1 1 主要内容主要内容 学习目标学习目标 新课讲授新课讲授 本节小结本节小结 本节习题本节习题 列车网络控制技术 2 2 【主要内容】 4.1 CRH1动车组网络结构 §TCMS 总体结构 列车网络控制技术 3 3 任 务 运行控制 服务控制 牵引控制 制动控制 设备保护 车门控制 车内环境控制 旅客信息服务 故障诊断、维修服务 列车控制基本任务 列车网络控制技术 4 4 分布式计算机系统的概念 Ø物理输入/输出单元分布到 被监控的目标，只需少量的 电缆连接； Ø设备统一供电（即蓄电池电 压）； Ø软件集中在中央单元（中央 处理器） CPU I/O unit CPU I/O I/O I/O CPU Process I/O unit Vehicle bus 列车网络控制技术 5 5 分布式计算机系统的优点 l功能多：列车控制、设备诊断、辅助维修、旅客信 息服务； l成本低、重量轻、体积小、使用更少/更短的电缆 （布线简单） ； l与硬件相比，软件更容易变更，更容易增加功能； l设计/开发时间短 l可靠性高（活动连接件少、局部故障不影响列车运 行、可采用冗余设计） 列车网络控制技术 4.1.1 CRH1动车组动车组 网络络控制系统统网络络拓扑结结 构 CRH1动车组由青岛四方—庞巴迪-鲍尔铁路运输设 备有限公司（BSP）提供。
以庞巴迪公司为瑞典国 家铁路和地方铁路开发的“Regina”动车组为原型车 列车网络控制系统主要采用的是加拿大庞巴迪（ CRH1）Bombardier（庞巴迪）公司的MITRAC模块 化产品，（MITRAC计算机系统以摩托罗拉68K微处理 器为基础） 分布在列车的各个控制现场，拥有整个动车组的控 制、各单车的控制、列车诊断、状态监测、事件记 录、人机界面等功能 该系统属于分布式、模块化的：所有微处理器、输 入/输出单元和显示器通过串行多功能车辆总线MVB 实现通信，通过网关把各车辆总线连接起来 6 6 列车网络控制技术 7 7 列车车控制管理系统统（TCMS） CRH1是以MITRAC通用计计算机为为核心的列车车控制 管理系统统（Train Control and Management System ） TCMS是一种用于控制、监监督和管理CRH1动车组动车组 功能的分布式计计算机系统统 列车网络控制技术 8 8 TCMS是一种分布式计算机系统，广泛用于控制、 监督和管理CRH1列车大多数功能 TCMS包括： ①智能设备及其相应列车控制应用软件； ②接口硬件装置，用于把TCMS连接到列车其它系 统； ③列车网络总线，用于将不同的硬件装置连成列车 控制系统。
TCMS的组成 列车网络控制技术 9 9 尽量使用原型车Regina的设计 将GSM（全球移动通信系统Global System for Mobile Communication）和GPS（全球定位系统Global Positioning System）的功能用于控制TCMS，与 Regina车相比，风险较低 将不同的功能分散到专用的中央控制单元， 取代了 Regina车每车一个CCU的模式 改进列车诊断功能 TCMS系统结构的设计目标 列车网络控制技术 1010 CRH1动车组的网络拓扑结构 CRH1动车组动车组 的网络络拓扑结结构如图图所示，采用基于 WTB和MVB两层总线层总线 的TCN协议协议 ，利用多功能车车 辆总线进辆总线进 行车辆单车辆单 元内的数据通信，利用列车总车总 线进线进 行车辆单车辆单 元间间的数据通信 VCU：车辆车辆 控制单单元 BC：bus coupler 总线连总线连 接 列车网络控制技术 1111 WTB是处理MVB区段之间数据通信的总线，WTB 可动态配置，也就是说挂在总线上的单元数可变 CRH1的WTB总线通信速率为 1.0Mbps. 可以通过自动车钩实现扩展，由网关控制。
WTB---列车总线 列车网络控制技术 1212 MVB是处理有限个车辆之间通信的数据总线 MVB只能静态配置，即挂在MVB总线上的单元数不可 变如果需要在MVB上挂更多的单元，需要为智能 TCMS 装置下载新的软件 MVB总线介质为屏蔽双绞线或光纤， 通信速率为1.5Mbps MVB---多功能车辆总线 列车网络控制技术 1313 列车网络控制技术 1414 列车网络控制技术 1515 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 1616 CRH1共8辆车辆车 ，为为5M3T编组编组 形式 包括5辆动车辆动车 （MC1、M1、Mc2、M2、M3）和3 辆辆拖车车（Tp1、Tp2、Tb） 动车组动车组 有两个受电电弓，分别别位于Tp1和Tp2车车上， 正常工作时时只有一个受电电弓升起 牵牵引传动传动 系统统以列车车基本单单元（TBU）为为基本单单 位 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 1717 列车车基本单单元TBU的具体划分： TBU1—Mc1（驾驶动车驾驶动车 1）-Tp1（带带弓拖车车1）-M1 （中间动车间动车 1）； TBU2—Mc2（驾驶动车驾驶动车 2）-Tp2（带带弓拖车车2）-M2 （中间动车间动车 2）； TBU3—M3（中间间 动车动车 3）-Tb（带带吧台拖车车） 其中TBU1和TBU2完全对对称，由两动动一拖构成； TBU3由一动动一拖组组成。
CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 1818 CRH1列车车控制管理系统统（TCMS）在网络络通信上也 分为为3个MVB总线总线 区段：TBU1段，TBU2段，TBU3 段 基本本地控制按TBU划分 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 1919 在区段内部，TC CCU（Train Control CCU）中央控 制单元：为控制和监控功能的核心 由TC CCU对单元内部所有模块实施控制和监视， 包括牵引、制动、内外车门、采暖、通风、空调、 烟火报警、照明等系统 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2020 这些系统中有些具有复杂的控制功能要求，如牵引 控制系统PCU、制动控制系统BCU等，其内部具有 独立完整的控制功能，通过集成的网络接口连接到 区段内部的MVB总线上 一些简单控制功能的系统，如照明、司机控制台操 作设备等，通过I/O模块连接到MVB总线上 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2121 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2222 在网络络控制系统统中，有些设备设备 没有MVB接口，必 须进须进 行协议转换协议转换 。
