CRH5網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)3

1、CRH5CRH5列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)CRH5列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成及功能系統(tǒng)組成及功能 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 冗余性分析冗余性分析 CRH5與與CRH2通信網(wǎng)絡(luò)比較通信網(wǎng)絡(luò)比較 4123系統(tǒng)組成及功能系統(tǒng)組成及功能 CRH5 型動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是采用ALSTOM 公司AGATE 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過貫穿整個(gè)列車的WTB 列車總線來采集和傳輸信息、命令管理著動(dòng)車組各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備，為實(shí)時(shí)統(tǒng)一管理動(dòng)車組各部分狀態(tài)及乘務(wù)員操作提供了可靠信息，確保了動(dòng)車組運(yùn)行安全。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系系統(tǒng)組成及功能系統(tǒng)組成及功能 為與更為復(fù)雜的布局實(shí)現(xiàn)正確接口，需要根據(jù)IEC 61375 標(biāo)準(zhǔn)配置

2、列車通信線路，所有連接至列車總線（網(wǎng)關(guān)）的用戶也將根據(jù)IEC61375 規(guī)范設(shè)計(jì)。所有GW 設(shè)備均具有可生成列車布局?jǐn)?shù)據(jù)庫的“映射服務(wù)器”SW。 網(wǎng)關(guān)GW（WTB 線和列車接口的連接橋），如右圖1 所示。邏輯處理單元MPU（微處理器LC = 舒適線即車門,衛(wèi)生間、暖通空調(diào)等；微處理器LT =牽引線即輔助,牽引等)，如圖2所示系統(tǒng)組成及功能系統(tǒng)組成及功能CRH5 型動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有傳輸控制指令、實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、收集跟蹤數(shù)據(jù)三大類功能。具體功能如下：牽引、輔助、制動(dòng)指令傳輸；設(shè)備控制、復(fù)位指令傳輸；指示燈、蜂鳴器指令傳輸；車上試驗(yàn)功能；數(shù)據(jù)記錄功能；自我診斷、復(fù)位功能；頁面顯示功能；司乘人

3、員支持功能。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，使動(dòng)車組實(shí)時(shí)控制的可靠性和智能性得到了很大提高，對(duì)動(dòng)車組各設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行了有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，很大程度的提高了動(dòng)車組的可操縱性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)完全由列車總線和網(wǎng)關(guān)組成。是多車掛接車組以接口正確連接所必需的列車通信線路，以及與列車總線（網(wǎng)關(guān)）以接口連接的設(shè)備均按照國際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，而且為了保證相互操作性和可擴(kuò)展性，它們配有負(fù)責(zé)生成列車編組數(shù)據(jù)庫的“Mapping Server”軟件。標(biāo)準(zhǔn)限制要求每個(gè)網(wǎng)關(guān)最多控制6 節(jié)車。為此，對(duì)每一編組提供了2 個(gè)冗余的網(wǎng)關(guān)單元,兩個(gè)冗余網(wǎng)關(guān)單元分別應(yīng)用于每半列列車，如圖所示：兩個(gè)動(dòng)車組之間

4、的連接通過穿過頭車自動(dòng)車鉤的“WTB”（列車總線）型冗余鏈路來實(shí)現(xiàn)。此總線是TCN網(wǎng)絡(luò)的一部分，它在長度因掛鉤/摘鉤操作而發(fā)生變化時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重組（網(wǎng)關(guān)重新編號(hào)）。該總線使用具有可控阻抗的冗余介質(zhì)，其傳輸?shù)男畔⑺俾始s為1 Mb/s。傳輸距離為860米，22個(gè)節(jié)點(diǎn)，備用節(jié)點(diǎn)有4 個(gè)。 每次列車重新編組或列車連掛初運(yùn)行，要進(jìn)行列車總線即WTB總線的配置，對(duì)于規(guī)范的列車總線WTB，本身具有自動(dòng)配置功能,操作人員只要按規(guī)程操作，最后檢查配置狀態(tài)以確認(rèn)配置是否正確。如果配置不正確，列車總線將不能正常通信。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)車輛級(jí)網(wǎng)絡(luò)車輛級(jí)網(wǎng)絡(luò)列車設(shè)備之間的通信通過一系列EMD（電氣介質(zhì)距離

