中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现
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中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现
佘龙华李剑锋
（国防科技大学三院磁悬浮技术研究中心，４１００７３，长沙∥第一作者，副总设计师，副教授）
摘要以国防科技大学中低速磁浮列车试验线为应用背景，介绍了中低速磁浮列车运行控制系统的基本功能需求，主要包括驾驶功能、保护功能和监视功能。在功能需求设计
的基础上，阐述了其运行控制系统的多总线原理实现结构和
各节点的基本构成方案，最后给出有关试验结果。在磁浮列车试验线上，基于文中所述的运行控制系统的总体设计，建立了相应的硬件系统，开发了相应的控制软件，并进行了车载试验。关键词
中低速磁浮列车，运行控制，列车自动控制
中图分类号Ｕ２３７．６
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上海磁浮示范线的建立给磁悬浮技术在中国的发展带来了很好的契机…。磁浮列车利用磁力抵消地球引力，使车体脱离轨道而悬浮，并利用直线电机进行推进，因此它具有快捷、安全、舒适、低噪声、无机械磨损、无尾气污染等特点。对于交通运输系统，安全可靠是第一要素，磁浮列车也不例外。磁浮交通的运行控制系统负责安排整个磁浮交通系统安全、可靠、有效地运转，使磁浮列车的特点充分展现
出来。
常导高速磁浮列车由长定子同步直线电机推进，牵引系统位于地面，其运行控制系统包括车载、分区和中央运行控制３个部分心Ｊ。常导中低速磁浮列车由车载直线感应电机推进，牵引系统位于车上，其运行控制系统主要由车载部分构成ｂＪ。
国防科技大学建立了２０４ｍ的中低速磁浮列车
试验线，线路平曲线半径为１００ｍ，纵坡为４０％。；配备了一节车，车长１５ｍ，自重２２ｔ，可承重１０ｔ。
２００１年年底通过中试评审，目前一直在试验运行。
本文以此为背景，介绍其运行控制系统的基本功能、基本方案及其实现。
１磁浮列车运行控制系统的功能设计
为实现运行控制的目标，参照铁路和地铁规范，目前设计的磁浮列车运行控制系统功能包括驾驶、
保护和监视３个功能。１．１驾驶功能
驾驶功能的特点是人工为主、自动为辅，预留全自动接口。具体包括以下６个功能。
１）悬浮控制功能
悬浮控制需要向每一个悬浮控制器发送起浮和降落指令，在个别悬浮控制器故障状态下向其发送复位指令，必要时，可控制全列车的每个转向架或每辆车按一定的时间顺序依次起浮或降落，以保证全
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列车的软起动。
２）电力牵引控制功能
牵引控制需要实现对牵引运行、牵引停止、牵引方向进行控制；对牵引力、电制动力进行有效调节；对速度进行多级稳定调节；对牵引系统实施紧急制
动；对牵引系统进行ＤＣＵ（驱动控制装置）复位。
３）机械制动控制功能
制动控制采用模拟控制／开关控制，实现与内部
协调控制，与电制动的协调控制，以及与电力牵引的互锁控制。
４）车门控制功能
车门控制关系到乘客的安全。它存在两种基本的控制方法：在三角锁处于开启状态时由手动方法控制；在三角锁处于关闭状态时由电动方法控制。在电动控制过程中，需要考虑各车门可设定开关时序逻辑；左右两侧车门可分别控制；检测车门是否正常闭合；运行与车门互锁等。
５）电源控制功能
主要包括主断路器的电控管理和开关电源的故障复位。
６）辅助设备控制功能
包括照明、空调、雨刮器、鸣笛等控制。
１．２保护功能
保护功能采用全自动方式，它包括以下５个功能。
１）进站保护功能
进站前３０ｍ设置进站开关量信号，实施第一次保护。正常停车位置后５ｍ设置紧急开关量信号，实施第二次保护。
２）曲线限速保护功能
以允许的横向剩余加速度及悬浮系统的许可侧
向导向力为限，考虑曲线过速和欠速保护。实际上
列车在曲线上行驶时，将被限制在一个许可的速度
范围内。
３）超速防护功能
以牵引系统的额定设计（包括变流器、电机和制动电阻的额定设计）为主要约束条件，兼顾机械制动能力约束，对列车实施超速防护。
４）对驾驶误操作的自动保护功能
由于磁浮线路情况复杂，２０４ｍ行驶路程内包括了直线、曲线、上坡、下坡、进站、出站、换向等的频
繁变化，需在３ｍｉｎ中之内完成。因此，人工驾驶时
极有可能出现误操作，故对驾驶误操作设置了自动
保护。
万
方数据５）司机疲劳警惕功能
由于在较短的路程内，以较快的速度不断往复
运行，司机极易出现疲劳，因此，设计了司机疲劳警惕功能。１．３监视功能
监视功能也采用全自动方式，它包括以下４个功能：
１）速度测量与列车定位功能；２）进站检测功能；
３）全列车状态检测与显示功能；
４）故障诊断功能。
２磁浮列车运行控制系统的总体结构
２．１总体结构原理
上述的运行控制系统具有３个特点：①所有的
控制功能都要分散到全列车的底层设备；②实现这
些控制功能的控制界面（包括操纵和显示）必须同时
在首／尾协调实现，它们既互相备份，又互不冲突；③
