (HVAC)；h）门控单元 (MDCU)；i）乘客信息系统（PIS）；j）辅助逆变单元(SIV)；k）牵引逆变单元（DCU）；l）列车自动控制（ATC）；m）司机室HMI显示器。
无诊断功能的子系统或重要部件设备通过每节车的数字输入输出模块，将监测信号通过MVB传输反馈给VCME参与故障诊断：
a)高速断路器(HSCB)；b）空压机控制。
故障诊断系统中的数据部分有一个特例是事件记录仪（ERME）, ERME是实现事件记录的功能。ERME在Tc车通过车辆总线与TCMS相连接，因此TCMS所有通信数据都可以被监视记录；ERME事件记录功能采样周期200ms，记录时长为7天。当列车上电激活时TCMS自动触发即开始不间断记录，记录的环境变量主要分数字量，模拟量两大类；目前车辆主控制单元中最多可获取的模拟变量约79个和数字状态值约493个。储存下来的数据被保存在 ERME 中, 可用便携式测试装置(PTU)通过运行专用PTU程序读取记录数据来显示分析这些环境变量参数。
在故障或维修的情况下，维修人员可以进入检修界面窗口中输入口令进入扩展功能界面，通过扩展功能可以实现以下功能：
a)车号的更正:
列车队列中的每一节车辆都有它自己统一的、单独使用的车号, 故障信息和它一一对应。
可通过HMI显示屏上的车号设置界面来设定正确的车号。
b)轮径的修正:
维修人员能通过轮径设置界面对每节车的转向架轮径进行校正。
c)日期和时间的较正:
维修人员能通过时间和日期的设置界面来检查和调整整列列车中的日期和时间。
d)软件版本概况:
维修人员能查阅显示屏和 VCME 等所有系统的软件版本。
e)能耗信息查询：
维修人员能通过能耗信息界面查询本列车能耗信息。
f)事件记录查询：
维修人员能通过事件记录查询界面查询本列车发生的所有故障。
g)SIV\DCDC状态查询：
维修人员能通过SIV\DCDC界面查询本列车各车的SIV、DCDC的状态。
h)DXME/AXME状态查询：
维修人员能通过DXME/AXME界面查询本列车各车的DXME、AXME的状态。
i)DCU状态查询：
维修人员能通过DCU界面查询本列车各动车的DCU的状态。
故障诊断的应用
地铁车辆的车载故障诊断系统是TCMS的一个重要组成部分，完成车载各部件故障数据的采集、分析、转储和显示功能。列车激活各系统启动完成后，诊断控制系统会检查诊断设备和子系统或重要部件的通讯状况然后在HMI的网络拓扑界面中显示对应状态，正常时都显示为绿色，通信故障为灰色。同时检查列车各系统的工作状态分别在HMI的运行界面、车辆状态界面、空调状态界面、事件记录、列车I/O等界面中把监测、诊断到的参数状态在相應的位置显示出来。如当一端司机室钥匙激活后，推动方向手柄和牵引手柄，HMI的运行状态界面上就能显示反映当前的司机操作状态。在进行列车的车门开关门操作时，显示器上对应显示车门的各种实际状态等；事件功能界面能够在列车子系统或重要部件不正常工作时，将提示信息以纯文本形式在HMI上显示给司机。每条纯文本信息都分配有故障代码、故障内容、故障评估、时间、提示等。
从以上HMI的介绍中可以看出，TCMS把对列车控制、诊断的状态或结果能通过配套的HMI集中的呈现出来，只要能熟悉HMI各个界面可以查看的列车状态参数以及知道各参数反映的列车状态，我们就能通过HMI终端快速的掌握了解列车目前的状态；在事件界面对列车故障信息的描述提示中，驾驶员可以从HMI上直接获得他所实施操作的指导说明，维护人员可以根据故障提示信息更容易快速地查找定位故障区域简化故障排除流程。
在列车的故障查找确认方面，由于事件记录仪是列车激活后就不间断的工作记录，因此可以把在列车激活时间内任意时段（在存储时效内）的状态参数单独提起出来，这对故障的查找和确认会起到积极、促进的作用。要提取列车状态参数，首先是列车在激活状态，在专用电脑上启动列车PTU软件，通过一根专用以太网线一端连接电脑一端连接车载设备ERME接口，就实现了车载ERME设备的硬件连接，在通过PTU软件根据提示进行正确的端口和网络设置，即可实现PTU和ERME设备的完全连接。根据故障需要在PTU软件主界面的数据下载选项中选择要下载的数据类型，包括故障履历、严重故障和事件记录，进行数据下载。下载记录时，需要先选择下载的数据块，可以同时选择多块数据进行下载，但每次最多可以选择3块数据进行下载。在完成以上操作后就可以通过配套PTU软件下载数据到维修和服务系统中，供长期的储存和深入的地全面分析。
