CRH380B(L)動車組信息網(wǎng)絡

1、第六章動車組信息網(wǎng)絡為實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)通信的國際標準化，國際電工技術委員會IEC于1999年通過了一項列車通信網(wǎng)絡專用標準TCN（IEC-61375-1）。該標準將列車通信網(wǎng)絡分為列車級通信網(wǎng)絡WTB（絞接式列車總線）和車輛級通信網(wǎng)絡MVB（多功能車輛總線）。第一節(jié)信息及網(wǎng)絡系統(tǒng)一、通信與網(wǎng)絡原理CRH380B（L）動車組列車通信和控制網(wǎng)絡以及子系統(tǒng)和傳統(tǒng)電路技術形成了列車總體網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。列車控制網(wǎng)絡TCN包括列車級通信網(wǎng)絡WTB（絞接式列車總線）和車輛級通信網(wǎng)絡MVB（多功能車輛總線），這兩個系統(tǒng)都采用了雙路冗余線傳輸。列車級通信網(wǎng)絡WTB用于經(jīng)常聯(lián)掛和解編的重聯(lián)車輛，具有可變的拓撲結構。多功

2、能車輛總線MVB用于每輛車或一個牽引單元內(nèi)設備之間的數(shù)據(jù)通信，具有固定的拓撲結構。為了提高可用性，使用一個主鏈結構實現(xiàn)車輛總線MVB的拓撲結構，MVB分支段通過中繼器連接至主鏈上。該結構的優(yōu)點在于如果車內(nèi)一個MVB分支段出現(xiàn)故障，不會對本牽引單元其他車的通信產(chǎn)生影響。CRH380B（L）動車組網(wǎng)絡拓撲結構如圖6-1所示。圖6-1CRH380B（L）動車組網(wǎng)絡拓撲結構示意圖（頭車）二、列車通信網(wǎng)絡的構成與功能CRH380B（L）型網(wǎng)絡控制系統(tǒng)設備包括：中央控制單元、人機接口顯示屏、牽引控制單元、制動控制單元、輔助控制單元、輸入輸出模塊及溫度采集單元、中繼器等，如圖6-2所示。圖6-2動車組網(wǎng)絡系

3、統(tǒng)設備示意圖（局部）爐1鐘覽（一）中央控制單元（CCU）CCU的組成CRH380B（L）動車組每個牽引單元內(nèi)有兩個CCU，其中一個CCU以主控CCU方式工作，另一個以從控CCU方式工作。中央控制單元（CCU）由皿VB32板卡、各控制板卡及網(wǎng)關板卡等元件組成，如圖8-3所示。圖6-3動車組中央控制單元CCU（1）網(wǎng)關：每個牽引單元有兩個網(wǎng)關，但只有加載在主CCU上的網(wǎng)關參與WTB和MVB通訊，從CCU上的網(wǎng)關不工作。網(wǎng)關負責從列車總線（WTB）到車輛總線（MVB）的處理數(shù)據(jù)的信號編輯和信息數(shù)據(jù)發(fā)送，反過來也一樣。此外，網(wǎng)關還進行列車命名工作，包括“TCN命名”和“邏輯命名”，以及提供確定出來的配

4、置。（2）CPU模塊：它由一個中央處理單元構成，配置了一個586CPU，通過兩個基座插頭與SIBAS系統(tǒng)連接。在插頭XI上SIBAS總線接口被引了出來，在插頭X2上是外圍信號和CAN接口。（3）輸入輸出模塊（IOM）：輸入/輸出模塊用于中央處理單元和SIBAS32的所有輸入/輸出模塊的接口，其通過數(shù)據(jù)總線和地址總線與中央處理單元相連接，此模塊可以實現(xiàn)23個外部模擬信號和2個內(nèi)部模擬信號的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。（4）MVB模塊：它是一個與TCN標準一致的通訊記錄的子處理單元。除了微處理器和一個MVB控制器之外，在模塊上還有不同的存儲器和外圍元件。（5）輸入輸出模塊（IOA）：此輸入/輸出模塊用于處理不

5、同的模擬和數(shù)字/二進制信號。（6）變流器110V二進制輸入模塊：用于110V電壓信號輸入。（7）接觸器驅(qū)動110V二進制輸出模塊：用于W110V電壓信號的輸出。（8）抗干擾110V濾波器模塊：該模塊可在高干擾電壓下保護SIBAS32控制裝置，消除短時間的電壓波動影響。（9）電源啟動模塊：該模塊用于一、二次電源低電壓監(jiān)控和控制系統(tǒng)的接通和斷開，一次電源通過模塊前面插頭連接，并提供了20A和10A兩種電源接線。在CCU啟動過程中，接通電源的瞬間啟動電流較大，但時間很短。該模塊允許出現(xiàn)瞬間的過流，但對正常工作后產(chǎn)生的過流，模塊將作為不穩(wěn)定的電源供應，并切斷電源。（10）一次電流監(jiān)控模塊：該模塊作為變

