列车总线控制基础(列车通信网络概述)
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模块8 列车网络控制系统认知《城市轨道交通电客车电气控制系统》教学课件
司机显示单元
二、列车网络控制系统的通信总线
1. MVB总线
MVB是多功能车辆总线的简称，属于现场总线，也 是工业控制的一种。城市轨道交通车辆通信网络分为两 级：列车控制级、车辆控制级。
MVB主要作为车辆级的通信总线。该总线使用双绞 线介质，将车辆上各个重要设备与车辆主机连接，如牵 引控制单元、辅助控制单元、制动电子控制单元等都通 过MVB总线与车辆控制单元进行通信传输控制、监测信 号等。
பைடு நூலகம்
DDU RIOM
司机显示单元 远程输入输出单
元
EVR ACE
PCE
事件记录器 辅助控制电子
牵引控制电子
ATC PIS LCD RIO
列车自动控制 乘客信息系统 液晶显示屏 输入输出阀
EDCU VAC GTW Smart
电子门控单元 空调通风 网关阀 智能阀
拓扑图中涉及的部件有MPU、DDU、ACE、PCE、RIOM、GTW、Smart、EDCU、PIS、VAC、EVR、ATC等。
城市轨道交通 电客车电气控制系统
✩精品课件合集
模第块X章8 列X车XX网X络控制系统认知
目录
任务一
列车网络控制 系统硬件、通 信总线认知
任务二
列车网络控制 系统拓扑结构
认知
列车网络控制系
01 统硬件、通信总 线认知
列车网络控制系统利用通信网络实现对车载设备的控制、 监控及故障诊断。它由微机单元利用相应总线通信来实现。 列车网络控制系统主要部件有车辆控制单元、网关、微处 理器单元、输入/输出模块、司机显示单元、冗余中继器等。
MPU TCMS的主处理单元，通过MVB总线与各子系统控制单元通信，完成对各子系统的控制、 监测和故障诊断等功能。
CRH3列车通信网络系统..
人机显示接口MMI
司机和列车乘务员的MMI是动车组车厢网络中最主要与 人进行交互信息的设备。它一方面接受来自MVB上的信息， 经过处理后通过显示界面必要的信息给相关人员，同时操作 者可根据操作要求通过操作MMI,把自己的意图和信息输入 到MMI中，经其处理后，将有关信息存储到本身的存储系统 中或是传到MVB网络上。同时，MMI负责整个动车组中心诊断。
从CCU运行和主CCU相同的程序，然而没有主动的过程 控制。从CCU监视主CCU的状态，并做好在主CCU发生故障时 接过主CCU的工作的准备。
在下列情况下，实施CCU故障转换： ➢ 完全闭锁/阻塞（如操作系统计算机时间监视器的激活） ➢ 主CCU重要部件（电源装置/中央处理器，I/O模块）故 障 ➢ 主CCU的MVB接口，或MVB总线管理器故障，或带有主控 CCU的MVB分 段故障作为主控CCU组成的网关故障 ➢ 司机室内CCU故障开关动作
WTB总线
WTB在线路连接上采用冗余的双线方案，节点同时向两 条线路发送相同的数据，但只从其中一条接受数据，该线为 信任线，同时节点监视另一线路，此线路为监视线。
WTB总线上的节点有主、从之分，作为主的节点可以按 照自己的需要发送数据，其它作为从的节点只有在被主要求 时才发送数据。
MVB总线
CRH3的车厢级通信网络采用MVB车辆总线，它的拓 扑结构是固定的，不能动态改变。在传输线路上采用两对屏 蔽双绞线用做为传输媒介，并且在车厢内分为两路冗余布线 。除端车外，每辆车都有一个MVB分段，并通过中继器连 接到整个MVB单元上，在端车有两个段，分别通过 两个中继器连入整个MVB单元。
CRH3中的卫生间控制系统，除控制本子系统内部电气 元件完成卫生间相应功能外，还与列车控制系统进行信息交 互。作为主的卫生间本身没有与MVB直接通信的能力，它通 过SIBAS®-KLIP连接到列车网络，将二进制的状态信息反馈 到列控系统，然后这些信息可以在列车员MMI上显示。这些 信息主要是：卫生间的错误信息、净水箱空故障信息、污水 箱满95%故障信息、卫生设施的加热系统温度过高、紧急呼 叫信息等。
列车通信网络标准TCN
19
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电 短 距 离 介 质 传 送 距 离 ≤ 20 米 ， 使 用 标 准 的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
