关于机车网络控制系统安全完整性研究与评估
轨道交通信号控制系统的安全性与可靠性分析研究
轨道交通信号控制系统的安全性与可靠性分析研究轨道交通系统已经成为现代城市交通的主要形式之一，它具有不可替代的优势，比如速度快、环保、节省空间等。
然而，轨道交通作为一种安全等级极高的交通方式，必须要有高效的信号控制系统来确保运行的安全性和可靠性。
本文将对轨道交通信号控制系统的安全性和可靠性进行分析研究。
一、轨道交通信号控制系统的概述轨道交通信号控制系统是一种基于计算机和通信设备、控制设备、传感器等技术的系统，目的是确保轨道交通系统的安全性、可靠性和效率。
该系统的主要任务是控制轨道交通车辆的速度、行驶方向、停站位置等，从而保证列车在车站之间能够高效、安全地运行。
现代的轨道交通信号控制系统通常是由三个层次组成的：车辆层面、线路层面和系统层面。
其中，车辆层面是特别定制的设备和软件，用于监控车辆的位置、行驶速度等参数，并将这些数据传送给系统层面。
线路层面主要是与列车运行方向、车站、道岔等相关的控制装置。
而系统层面则是管理整个轨道交通系统的中央计算机、传感器、通信设备等。
为了保证轨道交通系统的安全运营，信号控制系统必须能够确保以下几个方面的安全性。
1. 跟踪每列车的位置和运行状态轨道交通信号控制系统需要对每一列车的位置、速度、方向等信息进行跟踪，这对保证列车运行的安全至关重要。
比如，在一个地铁系统中，如果信号控制系统不能准确地跟踪列车的位置，那么就可能会导致列车在高速行驶时突然停车，引发事故。
2. 确保列车之间的安全间距信号控制系统需要保证列车与列车之间的安全间距。
这需要系统能够准确地计算列车之间的距离、速度和加速度等参数，并给出相应的指令，使得列车之间的距离保持在一个安全范围内。
如果这方面的工作出现了问题，那么很可能会导致列车之间的撞击或其他交通事故。
3. 处理轨道交通系统中的异常情况信号控制系统需要具备足够的智能，能够在出现异常情况时快速作出反应。
比如，当某个列车出现故障，或者某种交通规则被违反时，系统需要及时发出警报并做出相应的处理。
《机车网络控制》课程标准
《机车网络控制》课程标准适用专业：铁道机车运用与维护课时：60一、课程概述《机车网络控制》是铁道机车运用与维护专业的一门专业核心课程。
机车网络系统操作与维护是机车司机、地勤司机等岗位的核心技能。
通过本课程的学习，使学生掌握机车网络系统操作与维护的相关知识及技能，培养学生熟练运用所学知识和技能完成职业岗位所需工作任务的方法能力和社会能力，培养学生的职业素质，提高学生机车网络操作技能和应急故障处理能力。
学生在完成全部工作任务后，应达到如下要求：熟悉机车网络系统的结构及原理；按照规定的程序和标准，对机车网络系统进行日常检查、维护保养和应急故障处理；能根据运用保养规程要求，对机车网络系统故障检修任务进行评价和分析；能采取行动导向确定机车网络系统调试与维护的步骤；能使用专用设备、仪器对机车网络系统进行试验与检测；能阅读机车维修资料，从中获取有效信息；遵守安全规章，安全检修的工作能力。
二、教学目标1.知识目标（1）掌握数据通信网络的组成、原理、特点及应用。
（2）掌握TCN列车通信网络系统的组成、原理、特点及应用。
（3）掌握WorldFIP总线网络系统的组成、原理、特点及应用。
（4）掌握工业以太网系统的组成、原理、特点及应用。
（5）掌握LonWorks控制网络系统的组成、原理、特点及应用。
（6）掌握CAN总线与ARCNET总线系统的组成、原理、特点及应用。
（7）掌握典型机车网络控制系统的检查及故障排除。
（8）掌握典型机车网络控制系统故障的应急处理措施。
（9）掌握安全操作规范。
2.能力目标（1）能够识别机车网络控制系统各类设备的名称及作用。
（2）能够规范操作机车网络控制系统。
（3）能够简单调试机车网络控制系统。