6、壓器保護系統(tǒng)安裝在SIBAS32的控制裝置中，其運行模式通過軟件進行設置。（11）變流器模塊：為SIBAS機箱提供電源。CCU的功能在占用司機室里的主CCU為列車主控CCU，除了主控CCU的功能外，它還接管整個車組更高級的控制。主CCU負責本牽引單元的車輛控制，從列車總線（WTB）讀取指令和信息，并向列車總線（WTB）和外圍發(fā)送控制信號和反饋信息oCCU通過收集分布式輸入/輸出設備和連接到MVB總線上的其他設備信號，進行邏輯判斷后發(fā)布指令，對動車組實施控制。（1）管理WTB和MVB每個MVB網(wǎng)絡段的主CCU均形成一個網(wǎng)關；配備WTB技術的CRH3總是采用相鄰MVB網(wǎng)絡段重聯(lián)的方式運行；主CCU

7、是MVB總線管理器；主CCU對總線參與者及MVB通道A及通道B進行通信監(jiān)控及診斷。（2）控制列車及本車MVB總線主CCU向車組發(fā)出命令（牽引/制動命令、門釋放、空調(diào)開/關、主電路接通/斷開等等），在本MVB內(nèi)發(fā)送控制命令，采集所有MVB參與者的狀態(tài)信息并通過MVB進行分析，采集車組所有MVB狀態(tài)并為整列車組進行分析。（3）控制主電路部件動作主CCU采集在整個動車組范圍內(nèi)有效的關于主電路的司機指令，并通過列車總線WTB發(fā)送；每個車輛總線MVB采集列車主CCU的指令及主電路部件的通電狀態(tài)；根據(jù)各個主電路部件的開關指令及通電狀態(tài)診斷主電路部件。（4）處理牽引控制單元（TCU）、制動控制單元（BCU）

8、、輔助變流器單元（ACU）、門控單元（DCU）與空調(diào)控制（HVAC）單元的指令。（5）控制信號燈與室內(nèi)照明。（6）實現(xiàn)車輛診斷功能。（7）控制自動安全裝置。（8）可視化顯示通過WTB傳輸?shù)臓顟B(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)。除此之外，主CCU還具有以下作用：設定牽引控制單元牽引點設置；變壓器保護；控制車載電源；前端連接和前端活動閥門的控制;監(jiān)控安全回路、火警系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架的診斷情況;通過分散的輸入輸出站（SIBAS-KLIP,MVB-CompactI/O）對數(shù)字和模擬輸入和輸出進行控制；停放制動控制；通過所屬網(wǎng)關連接到列車總線（WTB），確定和檢測動車組和重聯(lián)車組的配置。從CCU與主CCU運行相同的程序，其不能對過程

9、主動進行控制。從CCU可以監(jiān)控主CCU工作狀態(tài)，并在主CCU發(fā)生故障時隨時接替主CCU的工作。主、從CCU都有對高壓設備進行主動保護功能。所有由CCU監(jiān)控的部件的故障狀態(tài)都儲存在CCU中并傳送至動車組的顯示界面。人機接口顯示屏人機接口顯示屏是動車組的信息顯示和輸入設備，也是動車組的中央診斷系統(tǒng)。人機界面HMI位于司機室和乘務員室，主要承擔的任務有：動車組的人機操作接口；為動車組和牽引單元提供診斷系統(tǒng)；通過發(fā)出聲音信號，通知司機有關列車控制方面的特殊信息。牽引控制單元牽引控制單元主要由中央控制單元、信號處理器、信號輸入輸出模塊、MVB通信模塊和電源模塊等組成。信號處理器實現(xiàn)所有實時牽引控制功能，

10、以減輕中央控制單元的數(shù)據(jù)處理任務。制動控制單元每輛頭車各設有兩個相互冗余的制動控制單元,其它拖車各有兩個制動控制單元，中間動車各有一個制動控制單元。制動控制單元用于實現(xiàn)制動裝置的控制和診斷，包括防滑控制等功能。輔助控制單元CRH380B（L）動車組拖車上的輔助變流器控制單元與MVB相連。輔助變流器用于提供三相440VAC60Hz電壓，也可以通過外接插座得到三相400VAC50Hz電源。輸入輸出模塊及溫度采集單元(1)分布式輸入/輸出設備KLIP站KLIP站是由許多不同模塊組成的數(shù)字分布式輸入、輸出設備。通過車輛總線MVB)與CCU進行通訊，可以將被監(jiān)控設備的狀態(tài)信息傳輸給CCU，或執(zhí)行CCU的