双份物理介质
双绞线，RS-485（20米32设备）； 变压器隔离屏蔽双绞线（200米32设备）； 星型光纤网（2000米，2个设备）
双份物理介质
带16..32位前同步码的曼彻斯特编码
带定界符的曼彻斯特编码
1Mbit/s
1.5Mbit/s
8 bit地址
12 bit地址
点对点及广播
点对点及广播
在4--132个字节之间可变
26
ESD的接收器
接收器遵循ISO8482(RS-485)标准，约束条件为： a）根据不同的线路电压，接收器在其RxS输出上产
生两种不同的电平： • 当线路朝高电平驱动，如果电压差(Up - Un)大于
+0.200 V，则为高电平。 • 当线路朝低电平驱动或线路无驱动只有偏压存在
时，如果电压差(Up - Un)小于-0.200V，则为低电 平。 b）接收器至少应有0.050V的滞后，但不能大于 0.200V。 c）接收器在有RS-485规定的相对于Bus_GND线的 共模电压存在时，应能正确工作。
53
MVB介质分配（MAC）
MVB 由 单 个 主 设 备 控 制 ， 该 设 备 是 能 发 送 Master_Frames（主设备帧）的唯一设备，所有其 它的设备都是从设备，他们不能自发发送。
在持续几秒钟的一轮期间，可能有几个设备—— Bus_Administrators （ 总 线 管 理 器 ） —— 能 够 成 为主设备，但一次只能一个成为主设备。
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电 短 距 离 介 质 传 送 距 离 ≤ 20 米 ， 使 用 标 准 的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
双份物理介质
双绞线，RS-485（20米32设备）； 变压器隔离屏蔽双绞线（200米32设备）； 星型光纤网（2000米，2个设备）
双份物理介质
带16..32位前同步码的曼彻斯特编码
带定界符的曼彻斯特编码
1Mbit/s
1.5Mbit/s
8 bit地址
12 bit地址
点对点及广播
点对点及广播
在4--132个字节之间可变
26
ESD的接收器
接收器遵循ISO8482(RS-485)标准，约束条件为： a）根据不同的线路电压，接收器在其RxS输出上产
生两种不同的电平： • 当线路朝高电平驱动，如果电压差(Up - Un)大于
+0.200 V，则为高电平。 • 当线路朝低电平驱动或线路无驱动只有偏压存在
时，如果电压差(Up - Un)小于-0.200V，则为低电 平。 b）接收器至少应有0.050V的滞后，但不能大于 0.200V。 c）接收器在有RS-485规定的相对于Bus_GND线的 共模电压存在时，应能正确工作。
53
MVB介质分配（MAC）
MVB 由 单 个 主 设 备 控 制 ， 该 设 备 是 能 发 送 Master_Frames（主设备帧）的唯一设备，所有其 它的设备都是从设备，他们不能自发发送。
在持续几秒钟的一轮期间，可能有几个设备—— Bus_Administrators （ 总 线 管 理 器 ） —— 能 够 成 为主设备，但一次只能一个成为主设备。
列车总线控制基础(列车通信网络概述)
简化网络结构：一般将网络形式简化成线形；
简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2～3层；
简化节点信息，通常简化到只有几字节。
采用网络管理技术来实现实时性，并保证其可预知性。
例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模，就可以 将响应时间控制在指定的时间内。
总之，实时性要求是现场总线区别于一般计算机通信的主要 因素。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性 是现场总线的重要发展趋势。
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便
很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
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现场总线概述
