列车总线控制基础(列车通信网络概述)..
列车通信网(3)
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
三、绞式列车总线WTB（Wired Train Bus） （五）WTB列车初运行
在初运行过程中，节点和电缆段从电气上连接起来，形 成一条两端都有终端连接器的单一总线。初始时，如果 一个节点未被命名，它的介质连接装置便通过打开总线 开关，同时在与之相连的每段的末端插入一个终端连接 器的方法，把总线断开。介质连接装置的两个信道监听 总线，每个信道监听一个方向。一个没命名的从设备不 能发送帧。
8
8
8
8
8 0..1024bits 16 8 2
flag DD LC SD Size
Link_data
FCS
Flag
E D
time (stuffed bits are not counted)
图3.7 WTB frame (extended ISO/IEC 3309)
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
（二） MVB 帧
MVB介质访问控制采用主从方式，由唯一的主控器以定时轮询的 方式发送主控帧。总线上其它设备均为从属设备，需要根据收到 的主控帧来回送从属帧。它们不能同时发送信息。MVB由专用主 设备—总线管理器进行管理。管理器是唯一的主设备。为增加可 用性，可能有多个总线管理器，可能有多个总线管理器，它们以 令牌方式传递主设备控制权。在列车运行时通信网上传送的只有 过程数据和消息数据，这两种数据用周期传送和非周期传送来区 分。周期性和偶发性数据通信共享同一总线。但在各设备中被分 别处理。周期性和偶发性数据发送由充当主节点的一个设备控制。
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
TCN分为上、下两层，上层为列车总线，即WTB（wirst train bus）绞式列车总线；下层为车辆总线，即MVB （multifunction vehicle bus）
《列车总线控制》PPT课件
工作站
• 中继器能接收一条链路上来的数据，并对报文 工作站
分组的目的地址进行判断，看其是否与本地工
服务器
作站的地址相同，若同，则接收该报文分组，
并将分组拷贝下来；若异，以同样的速度串行 工作站
打印机
地把数据送到另一条链路上；
• 当该报文分组在环路上绕行一周重新回到发送 工作站 站时，由发送站把这些分组从环路上摘除。
2.2.2 总线拓扑
• 总线：信息传输的公共通道。 • 总线拓扑：采用单根传输线作为传输介质，所有站点都通
过相应的硬件接口直接连接到主干线上。 • 网络中所有的站点共享一条数据通道。一个节点发出的信
息都可以沿着介质双向传播，被网络上的多个节点接收（ 广播方式）。
总线型网
2.2.2 总线拓扑
• 工作过程：
• 但是组建这样网络投资非常巨大。例 如你在有4个站点的全互连拓扑网络 上增加一个站点，那么你就得在这个 网络上增加4根线使这4个站点的每一 个站点都与新站点有一根线进行连接 。由此也可看出这种全部互连型拓扑 的灵活性差。
• 但这种全部互连型拓扑结构适用于对 可靠性有特殊要求的场合。
混合型网
2.2.5 网状型拓扑
2.2 网络的拓扑结构
• 拓扑学把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研 究点、线、面之间关系；
• 在计算机网络中，将主机和终端抽象为点，将通信介质抽象为线，形成点和线组成的 图形，使人们对网络整体有明确的全貌印象；
• 计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式 。
站C Token中继器
报文 站D 中继器
中继器站E
2.2.7 介质访问控制方式
《城轨列车网络控制》课件——列车通信网络特点
05 列车通信网络具有较好的扩展性
扩展性是依赖于系统的标 准化来实现的，只有标准 化的系统才能实现扩展
因此，列车通 信网络基本上 都是采用国际 标准的网络协
议，如
国际电工技术委员会 (IEC)标准
美国电子
电气工程师协会 (IE 标 准 、 国际 路 联盟UIC标准) ……
PART 06
列车通信网络的 可用性强
在环形网络中则是采取双环的结构，且信息的传送在两个环上按相反的方向同 时进行，以保证值息的可幕传送。
06 列车通信网络的可用性强
为了避免”主/从”方式下的主节点故障面 导致网络瘫痪，列车通信网通常还设有多个 备用主节点，按一定的规则和方法使通信网 络的控制权在这些主节点之间转移、获得控 制权的主节点为当前的控主节点，而未获得 控制权的主节点只是网络上的普通节点。
图1-1所示的结构就是典型的到车通信网络结构 示意图
01 网络结构相对简单
将传感器元件和一些功能单一的执 行器件通过现场总线接入列车网络 是列车通信网络技术发展的一种趋 势和方向。
我们将这种设备级的网络定义为车 辆总线的子网、设备级网络的运用 可以进一步提高列车控制系统的信 息化程度和智能化程度。
06 列车通信网络的可用性强
列车通信网络的运用环境和工作条件要求网络具有强可用性，其一般采用冗余 技术来达到要求的强可用性，而且是热备冗余。
无论是列车总线还是车辆总线都使用A线和B线的双线方式，网络接口单元 NIU( Network Interface Unit)以一个预定的方式或规律控制收发器在A、B线 之间来回切换使用，以保证通信网络的正常工作，因此，列车通信网络的每个 节点通常同时在两条线上发送信息，而接收信息则在A，B线之间切换。
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。
