列车网络控制技术1)资料

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1、第一章 列车通信网络系统概述 主讲老师：胡汉春主讲老师：胡汉春 西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院 列车网络控制技术 2 一、列车通信网络的任务与功能一、列车通信网络的任务与功能 （1）实现各动力车的牵引重联控制）实现各动力车的牵引重联控制 （2）实现全列车（动车和拖车）所有由计算机控制的部件联 网通信和资源共享 ）实现全列车（动车和拖车）所有由计算机控制的部件联 网通信和资源共享 （3）实现全列车的制动控制、自动门控制、轴温监测及空调 控制等功能 ）实现全列车的制动控制、自动门控制、轴温监测及空调 控制等功能 （4）完成全列车的自检及故障诊断决策）完成全列车的自检及故障诊断决策

2、 将分布于列车上不同位置具有不同功能的将分布于列车上不同位置具有不同功能的控制节点控制节点（计算 机控制单元）以一定的规则用通信介质连接起来，形成信息通 道；在一定的计算机软、硬件的支持下，为连接于其上的节点 提供稳定、可靠的通信服务。 （计算 机控制单元）以一定的规则用通信介质连接起来，形成信息通 道；在一定的计算机软、硬件的支持下，为连接于其上的节点 提供稳定、可靠的通信服务。 列车网络控制技术 3 二、国内外列车控制系统的现状与发展二、国内外列车控制系统的现状与发展 20世纪世纪70年代末至年代末至80年代初，车载微机的雏形分别在西门子公司 和 年代初，车载微机的雏形分别在西门子公司 和

3、BBC公司出现。开始仅仅是用于公司出现。开始仅仅是用于传动装置传动装置的控制。随着控制、服务对 象的增多，人们把铁路系统依次划分为 的控制。随着控制、服务对 象的增多，人们把铁路系统依次划分为5 个层次：个层次： 公司管理公司管理 铁路运营铁路运营 列车控制列车控制 机车车辆控制机车车辆控制 传动控制和过程驱动传动控制和过程驱动 列车通信网络在初期的 串行通信总线的基础上应运 而生，并从原来不同公司的 企业标准推向国际标准，逐 步形成了列车通信与控制系 统的 列车通信网络在初期的 串行通信总线的基础上应运 而生，并从原来不同公司的 企业标准推向国际标准，逐 步形成了列车通信与控制系 统的标准化

4、、模块化标准化、模块化的硬件 系列和全方位的开发、调试 、维护、管理软件工具。 的硬件 系列和全方位的开发、调试 、维护、管理软件工具。 列车网络控制技术 4 二、国内外列车控制系统的现状与发展二、国内外列车控制系统的现状与发展 1988年年IEC第第9 技术委员会技术委员会TC9成立了第成立了第22工作组工作组WG22，其任务 是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂 ，车上的可编程电子设备能够互换。 ，其任务 是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂 ，车上的可编程电子设备能够互换。 1992年年6 月月, TC9WG22以委员会草案以委员会草案

5、CD（committee Draft）的形 式向各国发出列车通信网 ）的形 式向各国发出列车通信网TCN（Train Communication Network）的 征求意见稿。该稿分成 ）的 征求意见稿。该稿分成4个部分：个部分：第第1 部分部分-总体结构，第总体结构，第2 部分部分-实时协 议，第 实时协 议，第3 部分部分-多功能车辆总线多功能车辆总线MVB，第，第4部分部分-绞式列车总线绞式列车总线WTB。 1994年年5 月至月至1995年年9 月，欧洲铁路研究所（月，欧洲铁路研究所（ERRI）耗资）耗资300万美 元，在瑞士的 万美 元，在瑞士的Interlaken至荷兰的阿姆斯特

6、丹的区段，对由瑞士至荷兰的阿姆斯特丹的区段，对由瑞士SBB、 德国 、 德国DB、意大利、意大利FS、荷兰、荷兰NS的车辆编组成的运营试验列车进行了全面 的 的车辆编组成的运营试验列车进行了全面 的TCN试验。试验。 1999年年6 月，月，TCN标准草案正式成为国际标准，即标准草案正式成为国际标准，即IEC61735。 列车网络控制技术 5 二、国内外列车控制系统的现状与发展二、国内外列车控制系统的现状与发展 1991年，株洲电力机车研究所在购买年，株洲电力机车研究所在购买ABB公司的牵引控制系统开发工 具的基础上，联合路内高校开发出了我国第一套电力机车微机控制装置， 安装于 公司的牵引控制

7、系统开发工 具的基础上，联合路内高校开发出了我国第一套电力机车微机控制装置， 安装于SS40038 电力机车上。该系统被明确划分为电力机车上。该系统被明确划分为人机界面显示级、机车 控制级和传动控制级三级 人机界面显示级、机车 控制级和传动控制级三级，级与级之间通过串行总线连接，形成了二级总 线的雏形。 ，级与级之间通过串行总线连接，形成了二级总 线的雏形。 90年代中期，随着动车组在我国升温，对列车通信网络的需求十分迫 切。一方面，铁道部开展了列车通信网络研究课题，另一方面路内外许多 单位也先后自发地开展了自我开发、联合开发或技术引进工作，这些工作 主线在局域网、现场总线、 年代中期，随着动

8、车组在我国升温，对列车通信网络的需求十分迫 切。一方面，铁道部开展了列车通信网络研究课题，另一方面路内外许多 单位也先后自发地开展了自我开发、联合开发或技术引进工作，这些工作 主线在局域网、现场总线、TCN、通信介质、基于、通信介质、基于RS485的通信协议等领 域展开。 的通信协议等领 域展开。 “新曙光新曙光”号和号和“神州神州”号是采用号是采用Lonworks列车总线技术的内燃动车组。列车总线技术的内燃动车组。 “先锋先锋”号和号和“中原之星中原之星”号是采用株洲电力机车研究所的号是采用株洲电力机车研究所的TEC列车通信与 控制系统的动力分散交流传动电动车组。 列车通信与 控制系统的动力