2.现场总线的特点
现场总线控制系统结构
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现场总线概述
3.现场总线的特殊功能 (1)经济、安全、可靠地传输信息
还要增加到十二种类型
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现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。 但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
大连交通大学
现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信， 以体现其经济性； ②解决现场装置的总线供电问题，实现性现场总线的本质安 全规范，以体现其安全性； ③解决现场总线的环境适应性问题，如电磁干扰、环境温度 、适度、振动等因素，以体现其可靠性； ④现场仪表及现场控制装置要尽可能地就地处理信息，不要 将信息过多地在网络上往返传递，以体现现场总线技术发 展趋势——信息处理现场化。
列车通信网络技术ppt课件
20米，每段32个设备； 200米，每段32个设备；
2000米；
备份的物理层介质（同步发送）
曼切斯特编码，9个比特源分界符
1.5Mbit/s
12 位设备地址；0..255留给带消息数据的设备 12 位逻辑地址用于过程数据（每个为16..256 位）
16
MVB传送三类数据： ● 过程数据（Process_Data）：源地址数据的周期性广播，
过程数据是由发行者设备发送至多个用户设备的广播数 据，并由他们的逻辑地址来标识，这种类型的传送称为源寻 址广播。
18
2、消息数据：
消息是冗长但不频繁传输的数据，消息的长度在几 个字节到几千个字节之间。为了传输较大的消息数据， 可以将消息分成小的包，这些包分别编号并由目的站确 认。
消息数据是从一个源设备发送到一个目标设备或是 同一总线上的所有设备的面向目标的数据。消息数据是 有需要时才传送的。
WTB 特性摘要表：
12
它有一个段是朝向列车中间，
WTB 采用屏另端蔽一节双段点绞是电朝气线向上，敞用开与信的它号端连传部接。的输速度１Mbit/s。采 用规定型号的电缆端，接器可来互终连止两最个多总线32不同车辆上的电缆节链连接接而两成个总。线
整个列车的组成可以灵活多样，一节车厢内可以
有一条或多条车辆总线，也可以没有;车辆总线也
可以在固定编组的情况下跨接几节车厢。如果整
列车是固定编组，则列车并不需要对节点进行连
续编号，这时车辆总线可以起到列车总线的作用。
5
列车总线和多功能车辆总线
• 列车总线（Wire Train Bus,简称WTB）贯 穿整列车，连接列车中的各个车辆总线； WTB总线能自己组态，传输速率可达 1.0Mbit/s，介质为双绞屏蔽线。
列车通信网络
17
车厢总线MVB
车厢总线用于将一个车厢内或不可分的车厢组内 的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于16ms；
18
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电短距离介质传送距离≤20米，使用标准的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
列车通信网络
Train_Communication_Network，TCN
1
定义列车网络层次结构
列车运行自动控制
列 车 总 线
列车故障诊断
机车控制
车
车厢控制1。。 。
车 厢 总 线
车厢控制N
车 厢 总 线
牵引控制
制动控制 辅助控制 车速测量
厢 总 线
车门控制
空调控制 供电控制 轴温检测 制动控制
2
TB
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T 3035-2002
列车通信网络 Train Communication Network
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
7
IEEE1473允许协议设计组合
车厢总线非时 间严格型 T型 L型 L型 车厢总线 时间严格型 T型 T型 L型