（4）能够对机车网络控制系统进行常规检查。
（5）能够对典型机车网络控制系统进行常规检查及故障排除。
（6）能够对典型机车网络控制系统故障进行应急处理。
3.素质目标（1）坚定理想信念，增强“四个自信”；（2）厚植爱国主义情怀，树牢“四个意识”；（3）加强品德修养，具备良好的职业道德，培养爱岗敬业、认真负责、精益求精的素质和认真、细心、严谨的工作作风；（4）增长知识见识，具有较强的学习能力、信息处理能力和应变能力；（5）增强综合素质，具有发现问题、分析问题和归纳总结问题的能力，具备良好的团队协作能力。
《城轨车辆网络控制系统调试与维护》课程标准(高职)
《城轨车辆网络控制系统调试与维护》课程标准适用专业：城市轨道交通车辆技术课程代码：Z2044041E 开设时间：第5 学期学时数：44学分：3 学分一、课程概述1.课程性质《城轨车辆网络控制系统调试与维护》是高职城市轨道交通车辆技术专业针对城轨车辆制造与运用企业的车辆装配、调试、售后维护、司乘驾驶、检修等关键岗位，经过对员工素质基本要求和企业岗位典型工作任务的调研和分析后，归纳总结出来的为适应城轨车辆制造、运用、调试、检修和维护等能力要求而设置的一门专业核心课程。
2.课程任务《城轨车辆网络控制系统调试与维护》课程，通过城轨车辆网络控制系统的调试及维护相关的实际项目学习，学生将掌握城轨车辆网络控制系统的功能、结构和原理，熟悉城轨车辆网络控制系统的调试、使用和维护方法，从而满足企业对相应岗位的职业能力需求。
3.课程要求通过课程的学习，培养学生在电客列车调试、驾驶、检修员等岗位职业能力，分析问题、解决问题的能力。
另外还能够全面培养学生安全意识、责任意识、团队协作、表达分析等多方面综合素质，养成良好的职业道德。
为成为合格电客列车调试、驾驶、检修员等的打下坚实的基础。
二、教学目标1.知识目标（1）了解列车网络控制技术的发展；（2）理解数据通信基础知识概念；（3）知道TCN 和MVB、WTB 总线知识结构；（4）掌握城轨车辆网络控制系统的结构和原理；（5）熟悉常见的列车通信网络技术及相关产品；（6）了解TCN 和TCMS 在城轨车辆上的应用。
2.能力目标（1）掌握城轨车辆智能设备与控制系统的关系；（2）能够绘制并解读城轨车辆网络控制系统的拓扑结构图；（3）掌握列车通信网络标准及其在不同列车车辆中的应用；（4）了解城轨车辆网络控制系统的经典产品及相关企业；（5）可以画出城轨车辆网络控制系统的装配与调试流程；（6）能够说出城轨车辆网络控制系统的装配工艺要求。
3.素质目标（1）培养学生安全、责任意识；（2）独立分析问题、解决问题的能力；（3）具有对城轨车辆网络控制系统维护知识的掌握和较强的综合创新能力；（4）良好的沟通能力及团队协作精神；（5）培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风；（6）基本生产组织、技术管理能力。
电力机车机械传动系统的性能评估与改进
电力机车机械传动系统的性能评估与改进摘要：随着中国铁路运输的高速发展，电力机车作为重要的运输工具在铁路运输中扮演着重要角色。
而机械传动系统作为电力机车的核心部件，直接影响着其运行效果和能耗性能。
因此，对电力机车机械传动系统的性能评估与改进进行研究，具有重要的理论和实践意义。
关键词：电力机车；机械传动；系统；评估改进一、对电力机车的机械传动系统进行性能评估的重要性电力机车的机械传动系统是其关键部件之一，对机车的性能和可靠性起着重要作用。
进行机械传动系统的性能评估可以帮助确定其工作效率、传动精度、动力输出等方面的指标，并发现潜在的问题和改进的空间。
首先，性能评估可以帮助确定机械传动系统的工作效率。
这包括功率传输的损耗、能量转换的效率等方面的评估，从而提高机械系统的能效和节能效果。