5、）類MVB 車輛總線保證。針對(duì)與之接口的設(shè)備所執(zhí)行的宏觀功能，每個(gè)車組上設(shè)有以下3 種車輛總線：MVB-A 信號(hào)線（總線管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-B 牽引線（總線管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-C舒適度線（總線管理器：MPU_LC，冗余MPU_LC）。每條MVB 線至少配有2 個(gè)總線管理器。系統(tǒng)還被設(shè)置為管理適用標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的熱主控開關(guān)。MVB 傳輸介質(zhì)是一條連接在設(shè)備之間且每一端均進(jìn)行端接的導(dǎo)線（2 個(gè)電纜對(duì)）。為避免反射問題而選取的拓?fù)?，在存在較長距離線路段沒有進(jìn)行與節(jié)點(diǎn)連接相對(duì)應(yīng)的端接時(shí)會(huì)造成反射問題。因此對(duì)于1 號(hào)至n 號(hào)用戶，串行電纜進(jìn)入一個(gè)設(shè)

6、備后再引出，在節(jié)點(diǎn)內(nèi)形成一個(gè)非常短的T 型連接。 在車輛級(jí)MVB總線上，該體系結(jié)構(gòu)被分為兩個(gè)不同的層次：牽引和服務(wù)設(shè)施, 每一層次均使用一對(duì)MPU進(jìn)行管理。這兩個(gè)層次的MVB總線通過第三條MVB總線（信號(hào)總線）連接在一起。此總線由牽引層的MPU控制。系統(tǒng)冗余性系統(tǒng)冗余性1. 1. 網(wǎng)關(guān)冗余性網(wǎng)關(guān)冗余性 只有一個(gè)啟用，而另一個(gè)處于待機(jī)模式，并且可在已啟用的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)立即自動(dòng)開啟。這一轉(zhuǎn)換過程對(duì)應(yīng)用而言是透明的。 為對(duì)這種情況進(jìn)行管理，網(wǎng)關(guān)的兩個(gè)部分通過一條內(nèi)部串行總線（CAN）進(jìn)行通信。同時(shí)還通過同一條串行線進(jìn)行確定誰為主站、誰為從站的仲裁。MVB line “2”MVB 1MVB 2GAT

7、E1 FAULTY網(wǎng)關(guān)1故障MVB 1MVB 2MPU “1”MPU “2”I / O 1 Red.I / O 2 Red.MVB line “1”I / O N O N Red.I/O NON Red.I / O 2 Red.I / O N O N Red.GATE 2 IN TCN NETWORKI / O 1 Red.I / O N O N Red.GATE 1 FAULTY 系統(tǒng)正常情況下，編組中存在的MPU 1 和2 均開啟并運(yùn)行。網(wǎng)關(guān)1（GW-MVB）工作，而WTB 線上的網(wǎng)關(guān)2 則不工作，但它在MVB 線上工作。在正常運(yùn)行中，兩者都采集信號(hào)、處理應(yīng)用邏輯并發(fā)送其相應(yīng)的指令。MPU

8、（主處理單元）“1”是MVB 1 和2 線上的控制器（MASTER），它直接控制I/O“1”輸出，而MPU“2”則直接對(duì)I/O“2”輸出發(fā)送指令。每個(gè)MPU 均接收在線路1 和線路2 上由I/O 采集的所有信號(hào)。CRH5 型動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中網(wǎng)關(guān)、MPU、I/O 模塊等主要設(shè)備均采用冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)其中一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障后，系統(tǒng)仍將正常運(yùn)行，很大程度的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)際運(yùn)用中，該系統(tǒng)偶有因多種原因?qū)е聠蝹€(gè)網(wǎng)關(guān)或MPU 通訊故障，由于該系統(tǒng)具有良好的冗余性，局部的通訊不暢基本不影響動(dòng)車組正常運(yùn)。 2 2、 MPUMPU冗余性冗余性 MPU的冗余類型為熱備冗余。兩個(gè)MPU均可管理其MVB總線（單