11、指令。如圖6-4所示。二；3-!-Ia-u-a-7-Ez-電誡祗墳圖6-4分布式輸入/輸出設備KLIP站緊湊式I/O模塊MVB-CompactI/O是許多固定的輸入和輸出通道的集成裝置，用于接收司機室發(fā)出的專門信號，例如，來自按鈕、開關、指示器、斷路器、編碼插頭和主控制器。如圖6-5所示。圖6-5緊湊式I/O模塊緊湊式PT100緊湊式PT100是許多固定的輸入和輸出通道的集成裝置，具有對模擬量進行輸入輸出的功能，主要用于接收來自溫度傳感器的信號，例如軸溫報警、牽引電機軸承溫度、齒輪箱大小齒輪溫度等信號，通過檢測值限定列車運行速度。如圖6-6所示。圖6-6緊湊式PT100（4）中繼器中繼器是連接

12、網(wǎng)絡線路的一種裝置，主要功能是通過對數(shù)據(jù)信號的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)來擴大網(wǎng)絡傳輸?shù)木嚯x。它的作用是放大信號，補償信號衰減，支持遠距離通信。如圖6-7所示。圖6-7中繼器其他CRH380B（L）動車組網(wǎng)絡控制系統(tǒng)設備還包括充電機控制單元、車門控制單元、HAVC控制單元、PIS系統(tǒng)、火警控制單元。三、安全環(huán)路為進一步提高動車組運行的安全性和可靠性，設計了以“故障導向安全”為原則的安全環(huán)路,它將影響動車組安全運行的各種不安全因素串入到安全環(huán)路中,使動車組在特殊情況下能夠安全停車。（一）安全環(huán)路結構安全環(huán)路由環(huán)路中斷器（LIA）、環(huán)路控制線（LCL）、環(huán)路狀態(tài)線（LSL）及環(huán)路狀態(tài)繼電器（LP）組成。動車

13、組安全環(huán)路結構如圖6-8所示。圖6-8安全環(huán)路結構示意圖（二）安全環(huán)路作用原理當動車組蓄電池電源打開，110V電源向列車環(huán)路控制線供電，列車環(huán)路控制通過布置于整列車直到尾部端車的監(jiān)控接觸元件（環(huán)路中斷器）實現(xiàn)，環(huán)路控制線的信息傳遞到尾部端車環(huán)路狀態(tài)線中，該控制線按順序?qū)⑿畔鬟f到整列車，并由環(huán)路狀態(tài)評估元件（環(huán)路狀態(tài)繼電器）執(zhí)行一個實際環(huán)路狀態(tài)探測。在環(huán)路斷電時環(huán)路控制線及狀態(tài)線也會失電，環(huán)路狀態(tài)繼電器失電，各車的環(huán)路狀態(tài)繼電器響應控制線及狀態(tài)線的變化，對列車或單車執(zhí)行對應操作。（三）動車組安全環(huán)路簡介緊急制動環(huán)路緊急制動環(huán)路的任務是將動車組運行途中不安全因素誘發(fā)的緊急制動請求傳遞給列車內(nèi)各制

14、動部件，各制動組件通過評估緊急制動環(huán)路狀況，觸發(fā)緊急制動動作，為動車組提供最大制動力，確保動車組能夠安全停車。轉(zhuǎn)向架監(jiān)控環(huán)路轉(zhuǎn)向架監(jiān)控環(huán)路監(jiān)測軸端軸承的溫度以及動車組所有轉(zhuǎn)向架的運行平穩(wěn)性（運行平穩(wěn)性監(jiān)測），當限值被超出且緊急制動未生效時，可斷開轉(zhuǎn)向架監(jiān)測回路，進而通過串聯(lián)在緊急制動環(huán)路中的轉(zhuǎn)向架監(jiān)控環(huán)路狀態(tài)繼電器觸發(fā)緊急制動停車。停放制動監(jiān)控環(huán)路停放制動監(jiān)控環(huán)路負責監(jiān)控停放制動的施加狀態(tài)，在列車行駛過程中如果錯誤施加了停放制動，司機室HMI屏會發(fā)出聲音信號，同時停放制動狀態(tài)繼電器還會通過中斷的緊急制動回路觸發(fā)緊急制動停車，此舉可確保停放制動盤不會被過度磨損或過熱。制動緩解環(huán)路制動緩解環(huán)路負責