其次，性能评估可以评估机械传动系统的传动精度。
传动精度是指传动过程中偏差和误差的大小，对于机车运行的准确性和平稳性至关重要。
通过评估和改善传动精度，可以提高机械系统的运行稳定性和精确度。
此外，性能评估还可以评估机械传动系统的动力输出。
这包括动力传递的平稳性、启动和制动的效果等方面的评估，对于机车的牵引力和运行安全至关重要。
通过评估和优化动力输出，可以提高机械系统的运行性能和驾驶体验。
二、电力机车机械传动系统的性能评估方法1.性能指标介绍在评估电力机车的机械传动系统性能时，有一些关键性能指标需要明确。
这些指标可以反映出系统的运行状态和效率，并且对于优化设计和提高性能至关重要。
首先，我们需要关注的是传动系统的功率传输效率。
该指标是衡量系统在将电力转化为机械动力时的效率。
一个高效的传动系统可以最大限度地利用电能，将其转化为机械动力。
因此，评估功率传输效率可以帮助我们了解系统的能源利用情况，并找到提高效率的方法。
此外，还需考虑传动系统的稳定性。
稳定性指的是传动系统在正常运行时是否能够保持平稳的输出功率。
如果系统在运行过程中存在明显的震动或抖动，这不仅会影响乘坐舒适度，还可能导致其他机械部件的磨损或故障。
HXD1C型电力机车网络控制系统
IDU功能 1）列车信息显示 ：向车辆驾驶人员和维护人员提供车 辆综合信息，各设备的工作状态，故障信息的综合与处理 等功能； 2）参数设定 ：对轮径值、列车重量、站点、时间日期 等参数进行更改与设定；
智能显示装置IDU结构
技术参数 1、机械尺寸 315*250*81.1 2、重 量 4.5kg
三、网络控制系统构成、部件特点 4、拓扑图
MIO/CCU在机械间低压柜的布局
MIO
MIO在机械间低压柜的布局（左）
MIO
CCU在机械间低压柜的布局（右）
CCU
CIO在司机室右侧司机台 下方低压柜的布局 （从上到下依次为DIM、 DXM和AXM模块） 两端司机室 地址不一样
VCM ERM
模块内部结构
事件记录模块ERM 每节机车装有1个事件记录模块ERM，位于机械间 内，事件记录模块ERM通过多功能车辆总线MVB（ESD+） 获取完整其功能的所有数据。 事件记录模块ERM是TCMS完成故障诊断、数据记录与 转储的核心模块，具备如下功能： 1）故障诊断 ：完成车载的故障诊断功能，并通过IDU 报告给司机； 2）数据记录：司机操作数据、故障数据、事件数据的记 录，将车辆控制模块VCM的故障数据具体化； 3）数据转储：通过车载信息网（工业以太网网）将记录 的数据下载，供便携式维护工具分析。
二、机车网络控制系统基础知识
1、车辆总线MVB
4）通过设置总线重复器，网络拓扑可为总线型、星型或 混合型，每个总线段内互联的设备最多可达32个； 5）数据链路层支持三种基本的数据传输模式：过程数据、 消息数据、监督数据。
二、机车网络控制系统基础知识
2、MVB插头接线图
XD11 (9 芯布孔)
1 2 4 5 6 7 A_P A_N B_P B_N A_GND B_GND X4:A1 X4:A2 X4:A4 X4:A5 X4:A6 X4:A7
机车TCMS网络控制系统自动化仿真测试平台
机车TCMS网络控制系统自动化仿真测试平台
随着技术的不断更新，客户对机车运行的稳定性、安全性和可靠性的不断提高，机车网络控制系统作为机车的信息通讯核心，其安全性和可靠性显得尤为重要。
由于机车网络控制系统的复杂性，对其进行准确调试的难度很大，因此在进行完调试的基础之上，对机车网络进行测试是非常重要的。
为克服传统网络控制系统测试过程中的诸多困难，采用TCMS 网络控制系统自动化测试平台。
解决方案
TCMS 网络控制系统自动化测试平台结构如下图所示：
网络控制系统自动化测试平台可以分为机车仿真系统和测试总控系统两个部分。
