CRH2动车组列车控制网络结构
CRH2型动车组网络通信技术浅述
CRH2型动车组网络通信技术浅述作者：于孟来源：《中国新技术新产品》2014年第20期摘要：本文简要介绍了列车通信系统应用现状和发展趋势，阐述了CRH2型动车组网络控制系统的组成及功能，详细论述了该系统的网络拓扑结构。
关键词：列车网络通信系统；网络总线；光纤；ARCnet；TCN中图分类号：U270.38 文献标识码：A1 列车通信网络系统应用现状随着电子技术的发展，网络技术越来越频繁的应用到列车的监视控制和管理系统中，推动着列车控制系统向着智能化、网络化和信息化的方向发展。
目前列车的网络通信技术主要有如下几种。
1.1 WTB/MVBWTB/MVB网络技术在欧洲得到了广泛应用。
据不完全统计，共有301套WTB/MVB车载网络和26套MVB车载网络由ADtranz瑞典完成。
还有717套WTB/MVB车载网络、5套WTB车载网络和393套MVB车载网络由ADtranz其他TCN项目完成。
1.2 LonWorksLonWorks在北美地区得到了广泛应用，纽约地铁就采用了LonWorks的总线方式。
日本的川崎重工和加拿大的Bombardier也开始将LonWorks应用于他们的铁路列车上。
1.3 ARCNET网络ARCNET网络主要应用于日本动力分散型电动车组上，主要的供应商有三菱、日立等公司，国内开行的CRH2型动车组就采用了这种通信网络。
1.4 CAN网络CAN总线也在列车通信网络系统中有了一定的应用。
国防科技大学磁悬浮技术工程研究中心就研制出了一种应用CAN总线方式的CMS-3型磁悬浮列车；而“神州”号DMU的动力重联（列车总线）也使用了这种总线方式。
2 CRH2型动车组网络通信系统介绍2.1系统组成及功能简介CRH2型动车组网络通信系统是基于ANSI/ATA-878.1（又称为ARCNET）协议开发设计的TIS系统完成的，整个信息系统通过列车的总线进行通讯信息的传送，而车辆运营即时状况和车上装置的动作信息也得以统一体现。
CRH2型动车组简介之LKJ2000型监控记录系统
主
还是常闭接点
机
根据机车情况
X30:12
X30:13
X30:14
X30:20
保压
选择使用常开
常闭接点 1 常开接点 1 常开接点 2 常闭接点 2
还是常闭接点
紧急制动
X30:15
H
型
卸载
主
X30:7
X30:8
常开接点 1 常开接点 2
动车组使用常 开接点，与普通
型相同
机 最小常用
X30:10
X30:11
3、制动信号配线
由于动车组上同时安装了 ATP 和 LKJ 设备，是 ATP 控车还是 LKJ 控车是由 ATP 系统 决定的，所以两个控车系统之间要有信号进行通信，以保证每个系统能够正常控车。LKJ 的制动输出与普通型不同，对外引出插头及定义也不完全相同。LKJ 所有的制动输出都经过 制动隔离开关，当制动隔离开关置于“正常”位时，LKJ 的制动信号才能输出；当制动隔离 开关置于“隔离”位时，LKJ 可以正常运行，但制动控制信号不能送出。具体区别见下表 1：
CRH2 型动车组简介之 LKJ2000 监控系统
目录
一、概述................................................................................................................................... 3 二、动车组监控装置介绍 ....................................................................................................... 3
CRH2型动车组旅客信息系统概述
CRH2型动车组旅客信息系统概述旅客信息系统是一个能够给旅客提供语音、文字信息或音频、视频服务的系统。
随着全民素质的不断提高，旅客对列车信息系统所提供信息量的需求也越来越大，希望列车广播系统能够及时发送列车当前到站、前方到站、正晚点情况、当前时间、运行速度、临时停车等语言信息。
同时，通过信息显示装置看到相关的文字信息。
