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1、动车组网络掌握系统及技术分析孙梅玉;于庆斌【摘 要】动车组的网络掌握系统相当于人的大脑和神经,它在保证列车的行车安全、牢靠性、舒适性方面具有至关重要的作用;为了给相关产品的网络掌握系统设计提供借鉴,通过梳理中车已有典型动车组产品的网络掌握系统,提取共性特征,总结归纳了动车组网络掌握系统的组成、系统功能、拓扑功能、主要参数等内容;同时,乘客需求的提升以及轨道交通装备技术的不断升级,对动车组在速度、舒适性、智能化等方面提出了更高要求,为了明确动车组列车网络掌握系统的进展方向,通过查询专利文献等途径,得出动车组网络掌握系统技术争论多集中在多网融合、列车冗余优化设计、列车自动驾驶、无线通信等方向,可以
2、为轨道交通技术特别是网络掌握系统技术的相关争论供给参考.%The working of EMU network control system corresponds to that of the human brain and nerves.hplays a critical role in ensuring the EMU”ssafety,reliability,and comfort.In order to provide reference for the design of the related network control system,by analyzing CRRC”s m
3、ain EMU products and extracting their common features,the key elements of the EMU”s network system have been described,such asits structure,the system function,the topological function and its main parameters.Meanwhile,the promotion of passenger demand and the continuous upgrading of rail transporta
4、tion equipment technology,areputting forward higher requirements tothe EMU”s speed,comfort and intelligence.In order to clarify the development directionof EMU”s network control system,through querying the patents and literatures,the new technology research on EMU network controlsystemis also consid
5、ered,which is focused on the multi-networkconvergence,the optimization designof train redundancy,train automatic driving,wireless communication and so on.This can provide reference for the design of the train”s network systemtechnical research.【期刊名称】计算机测量与掌握【年(卷),期】2023(025)010【总页数】3 页(P105-107)【关键词
6、】动车组;网络掌握系统;多网融合;轨道交通技术【作 者】孙梅玉;于庆斌【作者单位】中车工业争论院,北京 100067;中车长春轨道客车股份,长春 130062【正文语种】中 文【中图分类】TP273动车组的掌握、监测与诊断系统(简称 TCMS)是车载分布式的计算机网络系统，担当动车组牵引及制动掌握等指令的传输，同时对列车上的主要设备进展状态监测， 并具有故障诊断及故障记录功能1。信息通过车载网络进展传输，削减了硬线的数量，从而减轻了列车重量并提高了系统牢靠性。该系统能够给司乘人员供给操作指导，并给修理人员供给技术支持。本文总结中车已有典型动车组产品的网络掌握系统技术2-4，提取共性要素，对动车
7、组的网络掌握系统进展简洁介绍。网络掌握系统组成主要有：主控/网关单元(CCU/GW)、主控/网关/大事记录仪单元(CCU/GW/ERM)、远程输入输出单元(RIOM)、二层网管型以太网交换机(CS)、三层网管型交换机(ETB)、人机交互单元(HMI)、接口网关单元(ECN/MVB/Lonworks)。1.1 主处理单元主处理单元主要负责列车掌握、监视和故障诊断的功能。全部列车网络掌握系统的子系统都通过车辆总线与主处理单元进展通信，交换数据。主处理单元依据所连接车辆总线的不同分为牵引主处理单元和舒适主处理单元，其中牵引主处理单元(MPU-LT)连接到 MVB 信号线和 MVB 牵引线，用于牵引、
