1、CRH5CRH5列车网络控制系统列车网络控制系统CRH5列车网络控制系统列车网络控制系统系统组成及功能系统组成及功能 网络拓扑结构网络拓扑结构 冗余性分析冗余性分析 CRH5与与CRH2通信网络比较通信网络比较 4123系统组成及功能系统组成及功能 CRH5 型动车组网络控制系统是采用ALSTOM 公司AGATE 系统设计，通过贯穿整个列车的WTB 列车总线来采集和传输信息、命令管理着动车组各个子系统设备，为实时统一管理动车组各部分状态及乘务员操作提供了可靠信息，确保了动车组运行安全。网络构架体系系统组成及功能系统组成及功能 为与更为复杂的布局实现正确接口，需要根据IEC 61375 标准配置
2、列车通信线路，所有连接至列车总线（网关）的用户也将根据IEC61375 规范设计。所有GW 设备均具有可生成列车布局数据库的“映射服务器”SW。网关GW（WTB 线和列车接口的连接桥），如右图1 所示。逻辑处理单元MPU（微处理器LC=舒适线即车门,卫生间、暖通空调等；微处理器LT=牵引线即辅助,牵引等)，如图2所示系统组成及功能系统组成及功能CRH5 型动车组网络控制系统具有传输控制指令、实时监控设备状态、收集跟踪数据三大类功能。具体功能如下：牵引、辅助、制动指令传输；设备控制、复位指令传输；指示灯、蜂鸣器指令传输；车上试验功能；数据记录功能；自我诊断、复位功能；页面显示功能；司乘人员支持功
3、能。网络控制系统的强大功能，使动车组实时控制的可靠性和智能性得到了很大提高，对动车组各设备状态进行了有效的实时监控和管理，很大程度的提高了动车组的可操纵性。网络拓扑结构网络拓扑结构列车级网络列车级网络列车级网络完全由列车总线和网关组成。是多车挂接车组以接口正确连接所必需的列车通信线路，以及与列车总线（网关）以接口连接的设备均按照国际标准实现，而且为了保证相互操作性和可扩展性，它们配有负责生成列车编组数据库的“Mapping Server”软件。标准限制要求每个网关最多控制6 节车。为此，对每一编组提供了2 个冗余的网关单元,两个冗余网关单元分别应用于每半列列车，如图所示：两个动车组之间的连接通
4、过穿过头车自动车钩的“WTB”（列车总线）型冗余链路来实现。此总线是TCN网络的一部分，它在长度因挂钩/摘钩操作而发生变化时可以实现网络的动态重组（网关重新编号）。该总线使用具有可控阻抗的冗余介质，其传输的信息速率约为1 Mb/s。传输距离为860米，22个节点，备用节点有4 个。每次列车重新编组或列车连挂初运行，要进行列车总线即WTB总线的配置，对于规范的列车总线WTB，本身具有自动配置功能,操作人员只要按规程操作，最后检查配置状态以确认配置是否正确。如果配置不正确，列车总线将不能正常通信。网络拓扑结构网络拓扑结构车辆级网络车辆级网络列车设备之间的通信通过一系列EMD（电气介质距离）类MVB
5、 车辆总线保证。针对与之接口的设备所执行的宏观功能，每个车组上设有以下3 种车辆总线：MVB-A 信号线（总线管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-B 牵引线（总线管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-C舒适度线（总线管理器：MPU_LC，冗余MPU_LC）。每条MVB 线至少配有2 个总线管理器。系统还被设置为管理适用标准所规定的热主控开关。MVB 传输介质是一条连接在设备之间且每一端均进行端接的导线（2 个电缆对）。为避免反射问题而选取的拓扑，在存在较长距离线路段没有进行与节点连接相对应的端接时会造成反射问题。因此对于1 号至n 号用户，串行电缆进入一个设备后再引出
6、，在节点内形成一个非常短的T 型连接。在车辆级MVB总线上，该体系结构被分为两个不同的层次：牵引和服务设施,每一层次均使用一对MPU进行管理。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。此总线由牵引层的MPU控制。系统冗余性系统冗余性1.1.网关冗余性网关冗余性 只有一个启用，而另一个处于待机模式，并且可在已启用的一个发生故障时立即自动开启。这一转换过程对应用而言是透明的。为对这种情况进行管理，网关的两个部分通过一条内部串行总线（CAN）进行通信。同时还通过同一条串行线进行确定谁为主站、谁为从站的仲裁。MVB line“2”MVB 1MVB 2GATE1 FAULTY网关