机车仿真系统采用以太网TCP/IP 为其主干网络，包括：TCMS 网络；分布式实时仿真系统，模拟机车各子系统；虚拟驾驶与场景，实现虚拟驾驶。
测试总控系统采用以太网作为其主干网络，测试总控系统基于统一的通信协议管理，在此基础之上，采用了自动化测试技术、分布式监控技术、自动分析判读技术、仿真司控台、以及大规模数据存储技术。
机车仿真系统
机车仿真系统主要功能是实现列车的行为仿真和测试，通过机车仿真机柜和HiGale 仿真系统实现对列车行为的仿真模拟，虚拟驾驶和场景提供列车运行的外界环境模拟。
HiGale 采用了x86 架构的处理器及PXI 高速通信总线，而且配备了实时操作系统，能够到达甚至超过真实的嵌入式控制器实时性能，并支持各种I/O 板卡及通信板卡，能够完全取代真实控制器的外部接口。
其中HiGale 分布式仿真系统能够提供仿真实时要求较低的模型运行环境，以及无法在纯软件环境下的高速模型运行环境，包括FPGA 等方式，仿真系统之间通过反射内存网实现。
HXD1C型电力机车网络控制系统
IDU功能
1）列车信息显示 ：向车辆驾驶人员和维护人员提供车 辆综合信息，各设备的工作状态，故障信息的综合与处理 等功能； 2）参数设定 ：对轮径值、列车重量、站点、时间日期
等参数进行更改与设定；
智能显示装置IDU结构
技术参数 1、机械尺寸 315*250*81.1 2、重 量 4.5kg
3、工作电源 工作电压：DC77V～DC133.5V 4、环境温度 -25℃～+45℃
由于采用模块化设计， 使得系统的构成十分灵活，但减少 了系统布线距离，而且容易扩展。 图中缩写的的含义： 中央控制单元CCU （VCM×2、GWM×1、ERM×1） 司机室输入输出单元CIO （DXM×1、DIM×1、AXM×1） 机械间输入输出单元MIO
（DXM×6、DIM×1）
3、网关模块GWM 每节机车装有1个WTB/MVB网关模块GWM，位于机械间内， WTB/MVB网关模块GWM通过多功能车辆总线MVB（ESD+）与车 辆控制模块VCM通信。 WTB/MVB网关模块GWM是TCMS实现机车重联运行的核 心模块，具备如下功能： 1）列车级过程控制：执行诸如牵引/制动控制等一系列与 机车重联运行有关的控制功能； 2）列车总线管理：具有绞线式列车总线WTB的管理能力 3）列车级数据通信：与TCMS系统的车辆控制模块VCM 进行与机车重联运行有关的数据交换。
二、机车网络控制系统基础知识
1、车辆总线MVB
4）通过设置总线重复器，网络拓扑可为总线型、星型或
混合型，每个总线段内互联的设备最多可达32个；
5）数据链路层支持三种基本的数据传输模式：过程数据、 消息数据、监督数据。
二、机车网络控制系统基础知识
2、MVB插头接线图
XD11 (9 芯布孔)
城轨地铁车辆网络控制系统的发展现状及前景研究
中国航班 CHINA FLIGHTS196CHINA UNICOM联通中国1列车网络控制系统构建TCMS 框架网络采用总线拓扑结构，如图1所示，由两级网络组成：（1）车辆级总线：基于MVB 总线，通讯协议是MVB 协议，连接TCMS 与受控列车子系统电子设备，进行VCU 与列车子系统之间的数据传输。
（2）列车级总线：列车重联时，通过WTB 总线在相同的MVB 网络之间通讯，列车的网关控制器负责MVB 协议与WTB城轨地铁车辆网络控制系统的发展现状及前景研究张晓雨（中车大连机车车辆有限公司）协议之间的转换。
下面对列车网络控制系统主要设备及其功能进行介绍：（1）车辆控制单元（VCU）：作为MVB 总线和TCMS 的主控制器，VCU 管理MVB 总线，负责TCMS 的控制、监视、故障诊断、数据记录功能。
列车以冗余热备的形式配置两台VCU。
（2）WTB/MVB 网关控制器（GW）：负责WTB 总线协议与MVB 协议之间变换。
使两列重联车组TCMS 之间能够进行数据交换。