8、关心和制动等列车运行相关系统的掌握、监视和故障诊断，而舒适主处理单元(MPU-LC)连接到 MVB 信号线、MVB 舒适线和 CAN 总线上，用于空调、厕所、塞拉门等其他关心系统的掌握、监视和故障诊断。1.2 TCN 网关TCN 网关具有 WTB 接口和 MVB-EMD 接口，它负责列车总线 WTB 和车辆总线MVB 两个总线之间的信息转换和路由任务，并保证列车级总线和车辆级总线网络通信的实时性、牢靠性，以及确保列车级总线和车辆级总线网络数据安排的合理性。网关依照 TCN 和 UIC 标准掌握 WTB 和 MVB 间的信息传输。从 MVB 总线角度来看，它作为仲裁者的设备，从 WTB 总线角度
9、看，它是一个可以配置为主或者从的节点。1.3 远程输入输出模块远程输入输出模块负责完成列车各种数字量、模拟量信号的采集和掌握信号的输出， 并将这些变量依据通讯协议与主处理单元进展信息交互。功能模块的组成可以依据 实际需要进展配置，从而满足车辆整体设计要求?1.4 监视器(显示屏)监视器(显示屏)具有 MVB-EMD 接口，内嵌 Windows XP Embedded 操作系统，可对连接到 MVB 车辆总线上的子系统状态、列车的根本运行数据、状态信息和故障诊断信息进展监视、存储，同时也可依据实际状况通过显示屏切除系统中的故障设备。1.5 高压掌握单元高压掌握单元 CLT 用于对高压电路的治理，主
10、要负责高压开关治理、能量治理、高压保护、电流不平衡保护、谐波电流检测等功能。网络掌握系统是列车的神经系统和指挥中枢，它实现各子系统信息传输共享，协调中心掌握系统与各子系统的掌握、监视与诊断任务，汇总各子系统工作状态和故障诊断信息，供给信息显示和人机交互接口，完成列车自动编组与解编、实现整车级的掌握、故障诊断、状态监视等功能5。2.1 通信功能动车组网络承受符合 IEC61375 标准的列车通讯网络，承受列车总线和车辆总线两级总线。列车总线为 WTB 总线，用于传输各牵引单元间的信息。车辆总线为MVB 总线和 CAN 总线，用于连接一个牵引单元内的设备，实现设备的掌握、监视和故障诊断功能。该系统
11、能够实现网络通信协议，为网络上的车载设备供给实时、确定的信息交互通道，保证网络上设备通信正常。2.2 掌握功能基于网络通信功能，完成对包括牵引系统、关心系统、制动系统、空调系统等在内的列车掌握。网络掌握系统具备对牵引系统的掌握功能与接口，能够传输牵引系统掌握指令，并监视牵引系统工作状态，能够实现对牵引设备的隔离和恢复。网络掌握系统能传输制动指令，并监视制动系统工作状态，可为制动系统供给与列车运行掌握系统车载设备的制动指令接口。网络掌握系统具备与关心变流器、充电机、蓄电池、负载设备(包括空气压缩机、牵引变流器冷却系统、牵引变压器冷却系统、空调等)的电气或通讯接口，对相应设备进展掌握。网络掌握系统
12、能依据地面过分信任号(列车运行掌握系统或过分相装置供给)实施自动过分相掌握。网络掌握系统具备恒速运行掌握功能，司机可通过人机界面或恒速手柄等方式激活恒速运行模式。2.3 故障诊断功能动车组列车网络掌握系统具有完善的系统诊断功能，便于对车辆进展修理及保养； 对重要的子系统及设备进展状态监视和诊断，指导维护人员快速排解故障；具有本地故障数据的记录存储功能并且供给便携式设备传输接口和无线信息传输接口，可用便携式设备采集数据和分析，也可依据需要将诊断设备记录的数据以无线方式传送至地面维护基地。2.4 人机交互功能通过司机室和机械师室显示屏，司机和机械师可实时在线观测列车运行状态，司机、机械师和修理人员
13、可观看列车各子系统当前的故障代码和故障发生的时间，能识别 故障发生车辆，供给故障描述并可通过显示器掌握相关系统的操作。动车组通信网络包括列车总线(WTB)、车辆总线(MVB 和 CAN)两个总线层。在MVB 总线上，又被分为 MVB 牵引线和 MVB 舒适线两个层次，每个层次分别由一对冗余的 MPU 进展治理，即牵引主处理单元 MPU-LT 和舒适主处理单元MPU-LC 各两对。这两个层次的 MVB 总线通过第三条 MVB 总线(信号总线)连接在一起。信号总线由牵引主处理单元 MPU-LT 掌握。两个动力单元通过 TCN 网关实现动力单元间和连挂列车间的通讯。每四节车辆为一个 MVB 网段称作
14、一个动力单元，两个网段之间通过 TCN 网关上的 WTB 总线进展信息交互。每个动力单元依据设备功能设有三条 MVB 总线，分别担当牵引、信号、旅客效劳信息的传输。此外还有一个 CAN 总线，主要用于充电机、自动车钩、厕所单元等在性能和冗余方面没有特别要求的次要设备的互连。动车组承受基于 TCN 标准的网络掌握系统，列车总线(WTB)和车辆总线(MVB)通过网关节点来连接，每个牵引单元或每节车辆设有一个节点。WTB 总线和 MVB 总线均承受集中掌握、周期性预安排的主从方式对总线介质进展访问掌握。其中， WTB 总线负责列车车辆间的数据通信，是一种用于连接可动态编组的车辆间的绞线式列车总线，能