CRH2型动车组的旅客信息系统主要由广播联络系统、无线收音系统、车外信息显示设备、车内信息显示设备、车内标识、列车运行信息显示设备等设备或系统组成。
CRH2型动车组充分利用动车组计算机通信网络平台，将动车组的旅客信息系统、动车组的运行控制系统、列车运行安全监测和故障诊断系统组成了列车信息控制系统。
12.2广播联络系统CRH2型动车组的广播联络系统向乘客提供较为完善的广播信息服务，同时司机和乘务人员可以通过广播联络系统实现车内通信联络、列车广播等功能。
广播联络系统具有一台自动广播装置(AAD)安装在7号车(M1s)的乘务员室内，由乘务员负责管理，用于列车广播；司机利用设置在两个司机室内的司机室控制放大器(CAMP1)和联络装置(INT)，完成司乘人员通信联络、列车广播的动作。
广播联络系统从列车信息控制系统处接收播放所需要的信息，播放预先设定的车内广播。
即使发生停车车站变更(车辆行驶晚点)等情况，由于从列车信息控制系统获得的信息会发生相应的修改，所以可以准确地播出内容。
旅客信息的显示确认和外部声音的输出设定等都能在广播联络系统自动广播装置(AAD)的液晶显示器上完成。
在装置无异常状况，并且从外部通信接收到运行信息时，本装置会自动切换到自动运行。
12.2.1系统构成CRH2型动车组广播联络系统的设备主要有：自动广播装置(AAD)、司机室控制放大器(CAMP1)、联络装置(INT)、乘务员室控制放大器(CAMP2)、配电盘控制放大器(CAMP3)、输出放大器(PAMP)、车内扬声器(SP)、通过台扬声器(SPD)、监视器扬声器(MSP)、司机室监视器扬声器(MSP)、乘务员室车门扬声器(DOSP)、车门音响装置、控制器、呼叫显示盘等。
CRH2型动车组设备通信网络
CRH2型动车组设备通信网络CRH2型动车组设备采用一套LKJ2000型列车运行速度监视控制装置。
LKJ2000型监控装置车载部分主要由主机箱、显示器、事故状态记录器(选件)、速度传感器、压力传感器、双针速度表组成。
装置主机采用双套热备冗余工作方式，由A、B 两组完全独立的控制单元组成，每组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块连接，单元内部各不带CPU的插件之间采用VME并行总线与监控记录插件连接，不带CPU的插件包括模拟量输入/输出插件、数字量输入插件、数字量输入/输出插件及电源插件；带CPU的插件之间采用cAN标准串行总线连接，这些模块包括监控记录插件、地面信息处理插件及通信插件。
系统内部串行通信网络也采用A、B两组冗余方式。
A、B组两个监控记录插件之间采用同步通信方式进行数据交换。
主机箱与显示器及事故状态记录器之间采用与主机箱内部网络相同的双路CAN网络进行连接。
11.5.1LKJ2000设备及接口LKJ2000型列车运行速度监视控制装置的设置及通信接口。
(1)装置的基本工作方式是将运行全程线路的参数事先存储于主机中，作为监控工作的依据，并能够与地面信息交换，采用车载或车载数据与地面信息相结合的控制模式。
(2)系统采用双机主从热备冗余方式(模块级冗余)，当工作机出现故障的情况下，自动切换到热备机工作，当任意一个单元或通道出现故障的情况下，自动启用备用单元或通道，大大提高了工作可靠性。
(3)采用先进的32位微处理器MC68332作为系统主CPU，具有较高的执行速度、控制精度，较高的稳定性和很强的数据处理能力。
(4)采用控制器局域网(CAN)作为系统内部通信方式进行数据交换、CAN总线器件本身带CRC校验功能，具有高强的检错与容错的能力，使传输可靠性进一步提高。
(5)监控功能的制动模式限速曲线采用实时计算，并考虑客/货车，制动机种类、线路坡度等因素对制动距离的影响，使制动距离尽量接近实际。
CRH2型动车组信息传输
CRH2型动车组信息传输信息传输系统由光纤连接各中央装置及终端装置，构成双重环路结构。
主要实现信息分散采集、网络传输、集中处理、并对各类信息进行实时汇总分析。
本章主要介绍信息传输系统的系统组成、网络结构、信息传输协议、列车通信网络、车厢通信网络、车载速度控制装置的通信网络、旅客信息网络设备及接口、维修接口和维修信息的传输等内容。