列车网络控制技术(1)
网关
车辆总线
网关
车辆总线
控制 控制 单元1 单元2
控制 单元n
控制 控制 单元1 单元2
控制 单元n
控制 控制 单元1 单元2
控制 单元n
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列车网络控制技术
三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势
2、对列车通信网的要求
（1）实时性； （2）协议简单性； （3）短帧信息传送； （4）信息交换的频繁性、网络负载的稳定性； （5）较高的安全性、容错能力； （6）低成本需要。 列车通信网络是用于列车这一流动性大、环境恶劣、可靠性要求高 、实时性强、与控制系统紧密相关的特殊的计算机网络。
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列车网络控制技术
三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势
3、列车通信网的特点
EC/TC9/WG22在制订了TCN标准时，首先考虑的是用户，特别是UIC 的需求。现有的一些解决方案如Profibus、Lonworks、Bitbus、CAN等 由于其开发商不愿意公开其协议，或实时性、可靠性、确定件不能满足要 求而被一一否定。更重要的是标准要建立在已被实践验证的技术的基础上 ，并能得到大部分铁路公司的支持。 TCN最终被定位于由绞线式列车总线（WTB）连接多功能车辆总线（ MVB）的二层拓扑结构。车辆总线以MICAS车辆总线MVB为基础，而列车 总线以DIN43322、CD4500的运用经验为基础。 列车总线上的报务可以分为远程控制、诊断和旅客服务信息。 为了不同来源的车辆能够相互通信，UIC556规定了在WTB上传输的数 据及其格式。 为了来自不同的部件供应商的设备具有互换性，设立了铁路开放系统互 连网络（ROSIN）。
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3
列车网络控制技术
二、国内外列车控制系统的现状与发展
1988年IEC第9 技术委员会TC9成立了第22工作组WG22，其任务 是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂 ，车上的可编程电子设备能够互换。 1992年6 月, TC9WG22以委员会草案CD（committee Draft）的形 式向各国发出列车通信网TCN（Train Communication Network）的 征求意见稿。该稿分成4个部分：第1 部分-总体结构，第2 部分-实时协 议，第3 部分-多功能车辆总线MVB，第4部分-绞式列车总线WTB。 1994年5 月至1995年9 月，欧洲铁路研究所（ERRI）耗资300万美 元，在瑞士的Interlaken至荷兰的阿姆斯特丹的区段，对由瑞士SBB、 德国DB、意大利FS、荷兰NS的车辆编组成的运营试验列车进行了全面 的TCN试验。 1999年6 月，TCN标准草案正式成为国际标准，即IEC61735。
列车通信网络简介及检测应用
钱宽洪李秀琴滕衍靓中车南京浦镇车辆有限公司摘要：本文介绍一般轨道交通列车的网络组成，并使用FLUKE网络测试仪测试网络性能的方法，同时列举网络系统的一些典型故障并做简要分析。
关键词：列车通信网络、网络测试仪、故障分析第1页，共2页引言随着经济的发展、科技的进步，国内越来越多的城市都在发展轨道交通系统，以期缓解日益严重的交通压力。
在轨道交通列车上，存在着用以进行设备控制和旅客服务的大量信息。
由于这些信息的数量和种类在不断增长，迫切需要一种大容量、高速度的信息传输系统。
为满足上述要求，列车通信网络（TCN，Train Communication Network）应运而生。
一、列车通信网络简介列车通信网络是面向控制的一种连接车载设备的数据通信系统，是分布式列车控制系统的核心组成部分，它以计算机网络为核心，把计算机技术、控制技术、设备故障诊断技术、网络通信技术紧密结合起来，它将整个列车微机控制系统的各层次及各层次各单元之间连接起来，作为系统信息交换和共享的渠道，实现全列车环境下的信息交换。
列车通信网络通常采用分层结构，根据列车控制的特点分为上下两层，即列车总线和车辆总线。
列车总线连接不同车辆（单元）中的网络节点（网关），车辆总线连接同一车厢或固定车组内部各种可编程终端装置。
列车总线和车辆总线是两个独立的通信子网，可采用不同的网络协议，通过一个列车总线节点（网关）互连。
在应用层的不同总线之间通信时，由此节点充当网关。
在车辆总线下扩展第3级总线即设备总线时，如连接传感器的总线或连接执行单元的控制总线，它们可作为车辆总线的设备连接到车辆总线上。
列车通信网络的拓扑结构如图1所示。
图1 列车通信网络拓扑结构以上结构并不是绝对的，整个列车网络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；车辆总线亦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，列车总线并不需要对接点进行连续编号，这时车辆总线可以起到列车总线的作用。
列车总线控制基础
列车总线控制基础1.引言：列车通信网络是现代列车控制系统中不可或缺的组成部分。
它负责传输列车上各个子系统之间的信息和数据，实现列车的自动化控制和监控。
本文将对列车通信网络的基础知识进行概述。
2.列车通信网络的定义：列车通信网络是指连接列车上各个子系统和设备的数据传输和通信系统。
它可以实时传输各种类型的信息，包括列车位置、速度、状态、故障等。
