第3章 列車通信網(wǎng)絡(luò)《高速列車網(wǎng)絡(luò)與控制技術(shù)》教學(xué)課件

《高速列車網(wǎng)絡(luò)與控制技術(shù)》?精品課件合集列車通信網(wǎng)絡(luò)第3章TCN（IEC61375）標(biāo)準(zhǔn)適用于開式列車的數(shù)據(jù)通信，它包括開式列車的車輛與車輛間的數(shù)據(jù)通信及開式列車中一個車輛內(nèi)的數(shù)據(jù)通信。

應(yīng)用TCN標(biāo)準(zhǔn)的列車通信總線（WTB）能實現(xiàn)國際交通用的開式列車中各個車輛的協(xié)同操作。車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信總線（MVB）作為該TCN的推薦方案。在任何情況下，供應(yīng)商應(yīng)保證WTB與所建議的車輛總線兼容。

3.1

TCN應(yīng)用范圍

3.1

TCN應(yīng)用范圍列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）連接鐵路機車車輛上車載可編程設(shè)備，其功能如下：

①牽引和機車車輛的控制（遙控、門、燈……）。

②遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)。

③旅客信息及舒適性。

3.2

TCN總述

3.2

TCN總述3.3

MVB總線

3.3.1概述

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3.2

MVB物理層

1．電氣短距離介質(zhì)

3.3

MVB總線

2．電氣中距離介質(zhì)

3.3

MVB總線

3．光纖介質(zhì)

光纖介質(zhì)推薦用于有高電磁噪音的區(qū)域，如機車或動車組上。

像電氣介質(zhì)有總線拓?fù)湟粯?，光纖介質(zhì)通常有一個以有源或無源星形耦合器為中心的星形拓?fù)?。?dāng)設(shè)備數(shù)量少到足以能采用有源或無源的光纖抽頭時，光纖介質(zhì)亦可按總線敷設(shè)。

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3.3

MVB設(shè)備

1．總線控制器

2．MVB設(shè)備分類

（1）1類設(shè)備

（2）2類和3類設(shè)備

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3.4

MVB的信號表示

所有MVB的介質(zhì)都工作在統(tǒng)一的1.5

Mbit/s速度下。

數(shù)據(jù)編碼采用曼徹斯特編碼，它把數(shù)據(jù)和時鐘組合成一個信號。“1”用位元中間負(fù)跳變傳送，“0”用位元中間正跳變傳送。

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3.5

MVB幀

MVB有兩種類型的幀：

①僅由總線主設(shè)備（簡稱總線主，總線管理器之一）發(fā)布的主幀。

②從設(shè)備響應(yīng)主幀而發(fā)送的從幀。

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

2．過程數(shù)據(jù)報文

3．MVB消息數(shù)據(jù)報文

4．MVB監(jiān)視數(shù)據(jù)報文

3.3.7

MVB端口

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3.8

MVB介質(zhì)訪問

3.3

MVB總線

3.3.9

MVB容錯

（1）傳送的完整性

（2）故障的獨立性

（3）傳送的可用性

（4）組態(tài)能力

1．介質(zhì)冗余

2．總線管理器冗余

3．令牌傳遞的算法

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.3

MVB總線

3.4.1

WTB概述

3.4

WTB總線3.4.2

WTB拓?fù)?/p>

WTB采用總線拓?fù)?，可互?lián)最多32個節(jié)點，長度最長至860

m。更長的距離和更多的節(jié)點（最多62個）也可以實現(xiàn)。WTB介質(zhì)是由不同車輛上的電纜鏈接而成，

3.4

WTB總線

3.4

WTB總線3.4.3

WTB介質(zhì)

3.4.4

WTB的介質(zhì)附件

3.4

WTB總線3.4.5

WTB介質(zhì)備份

即使在列車總線上傳送的信息不直接與安全有關(guān)，列車總線的故障也能導(dǎo)致列車不能運行。因此可以使用幾種冗余級別：總線冗余或節(jié)點冗余。WTB采用介質(zhì)備份方案，即電纜備份，節(jié)點不冗余。

節(jié)點總是在兩路總線上發(fā)送，每個節(jié)點只從一路總線上接收，但監(jiān)視另一路總線檢測它是否仍在工作。為此譯碼器發(fā)送一“有效數(shù)據(jù)”信號。

3.4

WTB總線

3.4

WTB總線

3.4.6

WTB信號表示

待發(fā)送的數(shù)據(jù)用曼徹斯特編碼，WTB使用曼徹斯特信號的反相定義：“１”用位元中間的正跳變表示，“0”用位元中間的負(fù)跳變表示。

3.4

WTB總線

3.4

WTB總線3.4.7

WTB幀

3.4

WTB總線

3.4.8

WTB報文

總線主發(fā)送一個主幀建立一個源從設(shè)備與一個或幾個目標(biāo)從設(shè)備間的通信，被選定的從設(shè)備用一個從幀響應(yīng)。主幀和從幀都采用廣播方式被所有節(jié)點接收。