9、條或多條）。它們讀取相同的輸入，并執(zhí)行相同的任務(wù)。在故障情況下一個(gè)會(huì)自動(dòng)接替另一個(gè)。同一總線上的所有設(shè)備均由同一MPU發(fā)送指令。 當(dāng)MPU1故障時(shí)，MPU2替代了MPU1作為MVB“1”和MVB“2”線上的主控制器。 MVB 1 MVB 2 GATE 1 in TCN network MVB 1 MVB 2 MPU “1” MPU “2” I/O 1 Red. I/O 2 Red. MVB line “1” I/O NON Red. I/O NON Red. I/O 2 Red. I/O NON Red. GATE 2 I/O 1 Red. I/O NON Red. MVB line “2”

10、3、中繼器冗余性、中繼器冗余性 只有一個(gè)啟用，而另一個(gè)處于待機(jī)模式，并且可在已啟用的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)立即自動(dòng)開啟。 自CRH5 型動(dòng)車組開行以來，其網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)在動(dòng)車組運(yùn)行中充分發(fā)揮了其實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、收集跟蹤數(shù)據(jù)、重大故障引導(dǎo)處理的功能，極大的提高了動(dòng)車組的操作性，和司乘人員的故障處理能力，有力的保證了動(dòng)車組的安全運(yùn)行。CRH5 型動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用也暴露了一些問題，如動(dòng)車組運(yùn)行途中，司機(jī)室監(jiān)控屏軸溫報(bào)警，經(jīng)調(diào)查分析導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因多為信號(hào)傳輸線系干擾所致，故建議對(duì)今后動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)從多個(gè)角度出發(fā)，使其功能更加全面，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性。CRH5與與CRH2通信網(wǎng)絡(luò)比較通信

11、網(wǎng)絡(luò)比較 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)CRH2型動(dòng)車組采用的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為ARCNET，為通用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，具有完全開放，簡單易用，通用性好，二次開發(fā)方便等優(yōu)勢(shì)。CRH5采用TCN標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為專用的列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，具有功能強(qiáng)、實(shí)用性好，運(yùn)用靈活等優(yōu)點(diǎn)?？偩€層次總線層次CRH2采用雙環(huán)網(wǎng)，加自我診斷信息傳輸線方式，加上光節(jié)點(diǎn)與設(shè)備和設(shè)備之間的鏈接，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。CRH5采用非常明晰的雙層總線系統(tǒng)，列車總線和車輛總線在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上清晰，總線上設(shè)備可在初運(yùn)行時(shí)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)。CRH5與與CRH2通信網(wǎng)絡(luò)比較通信網(wǎng)絡(luò)比較 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)CRH2采用的傳輸介質(zhì)為光纖和雙絞線。光纖作為傳輸介質(zhì)傳輸可靠性高，但

12、是通信設(shè)備構(gòu)成略復(fù)雜；CRH5列車總線和車輛總線均采用屏蔽雙絞線，設(shè)備連接方便傳輸，性能也可以滿足列車控制的基本要求。光纖屏蔽雙絞線經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性由于CRH2采用ACRNET，因此其芯片生產(chǎn)，產(chǎn)品研發(fā)等方面具有更好的市場(chǎng)環(huán)境，控制系統(tǒng)總體經(jīng)濟(jì)性要好于基于專用的TCN標(biāo)準(zhǔn)的CRH5，也更利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的國產(chǎn)化。總結(jié)：總結(jié)： 日系CRH2動(dòng)車組中央裝置和終端裝置由光纖連接，采用不易發(fā)生故障的雙向環(huán)形環(huán)路傳輸信息。當(dāng)發(fā)生2處以上的線路故障時(shí)，可繼續(xù)由其他連接線路傳輸。另外，還設(shè)有備份傳輸線(自我診斷傳輸線)，當(dāng)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)傳輸控制指令，控制各設(shè)備。 歐洲系列CRH5動(dòng)車組中，2個(gè)動(dòng)車組之間的連接通過穿過頭車自動(dòng)車