15、監(jiān)控空氣制動的施加狀態(tài)，在列車行駛過程中如果錯誤施加了空氣制動，可通過封鎖牽引的方式確保制動盤不會被過度磨損或過熱?；馂膱缶h(huán)路當動車組出現(xiàn)火災時，火警環(huán)路將發(fā)出火警信號。如果通過環(huán)路報告了火警信息，司機室中將出現(xiàn)視訊信號。旅客緊急制動環(huán)路旅客通過客室旅客緊急制動手柄斷開旅客緊急制動環(huán)路，進而向司機室發(fā)出旅客緊急制動請求，并使頭車的制動控制單元（中央制動管理）輸出最大常用制動。第二節(jié)終端裝置CRH380B(L)型網(wǎng)絡控制終端裝置主要包括：牽引控制單元、制動控制單元、輔助控制單元、人機接口顯示屏，其他還包括充電機控制單元、車門控制單元、HAVC控制單元、PIS系統(tǒng)、火警控制單元。各設備之間通過加

16、載在主CCU上的網(wǎng)關參與WTB和MVB通訊。指令的收集和反饋通過湊式I/O模塊中的固定輸入和輸出通道，接收司機室發(fā)出的專門信號,例如，來自按鈕、開關、指示器、斷路器、編碼插頭和主控制器。終端裝置的各設備是網(wǎng)絡設備的組成部分，通過網(wǎng)絡控制能夠?qū)崿F(xiàn)對全列車的牽引控制、制動控制、高壓系統(tǒng)控制、輔助系統(tǒng)控制、及空調(diào)控制等控制功能。一、終端裝置主要設備組成牽引控制單元牽引控制單元主要由中央控制單元、信號處理器、信號輸入輸出模塊、MVB通信模塊和電源模塊等組成。信號處理器實現(xiàn)所有實時牽引控制功能，以減輕中央控制單元的數(shù)據(jù)處理任務。如圖6-9所示圖6-9牽引控制單元在網(wǎng)絡終端上，牽引控制單元處理和完成以下指

17、令和功能TCU上電/斷電控制；牽引力設定值處理；切除TCU；牽引指令生成；5隔離TCU的主斷釋放接觸器；牽引封鎖；TCU產(chǎn)生的分主斷；8.4QS封鎖；運行方向確定；TCU工作狀態(tài)反饋。制動控制單元每輛頭車各設有兩個相互冗余的制動控制單元,其它拖車各有兩個制動控制單元，03、06、11(CRH380BL)、14(CRH380BL)車各有一個制動控制單元。制動控制單元用于實現(xiàn)制動裝置的控制和診斷，包括防滑控制功能。如圖6-10所示圖6-10制動控制單元在網(wǎng)絡終端上，制動控制單元處理和完成以下指令和功能緊急制動指令；輔助壓縮機供風請求；常用全制動指令；報告主壓縮機供電狀態(tài)。（三）輔助控制單元輔助變流

18、器控制單元與MVB相連。輔助變流器用于提供3X440VAC60HZ電壓，可以通過外接插座得到3X400VAC50Hz電源。如圖6-11所示圖6-11輔助控制單元在網(wǎng)絡終端上，輔助控制單元處理和完成以下指令和功能充電機控制；ACU控制；DC負載上電順序控制；AC冗余供電控制；DC供電線路監(jiān)測；AC負載管理（上電順序/斷電）；外部供電；&AC供電線路監(jiān)測。（四）人機接口HMI人機接口HMI作為動車組和重聯(lián)列車的信息顯示和輸入設備。提供動車組和重聯(lián)列車的中央診斷系統(tǒng)；向司機發(fā)送有關控制事件的音頻信號。如圖6-12所示圖6-12人機接口HMI二、終端裝置其他設備（一）充電機控制單元充電機安裝在BC04

19、和FC05上，充電機控制單元與MVB相連。充電機將3X440VAC60Hz電變換為110VDC負載所需的供電電壓和蓄電池充電電壓。如圖6-13所示圖6-13充電機控制單元（二）車門控制單元每輛車有一個車門控制單元與車輛總線（MVB）相連，該門控單元再通過CAN總線與本車的其它門控單元連接。車門控制單元可以完成內(nèi)外車門的全部控制功能。如圖6-14所示圖6-14車門控制單元（三）HAVC控制單元（空調(diào)控制單元）在每輛車上，HVAC的控制單元與MVB相連，用于實現(xiàn)中央控制和診斷?？照{(diào)系統(tǒng)的基本功能通過司機HMI和餐車的列車員HMI進行操作。如圖6-15所示圖6-15空調(diào)控制單元（四）PIS-STC（