11.1概述CRH2型动车组信息传输系统通过贯穿列车的总线传输信息，并且对列车运行状况及车载设备动作的相关信息进行集中管理，可以有效地实现对司机和乘务员的辅助作用，加强对设备的保养和提高对乘客的服务质量。
传输的信息主要包括控制指令、设备状态数据和故障诊断数据三大信息。
对控制指令等要求有应答的重要数据，中央装置光节点同时向环路的两个方向发送信息，以便即时避开故障点。
对于监控信息等其他的数据，采用单方向传输，如果发信源的光传输节点没有检测到应答，则向另一方向的传输回路发送信息。
信息传输系统主要由列车信息中央装置(简称中央装置)、列车信息终端装置(简称终端装置)、列车信息显示器、显示控制装置、IC卡读写装置以及乘客信息显示器等组成。
头车中设置由控制传输部和监视器部组成的中央装置，具有列车信息管理和向列车信息终端装置传输数据的功能。
各车厢分别设置有一台终端装置，实现各车厢中车载设备的信息传输。
传输线有列车信息传输线(光纤)及自我诊断信息传输线(双绞线)两种。
列车总线采用光纤技术，其适用规格为ANSI878.1“ARCNET”，传输速度为2.5Mbit/s，拓扑结构为双重环形。
其中，牵引变流器和制动控制装置的传输适合使用光纤方式，采用20mA电流环形方式。
一部分设备的传输采用高级数据链路控制HDLC方式，步调同步方式，传输速度为192kbit/s，19.2kbit/s，9.6kbit/s，拓扑结构为点对点。
自我诊断传输线采用双绞线，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议，传输速度为38.4kbit/s。
CRH2型动车组列车运行控制系统车载设备概述
CRH2型动车组列车运行控制系统车载设备概述列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)是铁路运输的基础设施，是保证列车运行安全、提高运输效率、实现铁路统一指挥调度的关键技术设备，也是铁路信息化技术的重要技术领域。
列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)包括3个子系统：列车超速防护系统ATP(AutomaticTrainProtection)；列车自动操作系统ATO(AutomaticTrainOperation)；列车自动监控系统ATS(AutomaticTrainSupervision)。
在我国铁路领域中，列车自动操作系统ATO的应用目前尚未提到日程，所以不常提及，目前主要采用列车超速防护系统ATP，以下简称“列控系统”。
(1)CRH2型动车组列控系统的组成列控系统由地面和车载设备构成，见图16.1。
列控ATP的控制中心在地面。
它以地面控制中心的信息作为列车运行指令的信息源，通过轨道电路和应答器设备获取前方运行区段的运行线路参数信息，以应答器等设备自动校核列车走行位置，实现对列车运行速度的安全监控和列车运行实际参数的采集、记录，车载ATP本身具有主体机车信号、通用式机车信号功能。
地面设备由车站列控中心，地面电子单元(LEU)、点式应答器、ZPW-2000A(UM)系列轨道电路、车站闭环电码化、车站计算机联锁等组成。
ATP地面控制中心与CTC或TDCS联网，实现运输指挥中心对列车的直接控制，达到了车地一体化的列车控制能力。
CRH2型动车组车载列控系统同时装备ATP车载设备和列车运行监控装置LKJ2000，如图16.2。
车载设备由车载安全计算机、轨道信息接收单元(STM)、应答器信息接收单元(BTM)、制动接口单元、记录单元、人机界面(DMI)、速度传感器、BTM天线、STM天线等组成。
车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离模式曲线.控制列车运行。
CRH2型动车组ATP系统
CRH2型动车组ATP系统CRH2型动车组的两头车各装有1套列车运行控制(ATP)车载设备，是将接收到的地面信息作为基础，由车载设备生成速度控制曲线，并经常与实际速度相比较，如果实际速度超过了速度控制曲线，车载设备自动实施制动。