数据下载成功后，在PTU软件主界面的工具栏上，点击相应的功能，在界面中加载数据；根据需要查看的记录或变量，在配合软件提供的筛选条件（如故障时间、故障代码、故障等级等）进行对应设置以便系统能协助进行数据过滤达到快速查看的效果。在需要查看环境变量的方式上可以选择数据列表或数据波形形式对数据进行呈现。通过事件记录仪的数据有时并不能就直接确定故障在子系统中的具体部件位置，也就是说通过HMI信息提示和事件记录仪的数据只能把故障范围锁定到一个特定区域，有了具体确定的区域后，就可以通过对应子系统的诊断功能来确定具体的故障部件位置。
列车多个带有控制单元的电气子系统 (如门控系统、制动系统等)都具有自诊断功能，故障信息通过MVB总线自动传递给事件记录仪（ERME）；其他不带控制诊断单元的电气子系统 (如高速断路器等，反馈诊断信号由数字输入输出模块采集)将由ERME来监控。与MVB 总线相连的每个子系统（除VCME子系统之外）的所有故障将自动传输并存储在事件记录仪内。另外， 每个子系统（包括VCME子系统）把它们当前评估的故障状态（严重、中等或较小故障）传输到事件记录仪内。子系统的每个故障通过MVB总线上的一个位域传输到事件记录仪。也就是说， 一旦发生一个故障，该子系统中就生成了一个故障代码并通过触发相应的位立即存放到位域中。该位域上的每一位代表某节车的某一故障代码因此是独一无二的。收到该位后，该故障就作为一个唯一的故障代码被存储到事件记录仪的故障存储器中。另外，事件记录仪也把某些环境数据加到故障信息中（如：a）时间；b）日期；c）故障代码；d）环境数据等），这些环境数据来自MVB网络。
在子部件系统单个故障发生时，故障诊断系统会根据整列车的故障情况以及该子部件故障对列车运营的影响程度，进行综合评估，做出故障等级判定，并给出对应的应急指引：
轻微故障：不影响部件系统功能的故障；
中等故障：限制部件系统功能的故障；
严重故障：严重影响系统的故障，系统自动关闭。
针对列车的这种集散控制方式，TCMS系统的事件记录仪并不能做到全面、完全的记录列车各系统的所有控制、状态参数，控制上只对列车各个独立子系统的重要参数进行集中控制和监控，这就决定了TCMS系统的事件记录仪，不能把故障有的状态参数做到全面详尽的记录，只能根據各个子系统反馈的重要监控量来记录，这也就是说只通过分析系统事件记录仪的数据并不能完全把故障原因直接找出来，要对子系统故障做出一个详尽的分析而言，还需要对故障子系统的故障数据进行一个单独提取，通过子系统专用的解析软件，就可以把对应的故障通过相关参数反映的更具体、更准确；要下载子系统故障数据，要通过子系统的RS 232 接口来读出内部故障数据。
自带诊断功能的子系统故障将由自己独有的控制诊断系统完成，子系统会根据控制反馈信号进行故障逻辑判断，并把重要变量和故障诊断结果记录并反馈给列车控制系统（TCMS）和事件记录仪（ERME）；记录数据能通过子系统 RS 232 接口和配套PTU软件读出内部故障数据到维修和服务系统中，供长期储存和深入的地全面分析。
小结：通过熟悉列车控制诊断系统的结构、功能、操作，实现列车故障快速诊断；分析下载事件记录仪数据能获取列车故障时的状态参数等相关信息，分析子系统故障数据能获取更为详细的故障参数信息，通过一系列系统状态参数与逐级诊断功能就可以不断缩小故障区域最终达到确定具体故障原因和位置。
参考文献：
1.张永红昆明地铁列车控制和监控系统逻辑说明2012-05
2.南车株洲有限公司昆明地铁1号线故障诊断系统大纲2011-10
3.南车株洲有限公司KMFT 司机操作手册 2011-10
4.南车株洲有限公司KMFT 列车维护手册 2011-10