每列车配置一台网关控制器。
（3）人机界面（HMI）：是驾驶司机与TCMS 之间的可视化界面。
显示列车运行状态和故障信息，以帮助司机驾驶列车。
（4）远程输入/输出模块（RIOM）：从列车线环路和列车子系统获取硬线信号，将VCU 指令传输给列车子系统。
列车的每个车辆单元配置一台RIOM。
（5）以太网（Ethernet）：用于VCU 和HMI 间的数据交换，通讯协议是ModbusoverTCP/IP。
摘要：现代化的城轨车辆网络是一个涉及内容较多、安全度和精确度要求较高的复杂大系统网络，而列车网络控制系统作为支撑该网络高效运行和平稳发展的最重要构成部分，对整个城轨地铁车辆网络的安全稳定和高效运行起着不可忽视的决定性作用。
本文在探究城市轨道地铁车辆网络控制系统发展情况的基础上，对车辆网络控制系统未来前景进行探讨。
关键词：城轨地铁车辆；列车网络控制系统现状；发展前景CHINA FLIGHTS 中国航班197CHINA UNICOM联通中国2列车网络控制系统的用途管理和调度列车子系统完成列车运行控制，对列车子系统以及列车全部运行过程进行监视、故障诊断、数据记录，通过人机界面进行显示。
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关于机车网络控制系统安全完整性研究
与评估
摘要:网络控制系统（CyberControlSystem,CCS）是用于铁路机车的关键系
统之一，通过计算机网络对机车各个子系统进行控制和管理。
基于工业以太网的
机车网络控制系统（ECCS），是通过标准以太网协议实现信息交互和设备管理的
自动化系统。
在机车运行过程中，它的信息安全直接影响到列车运行的可靠性、
安全性和稳定性。
而其安全完整性级别（SIL）作为ECCS的核心，直接影响着ECCS在铁路上的应用前景。
关键词:机车；网络控制；系统安全
机车网络控制系统（ECCS）是一种以计算机网络技术为基础的机车运行控制
系统，主要由主机、通信网络、司机室组成。
根据使用要求不同，主机又分为中
央控制器和分布式控制单元（DCU），中央控制器完成对列车的控制管理、故障
诊断和安全防护等任务，而DCU通过以太网通信与其他单元进行信息交换，实现
列车运行控制。
ECCS使用在机车上的标准以太网协议来实现列车控制、故障诊断、安全防护和信息共享等功能。
近年来，随着铁路机车信息化、智能化发展，ECCS
应用需求不断提升。
然而，机车网络控制系统（ECCS）的安全问题却成为制约其
发展的主要因素之一。
如何提升机车网络控制系统（ECCS）在铁路上的应用安全性，本文将从三个方面进行分析。
1.系统分析
机车网络控制系统（ECCS）基于工业以太网技术，主要由主机、通信网络、
司机室组成，其中主机作为整个机车的大脑，负责对整个机车进行控制。
其基本
功能为：①监控列车运行状态；②进行列车运行控制；③与地面及车载设备进行
信息交换。
根据控制模式不同，ECCS可分为两种：基于安全目标的控制模式和基
于故障的控制模式。
安全目标控制模式主要用于在发生故障时，能够采取必要的
措施来保证列车正常运行；而故障控制模式则用于在发生故障时，能及时将列车
停车。
1.1系统功能
ECCS系统的基本功能为；①列车运行状态监控，包括列车速度、电流、电压、牵引力等；②列车运行控制，包括列车牵引、制动、紧急停车等；③与地面及车
载设备的信息交换，包括机车监控视频、数据等；④故障报警与诊断，包括机车
故障诊断、蓄电池状态监测等；⑤机车运行安全分析，包括列车制动距离分析、
制动性能分析、紧急停车距离分析等；⑥机车网络控制，包括列车通信网络控制，包括运行模式选择控制、故障诊断与处理控制等；⑦信息存储与管理，包括记录
数据的存储管理和故障数据的备份等；⑧系统安全性管理，包括系统安全设计和
系统安全管理等。