7、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 系统正常情况下，编组中存在的MPU 1 和2 均开启并运行。网关1（GW-MVB）工作，而WTB 线上的网关2 则不工作，但它在MVB 线上工作。在正常运行中，两者都采集信号、处理应用逻辑并发送其相应的指令。MPU（主处理单元）“1”是MVB 1 和2 线上的控制器（M
8、ASTER），它直接控制I/O“1”输出，而MPU“2”则直接对I/O“2”输出发送指令。每个MPU 均接收在线路1 和线路2 上由I/O 采集的所有信号。CRH5 型动车组网络控制系统中网关、MPU、I/O 模块等主要设备均采用冗余设计，当其中一个设备发生故障后，系统仍将正常运行，很大程度的提高了系统的稳定性。实际运用中，该系统偶有因多种原因导致单个网关或MPU 通讯故障，由于该系统具有良好的冗余性，局部的通讯不畅基本不影响动车组正常运。2 2、MPUMPU冗余性冗余性 MPU的冗余类型为热备冗余。两个MPU均可管理其MVB总线（单条或多条）。它们读取相同的输入，并执行相同的任务。在故障情况
9、下一个会自动接替另一个。同一总线上的所有设备均由同一MPU发送指令。当MPU1故障时，MPU2替代了MPU1作为MVB“1”和MVB“2”线上的主控制器。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”3、中继器冗余性、中继器冗余性 只有一个启用，而另一个处于待机模式，并且可在已启用的一个发生故障
10、时立即自动开启。自CRH5 型动车组开行以来，其网络监控系统在动车组运行中充分发挥了其实时监控设备状态、收集跟踪数据、重大故障引导处理的功能，极大的提高了动车组的操作性，和司乘人员的故障处理能力，有力的保证了动车组的安全运行。CRH5 型动车组网络控制系统在实际运用也暴露了一些问题，如动车组运行途中，司机室监控屏轴温报警，经调查分析导致该现象的原因多为信号传输线系干扰所致，故建议对今后动车组网络控制系统设计从多个角度出发，使其功能更加全面，进一步提高系统可靠性。CRH5与与CRH2通信网络比较通信网络比较 协议标准协议标准CRH2型动车组采用的控制网络标准为ARCNET，为通用的工业网络标准，
11、具有完全开放，简单易用，通用性好，二次开发方便等优势。CRH5采用TCN标准，该标准为专用的列车通信网络标准，具有功能强、实用性好，运用灵活等优点。总线层次总线层次CRH2采用双环网，加自我诊断信息传输线方式，加上光节点与设备和设备之间的链接，网络拓扑结构复杂。CRH5采用非常明晰的双层总线系统，列车总线和车辆总线在网络拓扑结构上清晰，总线上设备可在初运行时自动发现。CRH5与与CRH2通信网络比较通信网络比较 传输介质传输介质CRH2采用的传输介质为光纤和双绞线。光纤作为传输介质传输可靠性高，但是通信设备构成略复杂；CRH5列车总线和车辆总线均采用屏蔽双绞线，设备连接方便传输，性能也可以满足
12、列车控制的基本要求。光纤屏蔽双绞线经济性经济性由于CRH2采用ACRNET，因此其芯片生产，产品研发等方面具有更好的市场环境，控制系统总体经济性要好于基于专用的TCN标准的CRH5，也更利于实现设备的国产化。总结：总结：日系CRH2动车组中央装置和终端装置由光纤连接，采用不易发生故障的双向环形环路传输信息。当发生2处以上的线路故障时，可继续由其他连接线路传输。另外，还设有备份传输线(自我诊断传输线)，当环形网络发生故障时传输控制指令，控制各设备。欧洲系列CRH5动车组中，2个动车组之间的连接通过穿过头车自动车钩的WTB（列车总线）型冗余链路来实现。此总线是TCN网络的一部分，它在长度因挂钩/摘钩操作而发生变化时实现网络的动态重组（网关重新编号）。车辆总线MVB使用阻抗受控的冗余介质，每个车组有3条总线：牵引、车内设施和信号。专用协议应用性能稳定完备，系统组织灵活、功能强大。两种动车组通信网络在使用中其性能各有优势。CRH5与与CRH2通信网络比较通信网络比较 Thank You!