51
监督数据(Supervisory_Data) 报文 • Supervisory_Data帧是对F_code＝8、9、13、 14或15的Master_Frame的响应。其长度总是16 bits。
车厢总线MVB
车厢总线用于将一个车厢内或不可分的车厢组内 的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于16ms；
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MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电短距离介质传送距离≤20米，使用标准的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
列车通信网络
Train_Communication_Network，TCN
1
定义列车网络层次结构
列车运行自动控制
列 车 总 线
列车故障诊断
机车控制
车
车厢控制1。。 。
车 厢 总 线
车厢控制N
车 厢 总 线
牵引控制
制动控制 辅助控制 车速测量
厢 总 线
车门控制
空调控制 供电控制 轴温检测 制动控制
2
TB
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T 3035-2002
列车通信网络 Train Communication Network
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
7
IEEE1473允许协议设计组合
车厢总线非时 间严格型 T型 L型 L型 车厢总线 时间严格型 T型 T型 L型
51
监督数据(Supervisory_Data) 报文 • Supervisory_Data帧是对F_code＝8、9、13、 14或15的Master_Frame的响应。其长度总是16 bits。
列车通信网络技术
2.对设备的编址
• 连接到总线上的器件称为设备，设备由设备地址来标 识。车辆总线最多可以寻址4096个设备，所以在车辆总线 上用12位的设备地址。列车总线上的设备地址为8位，其 中低6位是节点地址，因为连接到列车总线上的设备只有 节点，连接到多条总线上的设备对每条总线可以有不同的 设备地址。 • 一些特殊的设备，例如中继器，因为它仅仅参与物理层的 工作，所以没有设备地址。设备地址0用来标识本地链路 层，最高的设备地址（例如8位的设备地址11111111B）表 示对总线上的所有设备的广播，这两个地址都不能分配给 某个特定的设备。
WTB 特性摘要表：
它有一个段是朝向列车中间， 另一段是朝向敞开的端部。 WTB 采用屏蔽双绞线，信号传输速度１ Mbit/s 。采 端节点电气上用与它连接的 端接器来终止两个总线节以 用规定型号的电缆，可互连最多 32 个节点，长度最长至 减少反射。
860m。WTB 介质是由不同车辆上的电缆节链接而成。 连接两个总线
5.端口地址
因为过程变量很小，为了提高传输效率，将多个过程变 量放在一个过程数据帧中传输，这些过程变量构成了一个数 据集。列车通信网中的设备都提供一个或多个通信存储器来 存储数据集。通信存储器可以由网络和用户共同访问。一个 设备中最多可以有16个通信存储器。通信存储器用4位的通 信存储器标识符来标识，每个通信存储器包含多个端口，端 口是一种共享的内存结构，数据集存储在端口中．每个端口 只存储一个数据集。一个通信存储器最多可有4096个端口， 所以每个端口用一个12位的端口地址来标识。
址广播。
2、消息数据：
消息是冗长但不频繁传输的数据，消息的长度在几
个字节到几千个字节之间。为了传输较大的消息数据， 可以将消息分成小的包，这些包分别编号并由目的站确 认。 消息数据是从一个源设备发送到一个目标设备或是
列车通讯网络简介
列车通讯网络简介列车通讯网络简介1 引言国际电工委员会(IEC)第9技术委员会(TC9),委托由来自20多个国家(如中国、欧洲国家、日本和美国,它们代表了世界范围的主要铁路运用部门和制造厂家)以及UIC(国际铁路联盟)的代表组成的第22工作组(WG22),为铁路设备的数据通信制定一项标准。
车载设备数据通信的国际标准化,不仅在车辆级,而且在列车级都是必需的。
