第5章 CRH5列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

第五章CRH5列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)----TCMS第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）的體系結(jié)構(gòu)一、TCMS的體系結(jié)構(gòu)CRH5動(dòng)車(chē)組配有一套基于多臺(tái)微機(jī)的系統(tǒng)，可控制并監(jiān)控所有列車(chē)和車(chē)輛的相關(guān)功能(列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)TCMS)。其結(jié)構(gòu)基于TCN標(biāo)準(zhǔn)(IEC61375-1)，具有WTB(列車(chē)總線)和MVB(車(chē)輛總線)串行接口，每個(gè)動(dòng)力單元使用兩對(duì)冗余的MPU模塊。TCMS體系結(jié)構(gòu)基于具有高冗余度的標(biāo)準(zhǔn)TCN，該體系結(jié)構(gòu)使用2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的TCMS模塊，每半列車(chē)（稱為車(chē)組）一個(gè)。兩個(gè)動(dòng)力單元通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行動(dòng)力單元間和連掛列車(chē)間的通訊。每個(gè)動(dòng)力單元根據(jù)設(shè)備功能設(shè)有3條MVB總線，分別承擔(dān)牽引、信號(hào)、旅客服務(wù)信息的傳輸。此外還有一個(gè)CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)輛總線，僅用于次要設(shè)備的診斷。系統(tǒng)具有完善的冗余和控制、診斷和監(jiān)視以及故障存儲(chǔ)功能。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的TCMS模塊可以控制4節(jié)車(chē)輛，并且包括兩個(gè)不同的等級(jí)：牽引（主要功能）支持（次要功能）從兩套MPU中（冗余設(shè)計(jì)）對(duì)每條總線進(jìn)行控制。根據(jù)設(shè)備的數(shù)量或線路的長(zhǎng)度，可利用“中繼器”來(lái)增加MVB總線的長(zhǎng)度。MPU有兩個(gè)MVB接口。第二個(gè)接口將兩條總線的MPU與MVB/WTB網(wǎng)關(guān)（冗余設(shè)計(jì)）和駕駛員監(jiān)控器連接在一起。網(wǎng)關(guān)被用于在TCMS模塊之間交換信息。下圖中顯示的主要設(shè)備連接在MVB總線上。非智能設(shè)備通過(guò)遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊（RIOMS）與TCMS系統(tǒng)接口。RIOM被分布在每輛車(chē)中，從而減少配線和相應(yīng)的重量。在每個(gè)重要位置上均預(yù)留冗余的RIOM。注：有重影的設(shè)備表示冗余。ACU:AuxiliaryControlUnit輔助控制單元PIS:PassengerInformationSystem乘客信息系統(tǒng)BCU:BrakeControlUnit制動(dòng)控制單元REP:Repeater中繼器CGA:AutomaticCouplercentralunit自動(dòng)車(chē)鉤中央單元RIOMCAB:RemoteI/OModules(driver’scab)遠(yuǎn)程I/O模塊(司機(jī)室)CLT:LocalTractionControl本地牽引控制RIOMLQ:RemoteI/OModules(BTpanel)遠(yuǎn)程I/O模塊(BT面板)EXT.DOORSExternalDoors外部門(mén)TCU:TractionControlUnit牽引控制單元GW:GatewayWTB/MVB網(wǎng)關(guān)WTB/MVBTD:Driver’sDiagnosticdisplay司機(jī)診斷顯示器HVAC:AirConditioning空調(diào)TS:Driver’sInstrumentsdisplay司機(jī)儀器顯示器LT:TrainLogicdisplay列車(chē)邏輯顯示器WCToilet廁所MPULC:MicroprocessorUnitComfortLine微處理器單元車(chē)內(nèi)設(shè)施線路CBBatteryCharger充電機(jī)MPULT:MicroprocessorUnitTractionLine微處理器單元牽引線TCMS主要零部件可以按照以下分組：列車(chē)控制與監(jiān)視單元：

MPU(微處理單元)WTB/MVB網(wǎng)關(guān)