20、旅客信息系統(tǒng)的中央控制器）旅客信息系統(tǒng)用于實現(xiàn)旅客視聽信息、列車員通訊和旅客娛樂等功能。旅客信息系統(tǒng)的中央控制器（PIS-STC）與MVB連接。如圖6-16所示0圖6-17旅客信息系統(tǒng)的中央控制器r（五）火警控制單元火災報警系統(tǒng)是一個帶有煙霧探測器和火災報警中心的自動控制系統(tǒng)，通過KLIP站連接到列車通訊控制系統(tǒng)。如圖6-18所示：圖6-18火警控制單元三、人機界面HMI每個司機室的司機操縱臺均有左、右兩個HMI顯示屏，每個顯示屏按照司機室是否被占用具備以下功能：司機操作臺左側HMI顯示屏：操縱端司機室：司機HMI功能，例如語言選擇和故障顯示；控制和監(jiān)測除制動系統(tǒng)之外的車輛系統(tǒng)；顯示冗余司機操

21、縱臺右側HMI的控制和監(jiān)測功能；非操縱端司機室:顯示冗余乘務員HMI的控制和監(jiān)測功能；司機操縱臺右側HMI顯示屏：操縱端司機室：司機HMI功能，如語言選擇和故障顯示；控制和監(jiān)測制動系統(tǒng)；顯示冗余司機操作臺左側HMI的控制和監(jiān)測功能；乘務員室裝有一個乘務員HMI，可提供車輛技術并開展如內(nèi)部照明和空調(diào)等操作。非操縱端司機室：顯示冗余乘務員HMI的控制和監(jiān)測功能.司機HMI顯示屏結構如圖6-24所示，司機操縱臺上的左、右兩個司機HMI顯示屏結構布局相同。按照功能區(qū)分為：1、顯示屏區(qū)域；2、硬件操作區(qū)；3、光標和輸入硬件區(qū)；4、鍵盤軟件（10位）區(qū)域。34圖6-19HMI顯示屏表6-1硬件按鈕功能硬鍵

22、名稱功能HMI顯示器開關按鈕在屏幕背光開和關之間切換。該操作僅適用于相同的顯示器。亮度對話框按鈕調(diào)節(jié)背光亮度。日、夜切換按鈕在日/夜設計模式間切換,對于司機室兩個HMI均適用。語言選擇按鈕更改顯示器語言，對于司機室兩個HMI均適用。信息按鈕盒1、訪問由工廠維修人員輸入的特定車輛信息。2、查看司機室HMI和乘務員室HMI上的操作信息和描述。故障總攬按鈕訪問故障總攬，將選擇欄設置為最新未確認故障。1行使期間（V0）校正按鈕列車行使期間，顯示器校正)停止（V/倔nnn1nnnnnn疏鬧帚君右且示SJ事爸1星澆in世石銖圖6-27HMI不可操作項的顯示界面5圖6-28HMI不可操作項的顯示界面6tm-

23、.二圖0sgm_sgs.-嚨E.H-昌橋瞬一彎蕪rLI祭価裟OS蚩匚-4fflI益謂生峯01B制蹟2.?0）同一故障相應的補救措施也不同，因此必需選擇正確畫面。8L八、HMI上的位置和獨立狀態(tài)診斷信息當前所有司機人機界面上相關的的故障消息可通過操作硬鍵選擇顯示在故障總覽頁面中。每條故障消息均顯示車號，子系統(tǒng)的名稱以及短故障文本和故障發(fā)生時間。最近的故障顯示在列表的頂部，按時間順序以此向下排列。已確認故障（即你已訪問的此故障的幫助文本）標有“*”。已解決的故障（清除的）則從此列表中除去。注意：某些修正措施畫面允許直接啟動切換操作及進入其他畫面。這些軟鍵均突出顯示為黃色。九、聲音輸出HMI將發(fā)出聲音信號以將HMI上發(fā)生的重大變化通知給您。這些信號分為三種聲音文件：（1）“咚-?！甭?每次故障發(fā)生時將發(fā)生此聲音。（2）“?！甭?，此聲音將每隔30秒產(chǎn)生一次，直到所有的故障信號全部確認。（3）“昂”聲，當狀態(tài)欄發(fā)生重大變化時，將發(fā)出該聲音（指示燈）。十一、手動啟動遠程數(shù)據(jù)傳輸無論列車處于行駛還使靜止狀態(tài)，所有已由動車組中央診斷系統(tǒng)自動記錄以及乘