在列车级,由几个国家的客车组成的国际列车组,或在营业服务时其组成变化的国内列车组或市郊列车组,需要一个标准的数据通信,用于列车控制、诊断和旅客信息。
为此,WG22对绞线式列车总线作了规定(图1)。
图1 列车总线在车辆级,设备的标准配件适用于3种用户:1）制造厂装配的已预测试的部件,例如车门。
这些部件由分承包商制造并包含有他们各自的计算机。
2）设备供应商必须与不同的装配商接口,总希望通过遵循一项标准以减少开发费用。
3）运用部门总希望减少备件,并使维护和零件替换简化。
为了简化子系统的装配、调试和再次使用,WG22对MVB(多功能车辆总线)作了规定,如图2所示。
图2 车辆总线2总体结构列车通信网络(TCN)寻址各铁路车辆中所有相关的拓扑结构。
它包含两级:连接各车辆的列车总线和连接一节车辆内或车辆组各设备的车辆总线(图3)。
图3 列车通信网络一节车辆可以有1条或几条车辆总线,也可以没有。
车辆总线可以跨越几节车辆,例如在集中运输列车组(多单元)的情况下,列车组在运行时是不分离的。
在固定编组的列车组中,列车总线并不需要对节点进行连续编号,车辆总线可以起到列车总线的作用(图4)。
图4 几种列车组中的车辆总线为适应客车和设备的多样性,TCN对于消息数据采用逻辑地址,以期列车总线的每个节点支持多个应用功能(图5)。
图5 应用的功能这些功能可由1个或几个设备,或由列车总线节点本身来完成。
1个设备可以完成几种功能。
从外部来看,就象节点本身在完成所有的功能。
经由车辆总线实现的通信功能也是一样:应用不需要知道其他功能位于何处。
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现场总线概述
2.现场总线的特点
开放式系统
➢ 通信协议一致公开，任何人、任何单位均可采用 ➢ 不同厂家的设备遵守相同的技术规范 ➢ 不同厂家的设备可实现信息互访 ➢ 用户可按需要，任意选用现场总线设备 ➢ 不同设备之间可实现资源共享 ➢ 与其他网络（如互联网）相联，可实现网络与数据库共
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列车网络特点
列车控制网络的特点
➢ 工作环境恶劣，可靠性要求高； ➢ 实时性（时间确定性）要求高； ➢ 列车组成的动态性（自动组网）。
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列车网络的层次结构
网关
车辆总线 控制 控制 控制
单元1 单元2 单元n
控制器总线
传感器
控制器
列车总线
网关
网关
车辆总线 控制 控制
单元1 单元n
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
➢ 布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便 ➢ 很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
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现场总线概述
2.现场总线的特点
现场总线控制系统结构
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现场总线概述
3.现场总线的特殊功能
(1)经济、安全、可靠地传输信息
➢ 经济性 • 信息、电源同时传输 • 介质廉价
➢ 安全性 • 解决防爆问题
➢ 可靠性 • 电磁、气候、机械环境适应性
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现场总线概述
3.现场总线的特殊功能
(2)正确使用所传信息
➢ 可互操作性：不同厂家的设备相互理解所传信息
(3)及时处理所传信息
➢ 信息处理现场化，避免信息在网络上过多传输
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列车总线通信任务
诊断计算机
列车服务员
司机室
机车
客车
客车
具有司机室的客车
列车总线上不同类型的通信主要用于:
1) 控制
牵引控制: 车辆控制:
2) 故障诊断
设备故障, 维修信息
3) 状态信息查询
设备运行及状态
远程, 重联牵引,... 灯, 门, 加热, 倾摆, ...