通过这个网络，各个子系统可以相互交互和通信，实现列车的自动运行和监控。
3.列车通信网络的结构：列车通信网络通常采用总线结构。
总线是一种将多个设备连接起来共享信息的通信方式。
在一列电车中，通常包括列车控制器、牵引系统、制动系统、信号系统等多个子系统。
这些子系统通过总线连接在一起，形成一个整体。
4.列车通信网络的基本原理：列车通信网络的基本原理包括数据传输、通信协议和安全机制。
数据传输：列车通信网络通过数据传输来实现信息的交换。
不同的子系统之间可以通过总线传输数据，包括控制指令、传感器数据、状态信息等。
通信协议：列车通信网络使用统一的通信协议，确保不同设备之间的通信能够顺利进行。
常见的通信协议包括CAN总线、以太网等。
安全机制：列车通信网络需要具备一定的安全机制，以保障列车的安全运行。
例如，通过数据加密和身份验证等方式防止网络被攻击或恶意干扰。
5.列车通信网络的应用：列车通信网络在列车控制系统中扮演着至关重要的角色。
它可以实时传输车辆的运行状态和参数，为驾驶员和列车运营管理者提供详细的信息。
同时，它还可以实现列车的智能控制，如智能列车运行控制、故障检测和自动报警等。
6.列车通信网络的发展趋势：随着科技的不断发展，列车通信网络也在不断演进和改进。
目前，一些新兴技术如5G通信、物联网等正被逐步引入到列车通信网络中，以提高网络的速度和可靠性。
7.结论：列车通信网络是现代列车控制系统中不可或缺的部分，它通过总线结构实现不同子系统间的数据传输和通信。
通过对列车位置、速度、状态等信息的传输和交换，实现列车的自动化控制和监控。
1.3-列车网络控制系统概述.ppt
二、列车网络控制技术的发展
1.3 列车网络控制系统概述
• 计算机在轨道交通工具上的应用随着20世纪70年代后期微处理器技术的普 及而迅速发展。微处理器开始主要应用于机车车辆单个设备的控制，如西门 子、BBC于80年代初把8086微处理器应用于机车或动车的传动控制。
• 随着计算机技术的发展，机车车辆上微机控制的服务对象逐渐增多，如牵 引、供电、制动等系统都广泛应用到了计算机技术。因此，列车控制系统引 人了层次划分的思想，产生了基于串行通信的用于较为独立的控制设备或层 次间信息交换的总线与企业标准，如BBC的连接机车控制层与传动控制层的 串行控制器总线，该总线后来发展成为用于连接机车内的所有智能设备的 MICAS车辆总线，简称MVB。
B (Mp)
C (M)
Fuse Box
IES WOS
PCE
IES
PCE
AUX. HV BUS .
城轨车辆网络控制系统
一、列车网络控制系统的功能
• 2、中低压管理
A (Tc)
B (Mp)
1.3 列车网络控制系统概述
C (M)
中压 中压 中压
中压
ACE
负载 负载 负载
中压 负载
中压 负载
中压 负载
中压 负载
• （1）模式开关（自动，由TCMS 管理。有停止、完全制冷、不完全制 冷、制热、通风模式）。
• （2）温度开关，只要当模式开关为自动（19到27度）时才可用。
• TCMS监视每辆车的HVAC状态（良好、故障、维护中、故障）、在 DDU上的舒适度图标。空调管理也通过ACE由TCMS进行管理。
城轨车辆网络控制系统
城轨车辆网络控制系统
1.3 列车网络控制系统概述
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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
➢ 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
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
➢ 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
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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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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，
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列车总线控制基础
王悦东 wydstar@
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。
— 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
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
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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
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
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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
2.现场总线的特点
一对多的总线型结构
➢ 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。