15、自动识别车辆在列车编组中的位置和方向。MVB 总线负责车辆内部的数据通信，是一种用于连接车辆内部设备的多功能车辆总线。动车组还承受 CAN 总线连接对网络性能要求低、重要性也比较低的设备。CAN 是一种有效支持分布式掌握或实时掌握的串行通信总线，具有突出的牢靠性、实时性和敏捷性。其传输介质可承受双绞线、同轴电缆和光纤等，支持总线型拓扑构造。CAN 承受带优先级机制的载波监听/冲突避开方式对通信介质进展访问掌握。CAN 只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局播送等几种方式接收数据，无需特地的“调度”。4.1 传输速率列车网络掌握系统承受符合 TCN 标准的 WTB+MVB 两级总线构造
16、，4 辆车为一个牵引单元，依据 IEC61375-1 标准，传输速率如下：牵引单元内部为车辆总线MVB，传输速率为 1.5 Mbit/s；2 个牵引单元之间承受列车总线 WTB，传输速率为 1 Mbit/s。4.2 系统最大响应时间主处理器单元 MPU 的任务周期不超过 100 ms；同一条总线上 RIOM 到 RIOM 的最大响应时间(350 ms)；牵引-舒适总线上的 RIOM 到 RIOM 的最大响应时间(450 ms)；经过 TCN 网关的 RIOM 到 RIOM 的最大响应时间(700 ms)。目前我国对列车网络掌握系统的争论还在不断进展中，在列车掌握技术领域涉及到的技术主要有故障诊
17、断系统、网络掌握系统、显示系统、通信系统、报警系统、广播影视消遣系统及视频监控系统等。通过专利查询方法，对近五年申请的相关专利进展了整理，图 1 为列车掌握技术的专利分布图。在网络掌握系统方面涉及的技术有多网融合技术、列车冗余优化设计及列车自动驾驶技术。在通信系统领域，无线通信也有相关技术消灭。5.1 多网融合技术多网融合技术可以实现各总线之间的相互通信功能，使多网能兼容使用，牢靠性及稳定性高。网络架构中以太网与 MVB、CAN、TCN 网关等多网融合通信是网络掌握技术领域研发的重点。在列车掌握领域，网络掌握技术领域近五年内在美国、德国、日本、韩国、中国、世界学问产权组织及欧洲专利局共查询到
18、89 件专利申请。这 89 件专利中的网络架构应用于多种掌握子系统，例如数字播送系统、视频监控系统、列车信息显示系统、通信系统等。5.2 车辆冗余优化设计当前列车网络掌握系统在硬件设备、功能及通信上均存在冗余，导致建设与运营维护本钱高、维护难度大等问题。对车辆冗余进展优化设计可以降低设备安装、维护本钱，提高系统牢靠性，能够使列车网络更加经济、高效地运行，有效节约本钱， 削减不必要的铺张和冗余。近五年各国在车辆冗余优化设计上着力争论，在查询到的近五年公开的 50 件相关专利中，涉及到硬件显示器、通信设备、播送设备、主机系统、主处理器，以及通信系统、数据传输、网络拓扑构造等。5.3 列车自动驾驶技
19、术目前列车网络掌握系统主要承受超速防护功能，列车自动驾驶技术还不成熟。列车自动驾驶技术可以提高运营效率、保证乘坐舒适，替代司机驾驶等，因此近五年各国都在大力研发列车自动驾驶技术。列车自动驾驶技术涉及车-地通信方式下，列车自动驾驶运行打算信息的猎取方式与掌握方法、列控系统车载设备工作模式的转换等。5.4 无线通信技术目前的列车网络掌握系统存在诸多独立的子系统，例如信号子系统、无线数字集群子系统、乘客信息子系统(PIS)等，各独立子系统分占无线网络资源的构造将导致各子系统间存在无线信号干扰，影响列车网络掌握系统的传输稳定性、网络传输速率等。通过争论无线通信技术，可以整合各个独立的无线通信传输网络，
20、实现车载信息 平台和地面信息平台的融合。车载信息平台包括列车的实时运行数据、故障数据、 历史运行数据、旅客消遣和通信需求等；地面信息平台包括列车的根底数据、维护 数据、检修数据等。通过信息交互可以实现车辆自动驾驶、在线评估车辆运行状态、紧急状况时可提前向行车指挥中心发出预警等功能，必要时还可自动停车并通知附 近车辆避让。无线通信技术主要从加大带宽、提高抗干扰力量、提升适应性和传输稳定性等方面争论。同时，无线通信技术还应当满足列车在大空间范围内高速移动状况下的通信需要。动车组网络掌握系统较为简单，系统涉及方面较多，是列车技术中的研发热点和重点之一。通过对中车已有典型动车组产品的网络掌握系统进展分
21、析总结，提取了动车组网络掌握系统的共性，并对其进展了简洁介绍。同时，分析了动车组网络掌握系统进展的方向，在多网融合技术、车辆冗余优化设计、列车自动驾驶技术、无线通信技术等方面进展争论，有助于提升当前网络掌握系统的综合性能，并可为其设计供给肯定指导。【相关文献】1 倪文波，王雪梅. 高速列车网络与掌握技术M. 成都：西南交通大学出版社，2023.2 常振臣，李 强.CRH380CL 高速列车网络掌握系统J. 电力机车与城轨车辆,2023,40(3)：1-5.3 沙 淼，王 伟，徐建波.CRH5 型和 CRH3 型动车组列车网络掌握系统的比较J.铁道车辆, 2023,50(1)：25.4 崔玉龙，田 鹏，张永明.某型城际动车组列车网络掌握系统J.电力机车与城轨车辆,2023,40(2)： 30.5 李方方，赵 娟，冯 伟.高速动车组网络掌握系统探究J. 现代制造技术与装备, 2023(2)：60.