4) 旅客信息
预报下一站, 故障, 线路. 预定座位等
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现场总线概述
1. 现场总线的概念
➢ 是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制 系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
网
包括PLC以及各种智能化的现场控制设备
络 节
基于统一、规范的通信协议
点
通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享
网
位于 生产控制 的底层
络
网络结构
体
系
通信总线在现场设备中的延伸
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现场总线概述
2.现场总线的特点
全数字通信
➢ 抗干扰能力和传输精度得到显著提高
—信号的检错、纠错机制得以实现
➢ 可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈
—现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类 型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过 一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央 控制器等。
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现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。
但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
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现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信，
➢ 为系统集成的自主性提供了产品保障
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现场总线概述
2.现场总线的特点
分散控制
现场设备的智能化与功能自治性：它将传感测量、补偿 计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成 ，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随 时诊断设备的运行状态。
由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得 现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构 。
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现场总线概述
2.现场总线的特点
对环境的高度适应
➢ 专为现场环境设计 ➢ 可支持多种传输介质
—双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等
➢ 可两线制供电 ➢ 支持本质安全与防爆
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现场总线概述
现场总线是多分支结构，其网络拓扑可为总线型、星型 、树形等多种形式，以总线型为主。
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线近年来成为控制领域的研究热点 ➢ 各国投入巨额资金与人力在开发这一技术，形成了企业、
国家、国际标准（欧洲、北美、亚洲、中国），呈现百花 齐放的现状。最后，通过妥协，现场总线技术出现了协调 共存、共同发展的局面 ➢ 现场总线国际标准IEC61158包含了八种类型，据说可能还 要增加到十二种类型
享
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现场总线概述
2.现场总线的特点
互可操作
➢ 不同设备间，除了能实现信息互访外，还能理解信息的含 义，并能根据信息要求进行操作
➢ 即某厂家生产的设备能够对另一个厂家的设备进行控制和 操作
➢ 不同厂家的相同类型的设备可以互相替换
➢ 可统一组态，无需专用的驱动程序
➢ 解决了设备的垄断性和产品故障处理的时效性
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现场总线概述
4.现场总线的网络结构
➢ 线状（总线、菊花链型）、星型、树型 ➢ 以线状结构为多
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线技术产生于二十世纪八十年代 ➢ 是为满足日益急迫的企业综合自动化的需求 • 开放性 • 通用性 • 可靠性 ➢ 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础
车辆总线 控制 控制
单元n 单元1
网关
车辆总线 控制 控制 控制
单元n 单元2 单元1
控制器总线
传感器
控制器
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常见的列车通信网络
• 1、现场总线 • 2、TCN • 3、工业以太网
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现场总线
• 1、定义
• 2、组成 • 3、特点
1）全数字通信 2）系统的开放性 3）互可操作性 4）通信的实时性与确定性 5）功能自治性 6）现场环境的适应性 4、优缺点 5、与计算机通信的区别
列车总线控制基础
课程的基本内容
第1章 绪 论 第2章 网络与通信基础 第3章 微机控制基础 第4章 列车通信网络 第5章 CRH系列动车组网络控制系统 第6章 列车自动运行控制系统
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列车通信网络的定义
列车通信网络是一个安装在列车上的计算机局域网络系统，负 责对整列车各部分信息的采集与传递，对整列车进行控制、监 测、故障诊断以及为旅客提供信息服务。
现场总线概述
2.现场总线的特点
开放式系统
➢ 通信协议一致公开，任何人、任何单位均可采用 ➢ 不同厂家的设备遵守相同的技术规范 ➢ 不同厂家的设备可实现信息互访 ➢ 用户可按需要，任意选用现场总线设备 ➢ 不同设备之间可实现资源共享 ➢ 与其他网络（如互联网）相联，可实现网络与数据库共
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列车网络特点
列车控制网络的特点
➢ 工作环境恶劣，可靠性要求高； ➢ 实时性（时间确定性）要求高； ➢ 列车组成的动态性（自动组网）。
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列车网络的层次结构
网关
车辆总线 控制 控制 控制
单元1 单元2 单元n
控制器总线
传感器
控制器
列车总线
网关
网关
车辆总线 控制 控制
单元1 单元n
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
➢ 布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便 ➢ 很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
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现场总线概述
2.现场总线的特点
现场总线控制系统结构
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现场总线概述
3.现场总线的特殊功能
(1)经济、安全、可靠地传输信息
➢ 经济性 • 信息、电源同时传输 • 介质廉价
➢ 安全性 • 解决防爆问题
➢ 可靠性 • 电磁、气候、机械环境适应性
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现场总线概述
3.现场总线的特殊功能
(2)正确使用所传信息
➢ 可互操作性：不同厂家的设备相互理解所传信息
(3)及时处理所传信息
➢ 信息处理现场化，避免信息在网络上过多传输
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列车总线通信任务
诊断计算机
列车服务员
司机室
机车
客车
客车
具有司机室的客车
列车总线上不同类型的通信主要用于:
1) 控制
牵引控制: 车辆控制:
2) 故障诊断
设备故障, 维修信息
3) 状态信息查询
设备运行及状态
远程, 重联牵引,... 灯, 门, 加热, 倾摆, ...