图图中用椭圆线椭圆线 圈起来的COMC CCU就是装在Mc 车车和Tb车车上用于与PIS（旅客信息系统统）、GPS， Fire det.（烟火探测测）等功能部件进进行串行通信的 接口部件 COMC ：Communication Controller通信控制器， 实现实现 MVB与RS-485、RS-232总线总线 之间间的通信转换转换 ATP CCU 装在Mc车车上用于与ATP（Automatic Train Protection）（列车车自动动防护护系统统）进进行串 行通信的接口部件 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 MVB区段之间具有冗余功能 基本的司机控制功能、高压（网侧）控制功能在列 车两端的Mc车之间可互为冗余，该功能通过列车内 部贯穿整车的冗余MVB总线实现 如下图中虚线部分所示 TDS（Train Diagnosis System） CCU：列车诊 断系统中央控制单元 HMI：显示器 2323 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2424 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 当处于激活状态的司机室发生故障时，列车不会停 下来，司机的操作通过冗余总线由另一个司机室的 控制设备自动接管，司机可以继续在原来位置操纵 列车，并可在屏幕上看到故障情况，但不会影响列 车运行。
2525 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2626 挂在 Tb 车 MVB 总线上的远程访问模块AXS（ Remote access unit） CCU可通过GSM 建立与地面 之间的通信信道，贯穿整车的以太网Ethernet（图 中最外围的灰色线）提供列车维护、服务等方面的 通信与接口 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2727 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2828 值值得注意的是，在本地 MVB 中还还有一个功能独立 的重要系统统，就是牵牵引控制系统统（PC，Propulsion Control） 这这个系统拥统拥 有一个独立的MVB牵牵引总线总线 ，对对其下 的单单元按分布式总线总线 控制的方式实实施控制与监视监视 ， 如后图图中用椭圆线椭圆线 圈起来的五个部分 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 2929 PCU（Propulsion Control Unit）：牵牵引控制单单元 LCM（Line Converter Module）：网侧变侧变 流器模块块 MCM（Motor converter module）：牵牵引（电电机） 变变流器模块块 ACM（Auxiliary Converter Module）：辅辅助变变流器 模块块 CRH1动车组的网络拓扑结构 列车网络控制技术 3030 列车网络控制技术 3131 TCMS 结构，重点标出了带应用软件的MITRAC装置 列车网络控制技术 3232 TCMS 结构，重点标出了与列车诊断相关的装置 列车网络控制技术 3333 TCMS 结构，重点标出了与牵引相关的装置 列车网络控制技术 3434 TCMS结构，重点标出了有数据发送的相关模块装置 列车网络控制技术 3535 列车网络控制技术 3636 CRH1列车TCMS的各种系统接口 列车网络控制技术 3737 TCMS内通过过WTB总线进总线进 行MVB区段之间间数据 传输传输 的管理方式为为主—从结结构。
没有固定分配主机，而是在工作中自动进动进 行主从 工作方式的配置 一般情况下自动动将司机室所在的Mc车车的TC CCU 配置成主机 4.1.2 TCMS的主—从结构及配置 列车网络控制技术 3838 在TC CCU中软软件的运行情况如下： （1）主应应用软软件（仅仅在主TC CCU中运行）； （2）本地应应用软软件（总总在运行状态态）； （3）定义义和配置软软件（总总在运行状态态） 4.1.2 TCMS的主—从结构及配置 列车网络控制技术 3939 主—从概念提供了列车级车级 功能和本地功能的分离 ，通过过WTB在MVB区段之间进间进 行通信是数据报报 文包括以下类类型： （1）主（Master）TC CCU到所有本地（Local）TC CCU ； （2）主TC CCU到某个指定的本地TC CCU； （3）本地TC CCU到主TC CCU； （4）某个指定的本地TC CCU到主TC CCU； （5）本地TC CCU到其它TC CCU； 4.1.2 TCMS的主—从结构及配置 列车网络控制技术 4040 TC CCU中的主应应用软软件和本地应应用软软件之间间的所 有通信都是通过过网关和WTB实现实现 的。
即便在同一个VCU-Lite 硬件中的主应应用软软件和本地 应应用软软件之间间的通信也是这样这样 例如，司机命令所有的车门车门 关闭闭的列车级车级 功能仅仅能 从主TC CCU 发发出，该该主TC CCU 通过过网关和 WTB把这这个命令发发送给给所有本地TC CCU （包括 该该主TC CCU所处处的同一硬件的本地TC CCU） 4.1.2 TCMS的主—从结构及配置 列车网络控制技术 4141 当列车车首次上电时电时 ，车车上没有主机 此时时当司机插入司机钥钥匙，激活司机室时时，会发发生 以下自动动配置过过程： （1）DX单单元检测检测 到司机输输入（即插入司机钥钥匙） ；。