3.4

WTB總線1．過程數(shù)據(jù)報文

2．消息數(shù)據(jù)報文

3．監(jiān)視數(shù)據(jù)報文

3.4

WTB總線

3.4

WTB總線

3.4.9

WTB介質(zhì)訪問

總線主節(jié)點負(fù)責(zé)介質(zhì)訪問，所有其他從節(jié)點只有當(dāng)總線主對其輪詢時才響應(yīng)。

3.4

WTB總線3.4.10

WTB初運行

1．車輛節(jié)點地址的指定

2．強節(jié)點和弱節(jié)點

3．初運行要求

4．初運行涉及的MAU部件

5．正常運行時已命名的列車組成

3.4

WTB總線

3.4

WTB總線6．初運行的起始過程

3.4

WTB總線7．總線主沖突

3.4

WTB總線8．增加新的車輛節(jié)點

WTB在每個基本周期中，總線主用存在請求（存在請求）幀輪詢一個端節(jié)點，該端節(jié)點對此以存在響應(yīng)（存在響應(yīng)）幀響應(yīng)。在下一個基本周期中再輪詢另一端節(jié)點。

如果總線主本身就是一個端節(jié)點，它仍會給自己發(fā)存在請求，而用存在響應(yīng)幀響應(yīng)，這樣所有其他節(jié)點可以監(jiān)視它的存在。

3.4

WTB總線

3.4

WTB總線9．總線收縮

當(dāng)列車編組或列車總線發(fā)生分離，不論是預(yù)定的還是事故性的，節(jié)點或節(jié)點組也被分開。由于收縮中斷總線，即使應(yīng)用禁止初運行，總線收縮也將引起初運行。

3.4

WTB總線

3.4.11

WTB總線主冗余

多總線主冗余結(jié)構(gòu)可保證在一個單一設(shè)備故障時會妨礙其他設(shè)備工作。弱總線主方案允許在初運行后指定一個新的總線主，為此每個節(jié)點都監(jiān)視端節(jié)點的存在來監(jiān)視總線活動，如果沒有活動，說明總線主已丟失或線路被中斷，節(jié)點將自己消名，經(jīng)過一定超時后，弱節(jié)點成為弱總線主并開始對其他節(jié)點命名。

3.4

WTB總線

3.4

WTB總線3.5.1列車通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

實時協(xié)議（RealTimeProtocol，RTP）為一個應(yīng)用與另一個應(yīng)用在列車通信網(wǎng)絡(luò)上通信提供協(xié)議和服務(wù)。這兩個應(yīng)用可以位于不同車輛上、在同一個車輛內(nèi)或在同一個設(shè)備內(nèi)。

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議1．周期性通信和偶發(fā)性通信

2．被發(fā)送的數(shù)據(jù)

（1）過程數(shù)據(jù)

（2）消息數(shù)據(jù)

（3）監(jiān)視數(shù)據(jù)

3．變量和消息

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議3.5.2變量服務(wù)

1．過程變量

（1）源尋址廣播

（2）端

口

（3）過程數(shù)據(jù)的介質(zhì)訪問

2．過程控制協(xié)議

（1）流量控制

（2）差錯恢復(fù)

（3）刷新管理

（4）同

步

（5）WTB與MVB的總線差異

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議3．?dāng)?shù)據(jù)集

由于大部分過程變量的數(shù)據(jù)項小，把它們組合在同一幀中傳送可提高傳送效率。通常二進(jìn)制數(shù)據(jù)要拼成一組，如16位數(shù)據(jù)發(fā)送，由于列車總線上每個節(jié)點源只有一個過程數(shù)據(jù)幀，組合很有必要，該過程數(shù)據(jù)幀廣播該節(jié)點發(fā)行的所有過程數(shù)據(jù)。被發(fā)送的過程變量結(jié)合形成一個數(shù)據(jù)集。

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議4．過程變量的入網(wǎng)

（1）網(wǎng)關(guān)操作

（2）具有幾個通信存儲器的設(shè)備

（3）定

時

（4）容

錯

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議5．應(yīng)用變量接口

（1）單個變量的讀寫

（2）變量群集

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議3.5.3消息服務(wù)

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議1．消息的鏈路層

（1）消息鏈路層協(xié)議

（2）消息數(shù)據(jù)格式

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議2．消息網(wǎng)絡(luò)層

（1）列車總線尋址

（2）系統(tǒng)觀點

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議3．消息的傳送層

傳送層從生產(chǎn)者傳送一個完整的消息到消費者，傳送層把長的消息分段成包的序列，傳送協(xié)議保證丟失的包可以重新傳送，生產(chǎn)者發(fā)送包的速率與消費者的消費的速率適配。