1.2系统安全目标
系统安全目标是系统安全性的总体评价，是从系统整体出发，针对整个系统
可能造成的危险，从多方面综合考虑而确定的安全目标。
本研究中所涉及到的安
全目标主要是指整个机车网络控制系统在发生故障时，能够采取必要的措施来保
证列车正常运行，并且不会发生列车超速、脱轨等危害。
2.安全完整性评估方法
安全完整性（SecurityIntegrity,SIL）是指系统对故障、威胁和其他干扰
的响应能力。
安全完整性等级评估是基于系统结构与功能的分析，对系统进行安
全分析、风险评估，最后确定系统的安全完整性级别。
对于工业控制系统而言，
其安全完整性级别是按照可靠性、安全性、可维修性和可测性4个方面进行评估，并根据设备的具体情况来进行适当调整。
但是对于机车网络控制系统（ECCS）来说，其安全完整性评估并不是通过一个单一的层次来完成的，而是需要通过4个
层次来完成。
①硬件层：硬件层包括数据采集设备和通信网络设备两类设备，这
些设备是机车网络控制系统（ECCS）实现安全功能的基础。
②软件层：软件层包
括以太网控制软件和通信协议软件两大类软件，是ECCS安全完整性等级评估的
核心。
③数据层：数据层是基于以太网通信协议实现对机车网络控制系统（ECCS）
安全功能实现所需的数据进行采集和处理，包括采集数据、数据存储和数据传输
等功能。
④网络层：网络层包括以太网通信网络、ECCS内部网络和机车外部网络
3类网络。
基于上述分析结果，可以通过层次分析法（AnalyticalHierarchyProcess,AHP）对ECCS进行安全完整性评估。
AHP方法是
一种基于权重的层次分析法（WattsAnalysis）。
其基本思想是通过赋予各个元
素一定权重值，进而综合考虑各元素对系统总体目标的贡献大小来确定系统总体
目标以及各元素在系统中的相对位置，从而确定系统目标实现所需的元素权重值。
将AHP方法应用于机车网络控制系统（ECCS）安全完整性评估。
3.安全完整性等级划分
安全完整性级别是衡量ECCS是否满足标准的重要指标之一，是系统设计、
开发和运行维护的重要依据。
ECCS安全完整性级别的划分，根据IEC61508中对
于系统的分类进行分析。
通常，系统可以分为两类：I级系统和II级系统。
I级
系统具有更高的安全完整性，例如I级系统必须具备更高级别的安全功能。
IEC61508标准对系统进行了分类，将安全完整性分为三个等级：最低等级的设备（I）、中等程度的安全功能（II）、最高级的安全功能（III）。
IEC61508标准
中规定了基于网络控制的机车网络控制系统（ECCS）必须满足的最低要求，即设
备必须具有最低安全完整性级别（SIL）。
因此，通过IEC61508标准对ECCS进
行分类，确定其在铁路上应用的安全完整性等级。
根据IEC61508标准，ECCS属
于II级系统。
IEC61508标准规定了ECCS需要达到的安全完整性等级，它主要由
系统中可能受到影响的功能和行为以及其相应带来的后果组成。
结束语:
综上所述，机车网络控制系统中存在多种安全完整性风险，其中一些风险对
网络控制系统的正常运行和安全完整性有较大的影响。
为提高网络控制系统的安
全性和稳定性，可以从网络安全防护、安全管理等方面入手，采取措施加强网络
控制系统的安全完整性。
在实际应用中，需要结合机车网络控制系统的实际情况
和特点，采取适当的技术和管理措施。
参考文献:
[1]王琦,石勇.机车网络控制系统安全完整性研究与评估[J].内燃机与配件,2018(04):211-213.
[2]赵强,常振臣,李砾工,王金田.国产化列车网络控制系统安全完整性等级评估与认证[J].机车电传动,2011(06):1-5.
[3]吴庆立.电力机车整备作业安全监控控制系统的设计与开发[D].兰州交通大学,2008.。