随着技术的发展，新型城市轨道交通车辆已经告别了传统的集中式电气柜加继电器控制方式。如今，这些车辆采用的是分布式的列车控制与管理系统（TCMS），该系统对列车电气控制系统进行全面的控制、监控和管理。这一变革的背后，是多功能车辆总线与绞线式列车总线的完美结合，它们共同构筑了符合IEC61375国际标准的TCMS系统，这一系统也获得了国家铁路局的推荐。在新造城轨车辆中，TCMS系统的应用已经变得非常普遍。对于城市轨道车辆应用技术专业的学生来说，他们需要掌握列车通信网的配置、参数调试、网络维护、设备检修等关键知识和技能。为了让学生能够更好地将这些理论知识应用到实践中，建立城轨车辆网络通信实训平台显得尤为重要。这个平台可以供学生进行列车控制系统的调试、维护、检修训练，从而增强他们的职业核心能力。这样的实训平台不仅有助于学生掌握必要的技能，也有利于满足企业对城轨车辆专业高素质技能人才的需求。更重要的是，通过这种方式，学院可以加强自身在城市轨道交通产业链中的核心竞争力，为未来的城市轨道交通产业发展培养更多的优秀人才。
一、城轨车辆网络通信实训平台建设的总体任务
城轨车辆网络通信实训平台的整体愿景涵盖：实现整列车的网络控制系统内各设备间的互联互通和资源共用；集成车辆运行状态和各设备的工作情况；依据系统设计要求，主要实现司机室激活管理、方向调节、驾驶模式选取、司控器级位信号、列车基准速度、牵引封锁管理、保持制动操作、网络激发紧急制动操作、扩展电力供应控制、空压机启动管理、空调序列启动、高速断路器控制、空电联合制动管理、库内动车、列车速度限制保护、虚拟电制动管理等一系列控制功能；完成整列车的自检、故障诊断决策和故障记录等职能；实现车辆监控，展示车辆网络设备状态、故障等信息；完成列车运行相关数据的累积计算和储存、参数设定及列车性能检测等任务。
二、城轨车辆网络通信实训平台的设计方案
城轨车辆网络通信实训平台基于IEC61375标准的TCN协议，建立了分级的网络架构，包括上层的MVB列车总线和下层的MVB车辆总线。这种结构通过中继器形成列车的主干网络，实现了车厢网络节点的连接，并确保了列车设备间的信息共享、协同工作以及故障诊断和维护。列车总线由电缆和中继器相连构成，各种电气系统控制单元作为节点连接到车辆总线上，同时作为列车总线和车辆总线间的网关。在这些控制单元中，操作端VCU作为主控制节点，负责管理总线运行，并可进行热备切换。VCU作为实训平台的核心，承担着牵引/制动控制、安全联锁保护、空调顺序启动等关键控制功能，并具备MVB多功能车辆总线的管理能力，能够执行被动的主权转移，收集系统状态数据和故障数据，并通过HMI车辆屏向司机报告。事件记录仪模块ERM是数据转储的关键，它记录了司机操作数据、故障数据和事件数据，并可通过以太网车载信息网将这些数据下载到便携式维护工具进行分析。中继模块REP主要负责信号的中继放大和两级总线间的数据转换。
模拟输入输出模块AXM和数字输入输出模块DXM通过多功能车辆总线MVB实现设备间的通信，将车辆的电气信号转化为控制信号，并通过列车控制网络传递给VCU，实现多种控制功能。同时，它们还能将网络控制信号转换为电气信号，以控制仪器和指示灯等设备。数字输入模块DIM是IO数据采集的关键部分，它具备采集硬线IO数据的功能。车辆屏HMI作为网络通信实训平台的终端显示设备，为城轨车辆的驾驶员和维护人员提供了操作界面。它能够向驾驶员和维护人员展示车辆的综合性信息、设备工作状态以及故障信息的综合处理等；同时，它还可以对轮径值、站点、时间日期等参数进行修改和设置；并在列车运行时进行加速度、减速度、制动距离等基本参数的测试。模拟设备柜中集成了多种控制单元，如自动控制单元、乘客信息系统控制单元、空调系统控制单元等，实现了车辆的各个电气系统与TCMS系统的互联互通、数据及状态的采集、故障的检测和处理以及故障的显示等功能。城轨车辆网络通信实训平台由列车总线级、车辆总线以及数据采集站、设备站和司机控制站等构成，实现了列车设备控制、监测和故障诊断的设备级网络。设备级总线主要采用RS485、RS422等通信方式。该实训平台具备实时控制系统，其网络传输具有长距离、高传输率和实时性强的特点，能够传输设备状态过程数据、用于诊断功能、旅客服务功能的消息数据以及用于列车初运行和其他管理用的监督数据。实训平台的网关设计采用了OSI结构体系，遵循ISO的开放协议标准，使得各网络设备厂商能够按照共同标准开发产品，从而实现设备的兼容性。
三、城轨车辆网络通信实训平台的优化处理
首先，为了提升系统故障排除培训的直观性和效率，我们在原有的实训平台上进行了全面的升级。新增的电气柜配备了各种先进的设备，如接线端、故障注入设备和PLC采驱设备，这些设备能模拟IO硬线故障，使培训更加贴近实际工作中的场景。升级后的实训平台具备了模拟多种故障的能力，包括但不限于IO硬线故障、子系统故障和复合故障等。在培训过程中，教师可以通过教师端选择设置特定的故障，而这些故障对学员是不可见的。这样做的好处是，学员在排除故障时，能够全身心投入到故障的分析和解决中，不会被其他因素干扰。设置成功后，故障现象与真实列车故障现象相符，学员在定位到故障点后，只需进行简单操作即可复位故障。这个过程不仅锻炼了学员的故障排除能力，还加深了他们对TCMS系统控制原理、整车数据交互、万用表和示波器等设备的使用，整车电路图的识读，电气原理基础知识和线缆制作等内容的理解和掌握。
其次，实训平台还可以进行复杂故障的排除，复合故障指的是多点故障，可以是IO硬线故障和子系统内部故障的任意组合。这种设置方式使得学员在排除故障时，需要充分利用所学的知识，结合万用表、示波器等检测设备，从而有效加深学员对车辆控制系统原理、数据交互以及故障排除的理解。在排除复杂故障的过程中，教师可以在教师端的故障列表中选择需要设置的复合故障。学员需要通过观察HMI界面、司机控制台状态、子系统仿真软件状态，结合理论知识逐步分析可能引起该问题的原因和对应的解决方法，找到故障设备和故障点。
最后，我们还可以进行子系统内部故障的排除。教师可以在教师端的故障列表中选择需要设置的子系统内部故障。学员可以通过观察HMI界面、司机控制台状态、子系统仿真软件状态，结合理论知识逐步分析可能引起该问题的原因和对应的解决方法，找到故障设备和故障点。学员在子系统仿真软件的故障模拟列表中可以使已发生的故障失效，操作确认故障已排除。然后，根据操作指导手册操作实训台设备，确认系统已恢复正常。通过这样的培训方式，学员能够更加深入地理解子系统的工作原理和故障排除方法，提高他们在实际工作中解决问题的能力。
参考文献
[1] 徐燕芬.下一代地铁列车网络控制系统的研制[J].铁道车辆,2017(7):27-31.
[2] 戴海波.基于城轨车辆的网络技术应用讨论[J].技术与市场,2016(5):74-76.
