毕业设计列车网络控制系统设计—HXD2型电力机车网络

2012届毕业设计说明书课题名称：列车网络控制系统设计—HXD2型电力机车网络控制系统专业系牵引与动力学院班级学生指导老师完成日期2014届毕业设计任务书一、课题名称：列车网络控制系统分析及故障排除二、指导老师：三、设计容与要求1、课题概述随着牵引动力的交流化和运行速度的提高，列车上采用微机实现智能化控制的部件或装置也越来越多，各微机系统间的协调和信息交换显得越来越重要。

另外，为提高列车的舒适度，各种辅助装置的控制和服务装置的控制都必须纳入到这个微机控制系统中来。

因此，列车控制也由单台机车的牵引传动控制逐渐向网络控制方向发展，网络控制技术已经成为核心技术之一。

本课题基于TCN、ARCNET等常见列车通信网络，分析其通信原理和通信特点，着重分析高速动车、大功率交传机车、城轨车辆等多类列车网络控制系统的拓扑结构、控制功能、硬件组成及工作原理，指出网络控制系统中常见的故障现象，阐述其故障应急处理方法。

2、设计容及要求（1）设计容本课题下设3个子课题：①CRH动车组网络控制系统的分析及故障排除②HXD交传机车网络控制系统的分析及故障排除③城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除每个子课题设计的主要容可包括：①列车网络控制系统的发展历史及现状分析②列车网络控制系统的功能、特点及其与传统机车微机控制系统的区别③常见的列车网络通信标准④以某个车型为例，从结构、原理、可靠性、实时性等方面详细分析该车型的网络控制系统⑤列车网络控制系统常见故障的判断分析与处理⑥结论（2）要求①通过检索文献或其他方式，深入了解设计容所需要的各种信息；②能够灵活运用《电力电子技术》、《计算机应用技术》、《机车总体》、《列车网络控制技术》等基础和专业课程的知识来分析城轨列车、大功率机车及高速动车组上的网络控制系统。

③要求学生有一定的电子电路，轨道交通专业基础。

四、设计参考书1、《列车网络控制技术原理与应用》2、《动车组网络控制系统》3、《CRH2型动车组》、《CRH5型动车组》4、《HXD大功率机车》五、设计说明书要求1、封面2、目录3、容摘要(200~400字左右，中英文)4、引言5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、毕业设计进程安排第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。

第2-3周：设计要求说明及课题容辅导。

第4-7周：进行毕业设计，完成初稿。

第7-10周：第一次检查，了解设计完成情况。

第11周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。

第12周：毕业答辩与综合成绩评定。

七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规，文字注释必须使用工程字书写。

曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

摘要随着列车运行速度的提高，列车网络控制系统具有越来越重要的意义。

同时，列车网络控制系统是动车组的九大关键技术之一，因此建立可靠安全的车载通信网络是十分必要的。

首先分析了列车网络系统的体系结构，功能模块及车载通信网络的拓扑结构、传输信息等。

接着介绍了IEC-61375标准，即列车通信网络（TCN）标准是IEC联合UIC经过几十年的工作采用了一个用于规车载设备数据通信的标准。

介绍了TCN网络的基本结构、实时协议、数据传输及介质访问方式。

并详细讨论了WTB和MVB总线的物理层、报文、介质访问及链路层控制。

其次分析比较了ARCnet和TCN两种车载通信网络，并总结出各自的优势。

ARCnet用于CRH2动车组，TCN用于CRH1、CRH3和CRH5动车组。

本设计说明书针对TCN、ARCnet等常见列车通信网络，分析其通信原理和通信特点，同时对列车网络控制技术的发展历史与现状进行阐述分析，着重分析HXD2型电力机车网络控制系统的拓扑结构、控制功能、硬件组成及工作原理，指出网络控制系统中常见的故障现象，阐述其故障应急处理方法。

关键词：HXD2电力机车列车网络技术故障应急处理ABSTRACTWith the increase of train speed, train network control system is more and more important. At the same time, train network control system is one of the key technologies in nine of EMU, therefore the establishment of vehicular communication network security is very necessary.This paper first analyzes the architecture of train network system, function module and vehicle communication network topology structure, transmission information etc..Then introduces IEC-61375 standard, namely the train communication network (TCN) standard is IEC combined with UIC after decades of work by using a standard car equipment for data communication standard. This paper introduces the basic structure, the TCN network protocol, data transmission and media access mode. And a detailed discussion of the physical layer, WTB and MVB bus message, media access and link layer control.Then compares ARCnet and TCN two kinds of vehicular communication network analysis, and sums up their respective advantages. ARCnet for CRH2 EMU, TCN for CRH1, CRH3 and CRH5 emu.The design specification for TCN, ARCnet and other common train communication network, analyses the communication principle and communication features, the development history and current situation of train network control technology is analyzed, emphasizes on the analysis of HXD2 type electric locomotive topology structure, control function, hardware network control system composition and working principle, points out the common faults network control system, the fault emergency treatment methodKeywords: HXD2 electric locomotive fault train network emergency treatment引言提高列车运行速度是铁路技术发展的重要目标，保证列车运行安全是实现我国列车提速战略的重要保证，而列车控制系统则是实现这一重要保长的技术支持手段。

随着牵引动力交流化和列车运行速度的提高，机车和列车上采用微机实现智能化控制的部件或装置也越来越多。

各微机系统间的协调和信息交换显得越来越重要，特别是对动力分散型的动车组，为了提高旅客列车的舒适度，各种辅助装置的控制和服务装置的控制都必须纳入到这个微机控制系统中来。

因此，列车控制也由单台机车的牵引传动控制逐渐向列车的网络控制方向发展，列车网络控制技术已经成为高速动车组、城轨车辆的核心技术之一。

本设计以网络通信基础知识和计算机控制基础知识作为铺垫，在此基础上详细讲述了能够用于列车通行的几种网络标准，包括LonWorks、ARCNET、CAN等现场总线标准，TCN列车通行网络标准以及新兴的控制网络——工业以太网等。

与此对应还介绍了应用不同网络标准的CRH系列动车组网络控制系统TCMS，最后简单介绍了列车自动运行控制系统。

其主要分析是HXD2电力机车的网络通信，并详细解读HXD2电力机车的各项网络知识。

目录第一章网络控制系统的概述 .................................. 错误!未定义书签。

1.1网络控制系统的概念..................................... 错误!未定义书签。

1.2网络控制系统的组成结构及层次模型....................... 错误!未定义书签。

1.3车载通信网络的基本结构................................ 错误!未定义书签。

1.4列车通信网络中的数据传输............................... 错误!未定义书签。

1.5列车通信网络介质访问方式............................... 错误!未定义书签。

第二章列车通信网络TCN ...................................... 错误!未定义书签。