进行实时控制。
因此，采用了３套独立的高速现场总线网络作为运行控制的硬件体系结构，然后开发了３套独立的软件系统，分别完成运行控制系统的驾驶、保护和监视三大基本功能。其总体结构原理见图１。
２．２分系统设计
磁浮列车自动控制系统（ＡＴＣ）由列车自动驾驶
系统（ＡＴＯ）、列车自动防护系统（ＡＴＰ）和列车自动
监视系统（Ａ，ｒＳ）三部分组成。
１）√６汀Ｏ．ＣＰＵ节点
列车√６汀Ｏ．ＣＰＵ节点在首驾驶台和尾驾驶台各
有一个，互为冷备份，即在任何时刻，总只有一个列
车椰．ＣＰＵ节点挂接在１号总线（Ａ，ｒＯ总线）上，
作为全列车Ａ，ｒｏ的中央决策机构。
列车ＡＴ０一ＣＰＵ节点包括电源模块、ＣＰＵ模
块、通讯模块和数字Ｉ／Ｏ（输出偷出）模块各一块：
①电源模块（ＰＳ３０７：６Ｅ聊３０７．１ＥＡ８０—０ＡＡ０），其功
能为—６汀Ｏ—ＣＰＵ节点的其他模块提供ＤＣ２４Ｖ电源；为ＡＴＯ＿ＣＰＵ节点中的数字Ｉ／０模块提供ＤＣ２４Ｖ信号源。②ＣＰＵ模块（ＣＰＵ３１５．２
ＤＰ：６ＥＳ７３１５—
２创飓３—０ＡＢｏ），其功能为：调试阶段棚程序驻留
在装载存储器上；正式运行阶段—△册程序驻留在
ＦＥＰＲＯＭ存储器卡上；ＭＰＩ口用于程序下载；ＤＰ口
用于同』６汀Ｐ—ＣＰＵ和Ａ，ＩＳＣＰＵ的连接。③通讯模
块（ＣＰ３４２—５），其通讯口用于同辆ＡＴＯ总线节点、
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地面数据通讯
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节点
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节点悬浮控制器转换
牵引逆变器调试节点液压刹车器一√６汀Ｏ—ＣＰｕ节点、ＡＴＰ．ＣＰｕ节点和ＡＴＳｃＰＵ节点
紧急节点
车门空调电。
源等
速度位置进站车
状态故障测量
悬浮控制器
节点
一
牵引逆变器调试节点
转换
液压刹车器
”１
紧急节点车门空调电源等
车
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司控器
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转换
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图１磁浮列车运行控制系统总体结构原理图
注：Ａ肛列车自动驾驶；Ａ肛列车自动防护；
ＡＴ卜列车自动监视
驾驶ＡＴｏ总线节点的连接。④数字Ｉ／ｏ模块
（ＳＭ３２３：６ＥＳ７３２３一ｌＢＨ８０一Ｏ—～如），功能为：数字输
入用于设定运行参数；数字输出用于表征程序运行的正确性及其它相关信息。这４个模块按从左到右的顺序固定在一个ＤＩＮ（德国标准）导轨上。另外，
万
・４０・
方数据还包括一些附属件。
２）列车自动防护系统ＡＴＰ—ＣＰＵ节点
列车ＡＴＰ．ＣＰＵ节点在首驾驶台和尾驾驶台各
有一个，互为冷备份，即在任何时刻，总只有一个列
车ＡＴＰ．ＣＰｕ节点挂接在２号总线（ＡＴＰ总线）上，作为全列车ＡＴＰ的中央决策机构。
３）列车自动监视系统Ａ俗ＣＰＵ节点
列车ＡＴＳＣＰｕ节点在首驾驶台和尾驾驶台各有一个，互为冷备份，即在任何时刻，总只有一个列
车ＡＴＳＣＰＵ节点挂接在３号总线（ＡＴＳ总线）上，
作为全列车—ｏ邢的中央决策机构。
需要注意的是，要么同时使首驾驶台的列车
处于热状态，要么同时使尾驾驶台的列车ＡＴＯ—
ＣＰＵ节点、。６皿一ＣＰＵ节点和Ａ碍ＣＰＵ节点处于
热状态，首／尾不能交叉或同时使用。
３结语
在国防科技大学的中低速磁浮列车试验线上，
基于文中所述的运行控制系统的总体结构设计，建
立了相应的硬件系统，开发了相应的控制软件，并进行了车载试验。至２００５年７月，磁浮列车在长２０４
ｍ的线路上已累计运行约８０００ｋｍ，没有发生任何
安全故障。车载试验表明，运行控制系统的设计可行，为以后更好地完善和发展中低速磁浮列车的运行控制系统奠定了基础。
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ｌｉｎｅ［Ｊ］∥ＨｉｔａｃｈｉＲｅＶｉｅｗ，１９９７，４６（２）：１．
（收稿日期：２００５—０７—０５）
国防科技大学磁浮试验车
中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
佘龙华， 李剑锋， She Longhua， Li Jianfeng国防科技大学三院磁悬浮技术研究中心,410073,长沙城市轨道交通研究URBAN MASS TRANSIT2006,9(4)5次
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引用本文格式：佘龙华.李剑锋.She Longhua.Li Jianfeng 中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现[期刊论文]-城市轨道交通研究 2006(4)