地面信息和ATP车载设备的控制状态由置于司机操纵台上的司机操作及显示界面(DMI)来显示。
司机在注视前方的同时监视DMI，通过DMI或者前方线路状况来操作牵引手柄和制动手柄，控制列车的加速、减速。
同时，司机还根据需要通过按压DMI画面上的开关进行确认操作和警戒操作等。
ATP系统控制方法可有2个选择模式，即机控优先和人控优先。
司机通过设定车载设备内部带有的开关来决定选择，运行中不能变更。
另外，在机控优先模式下，根据控制状态有时会暂时自动变换为人控优先的情况。
16.2.1概述ATP车载设备用于CTCS2区间实施制动。
不过在CTCS0区间LKJ设备代替ATP车载设备实施制动，由哪个设备来控制，是当列车通过区间转换位置的时候，ATP车载设备自动进行转换。
但发生异常的时候，也可以通过司机操作DMI的按键，进行手动转换。
200km/h线路区段CTCS系统建设要达到CTCS2级。
200km/h线路分为既有线提速200km/h区段和客运专线200km/h区段，要求CRH2型动车组列车能下线运行在CTCS1和CTCS0线路区段。
按照有关的规范和技术条件，对ATP系统的基本功能要求如下：(1)在不干扰机车乘务员正常操作的前提下有效地保证列车运行安全。
(2)在任何情况下防止列车无行车许可运行。
(3)防止列车超速运行。
(4)防止列车溜逸。
(5)应具有车尾限速保持功能。
(6)规定范围内的车轮打滑和空转不得影响车载设备正常工作。
(7)人机界面的基本功能是为乘务员提供必须的显示、数据输入及操作，并能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离。
能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等显示以及设备故障状态的报警。
CRH2网络系统结构
10～80％（无凝结）
30～90％（无凝结）
3
耐振性
JIS-E4031 1种B
4
电源（DC100V）
70～110V(DC100V)
70～110V(DC100V)
5
绝缘电阻
10MΩ以上（用500V兆欧表测量DC100V输入端子与大地间）
20MΩ以上（用500V兆欧表测量充电部与大地之间）
6
绝缘强度
AC1200V、50／60Hz、1分钟
列车信息控制系统适用以下工作环境。
表12-4列车信息控制系统工作环境
序号
装置
项目
列车信息中央装置
列车信息终端装置
列车监控显示器
IC卡读卡器
车内信息显示器
1
环境
温度
性能保证
0～40℃（时间日历功能10～40℃）
动作保证
-25～45℃
-5～40℃
0～50℃
储存保证
-25～60℃
2
相对湿度
10～90％（无凝结）
中央装置：由输入输出连接器、电路板、后板、架子构成。
（2）终端装置(型号：MS-A941-G1、-G2)
终端装置：由输入输出连接器、电路板、后板、架子构成。
有AIN底座的终端装置型号为MS-A941-G1、没有AIN底座的型号为MS-A941-G2。
（3）列车监控显示器(型号：MS-A942)
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CRH2动车组列车信息系统
课程内容
1
1.CRH2(四方-川崎)动车组信息网络系统
系统结构与技术规格(性能指标)
✓传输介质与布线方法
✓系统组成
✓信息传输通道及冗余设计
列车网络节点设备（中央装置、终端装置）
车厢智能设备及其与列车网的连接
信息网络系统功能
系统工作原理（传输原理可靠性原理）
系统工作原理（传输原理、可靠性原理）
信息网络系统显示内容含义及其操作
显示设备概述
⏹
⏹触摸屏操作方法概述
⏹显示内容及其含义介绍、智能设备的操作
2
2.CRH2动车组车载故障诊断信息
故障诊断原理
车载故障诊断信息
故障诊断信息的在线查找
故障应急处理
3
动车组招标技术条件中对列车网络控制系统的要求
•动车组上设控制、监测与诊断系统。
该系统可由逻辑控制电路和列车控制微机网络系统两部分组合完成信息传输功