4) 旅客信息
预报下一站, 故障, 线路. 预定座位等
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现场总线概述
1. 现场总线的概念
➢ 是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制 系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
网
包括PLC以及各种智能化的现场控制设备
络 节
基于统一、规范的通信协议
点
通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享
网
位于 生产控制 的底层
络
网络结构
体
系
通信总线在现场设备中的延伸
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现场总线概述
2.现场总线的特点
全数字通信
➢ 抗干扰能力和传输精度得到显著提高
—信号的检错、纠错机制得以实现
➢ 可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈
—现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类 型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过 一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央 控制器等。
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现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。
但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
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现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信，
➢ 为系统集成的自主性提供了产品保障
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现场总线概述
2.现场总线的特点
分散控制
现场设备的智能化与功能自治性：它将传感测量、补偿 计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成 ，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随 时诊断设备的运行状态。
由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得 现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构 。
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现场总线概述
2.现场总线的特点
对环境的高度适应
➢ 专为现场环境设计 ➢ 可支持多种传输介质
—双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等
➢ 可两线制供电 ➢ 支持本质安全与防爆
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现场总线概述
现场总线是多分支结构，其网络拓扑可为总线型、星型 、树形等多种形式，以总线型为主。
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线近年来成为控制领域的研究热点 ➢ 各国投入巨额资金与人力在开发这一技术，形成了企业、
国家、国际标准（欧洲、北美、亚洲、中国），呈现百花 齐放的现状。最后，通过妥协，现场总线技术出现了协调 共存、共同发展的局面 ➢ 现场总线国际标准IEC61158包含了八种类型，据说可能还 要增加到十二种类型
享
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现场总线概述
2.现场总线的特点
互可操作
➢ 不同设备间，除了能实现信息互访外，还能理解信息的含 义，并能根据信息要求进行操作
➢ 即某厂家生产的设备能够对另一个厂家的设备进行控制和 操作
➢ 不同厂家的相同类型的设备可以互相替换
➢ 可统一组态，无需专用的驱动程序
➢ 解决了设备的垄断性和产品故障处理的时效性
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现场总线概述
4.现场总线的网络结构
➢ 线状（总线、菊花链型）、星型、树型 ➢ 以线状结构为多
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线技术产生于二十世纪八十年代 ➢ 是为满足日益急迫的企业综合自动化的需求 • 开放性 • 通用性 • 可靠性 ➢ 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础
车辆总线 控制 控制
单元n 单元1
网关
车辆总线 控制 控制 控制
单元n 单元2 单元1
控制器总线
传感器
控制器
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常见的列车通信网络
• 1、现场总线 • 2、TCN • 3、工业以太网
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现场总线
• 1、定义
• 2、组成 • 3、特点
1）全数字通信 2）系统的开放性 3）互可操作性 4）通信的实时性与确定性 5）功能自治性 6）现场环境的适应性 4、优缺点 5、与计算机通信的区别
列车总线控制基础
课程的基本内容
第1章 绪 论 第2章 网络与通信基础 第3章 微机控制基础 第4章 列车通信网络 第5章 CRH系列动车组网络控制系统 第6章 列车自动运行控制系统
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列车通信网络的定义
列车通信网络是一个安装在列车上的计算机局域网络系统，负 责对整列车各部分信息的采集与传递，对整列车进行控制、监 测、故障诊断以及为旅客提供信息服务。