9、分散交流传动电动车组。 列车网络控制技术 6 三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势 1、列车通信网络的结构1、列车通信网络的结构 列车通信网络是列车通信网络是列车总线列车总线和和车辆总线车辆总线的二层结构，列车总线连接不同 的车辆或动车组单元，贯穿整个列车；车辆总线连接车辆内部的控制单元 或诊断单元等智能装置，车辆总线通过网关（或类似的装置）挂接于列车 总线上。 的二层结构，列车总线连接不同 的车辆或动车组单元，贯穿整个列车；车辆总线连接车辆内部的控制单元 或诊断单元等智能装置，车辆总线通过网关（或类似的装置）挂接于列车 总线上。 网关 控制 单元1 控

10、制 单元2 控制 单元n 车辆总线车辆总线 网关 控制 单元1 控制 单元2 控制 单元n 车辆总线车辆总线 网关 控制 单元1 控制 单元2 控制 单元n 车辆总线车辆总线 列车总线列车总线 列车网络控制技术 7 三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势 2、对列车通信网的要求2、对列车通信网的要求 （1）实时性； （ ）实时性； （2）协议简单性； （ ）协议简单性； （3）短帧信息传送； （ ）短帧信息传送； （4）信息交换的频繁性、网络负载的稳定性； （ ）信息交换的频繁性、网络负载的稳定性； （5）较高的安全性、容错能力； （ ）较高的安全性、容错

11、能力； （6）低成本需要。 列车通信网络是用于列车这一流动性大、环境恶劣、可靠性要求高 、实时性强、与控制系统紧密相关的特殊的计算机网络。 ）低成本需要。 列车通信网络是用于列车这一流动性大、环境恶劣、可靠性要求高 、实时性强、与控制系统紧密相关的特殊的计算机网络。 列车网络控制技术 8 三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势 3、列车通信网的特点3、列车通信网的特点 EC/TC9/WG22在制订了在制订了TCN标准时，首先考虑的是用户，特别是标准时，首先考虑的是用户，特别是UIC 的需求。现有的一些解决方案如的需求。现有的一些解决方案如Profibus、

12、Lonworks、Bitbus、CAN等 由于其开发商不愿意公开其协议，或实时性、可靠性、确定件不能满足要 求而被一一否定。更重要的是标准要建立在已被实践验证的技术的基础上 ，并能得到大部分铁路公司的支持。 等 由于其开发商不愿意公开其协议，或实时性、可靠性、确定件不能满足要 求而被一一否定。更重要的是标准要建立在已被实践验证的技术的基础上 ，并能得到大部分铁路公司的支持。 TCN最终被定位于由绞线式列车总线（最终被定位于由绞线式列车总线（WTB）连接多功能车辆总线（）连接多功能车辆总线（ MVB）的二层拓扑结构。车辆总线以）的二层拓扑结构。车辆总线以MICAS车辆总线车辆总线MVB为基础，而

13、列车 总线以 为基础，而列车 总线以DIN43322、CD4500的运用经验为基础。的运用经验为基础。 列车总线上的报务可以分为远程控制、诊断和旅客服务信息。列车总线上的报务可以分为远程控制、诊断和旅客服务信息。 为了不同来源的车辆能够相互通信，为了不同来源的车辆能够相互通信，UIC556规定了在规定了在WTB上传输的数 据及其格式。 上传输的数 据及其格式。 为了来自不同的部件供应商的设备具有互换性，设立了铁路开放系统互 连网络（ 为了来自不同的部件供应商的设备具有互换性，设立了铁路开放系统互 连网络（ROSIN）。）。 列车网络控制技术 9 三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势三、列车通

14、信网络的构成、特点及发展趋势 4、列车通信网的发展趋势4、列车通信网的发展趋势 （1）为改善控制性和确保可靠性，在中央装置和各终端装置已分别采 用复数的 ）为改善控制性和确保可靠性，在中央装置和各终端装置已分别采 用复数的32位位CPU代替了早期单一的代替了早期单一的8位位CPU；提高无线传送质量和位置检 测精度的研究开发尚需继续进行；以安全控制为中心的列车运行监测还要 不断提高其可靠性和响应性。 ；提高无线传送质量和位置检 测精度的研究开发尚需继续进行；以安全控制为中心的列车运行监测还要 不断提高其可靠性和响应性。 （2）进一步发展具有诊断功能的监测装置，其关键技术是信息传输系 统（传输通道

15、、传输速度、控制方式等）。由于列车的运行环境使有线和 无线传输系统容易受到潜在的电磁干扰影响，如果采用 ）进一步发展具有诊断功能的监测装置，其关键技术是信息传输系 统（传输通道、传输速度、控制方式等）。由于列车的运行环境使有线和 无线传输系统容易受到潜在的电磁干扰影响，如果采用光纤通讯光纤通讯，则可不 受电磁干扰，实现 ，则可不 受电磁干扰，实现38.4kbps以上的高速传输，其缺点是需要高精度的光纤 连接，因此不宜于经常联结分解的列车编组方式。 以上的高速传输，其缺点是需要高精度的光纤 连接，因此不宜于经常联结分解的列车编组方式。 （3）提高彩色显示技术、实现标准化和无维修化等。）提高彩色显示技术、实现标准化和无维修化等。