能，也可仅由列车控制微机网络系统完成。
•列车通信和控制微机网络系统应为车载分布式计算机网络系统。
可由多级网络构成。
通讯协议应有兼容性，应符合
相关标准。
•列车前后两个中央控制单元中，只有一个中央控制单元管理器作为总线仲裁器运行，通过钥匙开关选择实现。
一台
被选为总线仲裁器后，另一台则作为备份的总线仲裁器运
被选为总线仲裁器后另一台则作为备份的总线仲裁器运
行。
4
•速度调节
列车按运行图规定速度运行。
车上设有速–列车按运行图规定速度运行车上设有速
度给定装置。
–列车运行速度受车载列车速度控制系统控列车运行速度受车载列车速度控制系统控
制。
该系统应能根据线路允许的速度信号控
制列车运行速度，确保列车运行安全。
当列
制列车运行速度确保列车运行安全当列
车超过规定速度运行时将通过制动系统自动
减速运行。
减速运行
5
•故障对策
–控制系统重要部分应作冗余设计，保证在
工作层失效时冗余层能顶替工作。
–各控制层均应有故障自诊断、保存故障信
息、必要的故障自排除及重要故障信息向上
一级传送的功能。
•投标文件中应清楚地描述该系统的原理、功能、
结构、层次、介质和控制的对象及内容等，应
明确地列出所采用的技术要求
明确地列出所采用的技术要求。
6
CRH2列车信息控制系统
——TICS
7
日本列车控制网络技术概况
•三菱电机、日立和东芝公司均为新干线动车组设
计制造了列车网络控制系统；
•日立公司系统称之为ATI(自动列车信息系统)；
•三菱电机和东芝公司系统称之为TIS(列车信息系统)；
•各公司产品功能和技术水平基本相当；
各公产品功能和技术水平基本相当
•采用标准统一；
•大部分系统部件可以实现互换(显示屏等)；
•网络控制系统在车载设备试验、系统检查和故障
网络控制系统在车载设备试验系统检查和故障
诊断等方面所表现出的性能较强。
8
CRH2动车组控制网络功能概述
CRH2动车组控制网络由三菱电机设计、制造。
列车信息控制装置的三大功能：
✓控制指令传送功能，通过减少列车贯穿线实现
列车轻量化。
列车轻量化
✓状态监视功能，将列车信息显示在司机台的显
示器上，方便乘务员了解列车运行状态。
示器上方便乘务员了解列车运行状态
✓车上检查功能，实现车载设备检查自动化，通
过车上操作减轻列车维护、保养工作。
9
一、列车信息控制系统总体结构
•列车信息控制系统由监控器和控制传输部分组
成。
•硬件为一体化装置
•控制指令传送系统采用独立于监视器部分的双
重CPU方式，具有故障导向安全和备份。
•通信采用ANSI878.1 ARCNET标准。
(美国国家
技术标准）
•头车设置的中央装置为双重系统构成，确保其
可靠性。
可靠性
•前后中心的控制单元间采用母线仲裁。
10
列车级控制的网络组成设备
车辆编号T1c1M22M13T24T1k5M26M1s7Tc28
中央装置11
终端装置11111111
显示器212
显示控制装置212
IC卡读卡器22
11
列车级控制网络拓扑结构
自我诊断传送线
双重环形光纤网络布线
编组重联网络连接线三重安全冗余
编组重联网络连接线
三重安全冗余：✓双重光纤环形网；
自我诊断传送线的备份传输
12
✓自我诊断传送线的备份传输。
双重光纤网
✓适用标准：ANSI 878.1 ARCNET
ANSI8781“ARCNET”
✓传送速度：2.5Mbps
✓传输介质：光纤
传输介质光纤
✓拓扑结构：环形
✓冗余措施：双向环形网络，故障导向安全设计
✓编组联挂时，中央装置之间由2对电线(双绞屏
编组联挂时中央装置之间由
蔽线)连接，联挂条件成立时，联挂前两编组中
独立的环线回路结合形成大编组环线回路
✓控制指令传输延迟在50ms以内（编组联挂时依
然如此）
14
自我诊断传送线
✓适用标准：HDLC，固定帧长度的轮询访问
固定帧长度的轮询访问✓传送速度：38.4Kbps
✓传输介质：双绞线
传输介质绞线
✓拓扑结构：总线
✓信号编码：基带方式24VP-P(120Ω平衡电路)
✓编组联挂时，自我诊断传送线连接整个列车
编组联挂时自我诊断传送线连接整个列车
✓控制指令传输周期10ms
15
中央装置机箱结构图
接线插座
16
中央装置外形图
17。