3.5實時協(xié)議

3.5實時協(xié)議4．消息的會話層

5．消息的表示層

6．消息的應(yīng)用層3.5實時協(xié)議TCN的結(jié)構(gòu)遵循OSI模型（ISO/IEC7498-1）。TCN的體系已考慮了ISO的許多標(biāo)準(zhǔn)，特別是ISO/IEC4335（HDLC），ISO/IEC88022，ISO/IEC88023，ISO/IEC88024（局域網(wǎng)），ISO/IEC8473（無連接網(wǎng)絡(luò)），ISO/IEC8073（面向連接的傳送）以及ISO/IEC9072（遠(yuǎn)程操作）。

3.6

TCN協(xié)議與OSI的一致性比較3.7.1網(wǎng)絡(luò)管理的作用

為便于列車通信網(wǎng)絡(luò)的測試、調(diào)試、運行及維修，列車網(wǎng)絡(luò)管理（TrainNetworkManagement，TNM）提供了許多服務(wù)，如：

?站的標(biāo)志和控制；

?組態(tài)的控制（控制配置）；

?路由選擇信息及拓?fù)涞姆职l(fā)；

?過程變量的遠(yuǎn)程讀出和強制。

3.7

TCN網(wǎng)絡(luò)管理

3.7

TCN網(wǎng)絡(luò)管理3.7.2被管理對象

TNM有九種特級對象，某些對象可以存在于同一站中一個以上的事例中。但它們可能只是一個站和站中的一個時鐘對象。圖3.77為被管理對象及它們訪問過程的概況。

3.7

TCN網(wǎng)絡(luò)管理

3.7

TCN網(wǎng)絡(luò)管理3.8.1

CRH1動車組的通信網(wǎng)絡(luò)

1．CRH1的通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?/p>

CRH1的列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）采用的是Bombardier公司（其并購了原ADtranz公司）的MITRAC系統(tǒng)。

CRH1為5M3T編組形式。根據(jù)對CRH1的列車基本單元TBU的劃分，整個列車控制管理系統(tǒng)（TCMS）在網(wǎng)絡(luò)通信上也分成三段MVB總線區(qū)段：TBU1段，TBU2段，TBU3段。

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用2．列車級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及配置

CRH1列車級的網(wǎng)絡(luò)是以雙絞線為物理介質(zhì)，由網(wǎng)關(guān)GW管理的通信速率為1.0

Mbit/s的總線網(wǎng)絡(luò)，即WTB（WireTrainBus）網(wǎng)絡(luò)。

（1）中央控制單元（CCU）

（2）網(wǎng)關(guān)（GATEWAY）

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用3．車輛級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及配置

車輛級通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參見本節(jié)前面描述。

（1）中央控制單元（CCU/VCU）

車輛級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的中央控制單元的硬件與列車級網(wǎng)絡(luò)的情況一樣，區(qū)別是在通用處理器VCU-Lite上運行不同的軟件。

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用（3）牽引控制單元（PCU/DCU）

（4）制動控制單元（BCU）

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用（6）充電機（BC）

充電機在CRH1中就是蓄電池充電模塊BCM（BatteryChargerModule），是一個靜止的變流裝置，其作用是將三相交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓，用來向蓄電池充電，并為直流母線提供電能，為其他直流負(fù)載供電。

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用①從MVB輸入到BCC/I的信號：

②從BCC/I輸出到MVB的信號有：

?蓄電池充電器激活；

③充電器的主要技術(shù)參數(shù)如下：

（7）門控單元（DOOR）

①外門概述：

②外門的檢測及應(yīng)急裝置：

（8）空調(diào)控制單元（HVAC）

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用（9）其他網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備（RIOM/DX/AX/KLIP/COMPACTIO）

①

AXS（RemoteAccess）遠(yuǎn)程訪問單元用于列車上的TCMS和地面站點之間無線通信（GSM），AXS硬件由一個VCU-Lite和一個安裝在VCU-Lite頂部的GSM無線電設(shè)備（包括無線電和天線）組成。

②

COMC（CommunicationController）通信控制器，實現(xiàn)MVB與RS-485、RS-232總線之間的通信轉(zhuǎn)換。

③

DX（DigitalMixedInput/OutputUnit）。

④AX（AnalogueMixedInput/OutputUnit）。

⑤BC（BusCoupler）。

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用3.8.2

CRH3動車組的通信網(wǎng)絡(luò)

1．CRH3的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

CRH3是以Siemens公司Velaro動車組為原型進(jìn)行生產(chǎn)的350

km/h國產(chǎn)高速動車組，由8輛編組構(gòu)成：頭車EC01/EC08，變壓器搭載車TC02/TC07，中間車IC03/IC06，簡餐車BC04和頭等車FC05?？梢詫RH3的兩個動車組連掛成一個16輛編組的動車組。

CRH3的列車總體控制系統(tǒng)由列車通信網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)以及傳統(tǒng)電路技術(shù)（安全回路、列車控制線路）構(gòu)成。

3.8

TCN在我國高速動車組上的應(yīng)用

3.8