RIOM（遠(yuǎn)程I/O模塊）

MVB中繼器人機(jī)接口設(shè)備:司機(jī)室主監(jiān)視器司機(jī)室診斷監(jiān)視器本地監(jiān)視器(在列車(chē)長(zhǎng)室)控制桿、開(kāi)關(guān)、按鈕、燈位于低壓配電柜和司機(jī)臺(tái)上的低壓零部件（繼電器、二極管…）。與原型車(chē)SM3的改變之處：診斷線采用CAN總線替代RS－485充電機(jī)連接到CAN總線上將自動(dòng)車(chē)鉤控制單元連接到CAN總線上司機(jī)室RIOM在MVB-A和MVB-B上分開(kāi)“本地牽引控制”(CLT)與HV箱RIOM集成在一起在車(chē)輛級(jí)MVB總線上，該體系結(jié)構(gòu)被分為兩個(gè)不同的層次：牽引和服務(wù)設(shè)施,每一層次均使用一對(duì)MPU進(jìn)行管理。這兩個(gè)層次的MVB總線通過(guò)第三條MVB總線（信號(hào)總線）連接在一起。此總線由牽引層的MPU控制。二、列車(chē)總線兩個(gè)動(dòng)車(chē)組之間的連接通過(guò)穿過(guò)頭車(chē)自動(dòng)車(chē)鉤的“WTB”（列車(chē)總線）型冗余鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)。此總線是TCN網(wǎng)絡(luò)的一部分，它在長(zhǎng)度因掛鉤/摘鉤操作而發(fā)生變化時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重組（網(wǎng)關(guān)重新編號(hào)）。該總線使用具有可控阻抗的冗余介質(zhì)，其傳輸?shù)男畔⑺俾始s為1Mb/s。傳輸距離為860米，22個(gè)節(jié)點(diǎn)，備用節(jié)點(diǎn)有4個(gè)。網(wǎng)關(guān)的輪詢周期約為50ms。同一總線還用于兩個(gè)單元之間的通信。每次列車(chē)重新編組或列車(chē)連掛初運(yùn)行，要進(jìn)行列車(chē)總線即WTB總線的配置，對(duì)于規(guī)范的列車(chē)總線WTB，本身具有自動(dòng)配置功能,操作人員只要按規(guī)程操作，最后檢查配置狀態(tài)以確認(rèn)配置是否正確。如果配置不正確，列車(chē)總線將不能正常通信。三、網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)列車(chē)總線與車(chē)輛總線之間的雙向信息交換。每個(gè)網(wǎng)關(guān)與列車(chē)線路之間以128字節(jié)的報(bào)文（周期數(shù)據(jù)）交換與其車(chē)組相關(guān)的信息，并接收來(lái)自整個(gè)列車(chē)編組中其他所有網(wǎng)關(guān)的同類信息。網(wǎng)關(guān)為完全冗余（電路板、連接器、電源等）。四、MPU-LT,MPU-LCMPU（MainProcessingUnit，主處理單元），負(fù)責(zé)對(duì)相應(yīng)車(chē)輛輸出指令和控制。在每一車(chē)組中（4輛車(chē)）有2對(duì)MPU。其中的2個(gè)（MPU-LT）控制牽引和信號(hào)設(shè)備總線上的所有設(shè)備，而另外2個(gè)（MPU-LC）則控制車(chē)內(nèi)設(shè)施和CAN總線上的所有設(shè)備。MPU功能任務(wù)周期可認(rèn)為不超過(guò)100ms（目標(biāo)值為50ms）。五、車(chē)輛總線車(chē)輛總線為MVB（MultifunctionVehicleBus，多功能車(chē)輛總線）。該總線使用阻抗受控的冗余介質(zhì)，其傳輸?shù)男畔⑺俾始s為1.5Mb/s。最大傳輸距離200米，32個(gè)節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）。備用節(jié)點(diǎn)至少每段為20%。用于處理數(shù)據(jù)的備用帶寬約為30%。在此總線上可以使用不同的輪詢周期：從用于快速信息的32ms到用于較次要信息的512ms。每個(gè)車(chē)組有3條總線：牽引、車(chē)內(nèi)設(shè)施和信號(hào)。六、中繼器中繼器是一種主要為硬件的專用設(shè)備，用于擴(kuò)展MVB在長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)方面的容量。事實(shí)上，通過(guò)中繼器連接的MVB總線的兩個(gè)不同區(qū)段在MPU層次上看來(lái)只是一個(gè)有32+32個(gè)節(jié)點(diǎn)、200+200米長(zhǎng)的一條MVB總線。中繼器引起的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)非常微小。七、監(jiān)視器（一）司機(jī)臺(tái)監(jiān)視器駕駛臺(tái)上有2個(gè)分別名為T(mén)S和TD的監(jiān)視器。監(jiān)視器為彩色TFT顯示器。屏幕尺寸為10.4英寸，其分辨率為800x600（SVGA）。監(jiān)視器帶有加熱器和風(fēng)扇，可在低和高環(huán)境溫度下使用。監(jiān)視器具備“節(jié)電”模式功能，可以延長(zhǎng)壽命。監(jiān)視器所使用的語(yǔ)言為中文。（二）TS監(jiān)視器TS監(jiān)視器以圖形化方式向司機(jī)顯示主要駕駛信息值（即線電壓、線電流、力矩等）。司機(jī)可以用屏幕周?chē)O(shè)置的一組按鍵與監(jiān)視器進(jìn)行交互。也可以使用這些按鍵向設(shè)備發(fā)送全局性或選擇性命令。司機(jī)還可以在專門(mén)畫(huà)面中通過(guò)監(jiān)視器手動(dòng)排除掉某些設(shè)備。（三）TD監(jiān)視器TD監(jiān)視器向司機(jī)顯示有關(guān)整個(gè)編組（2組聯(lián)掛的列車(chē)）全部設(shè)備的所有診斷信息。所有被監(jiān)視設(shè)備和組件的狀態(tài)（啟用、停用、故障、被排除等）。具有操作指導(dǎo)的自動(dòng)報(bào)警（在故障情況下）。司機(jī)可以用屏幕周?chē)O(shè)置的一組按鍵與監(jiān)視器進(jìn)行交互。也可以使用這些按鍵向設(shè)備發(fā)送全局性或選擇性命令。司機(jī)還可以在專門(mén)畫(huà)面中通過(guò)監(jiān)視器手動(dòng)排除掉某些設(shè)備。（四）本地監(jiān)視器在每輛車(chē)的BT機(jī)柜或乘務(wù)員室中將會(huì)提供本地監(jiān)視器。此顯示器的主要功能是：顯示主要本地信息（即制動(dòng)氣缸壓力等）的默認(rèn)畫(huà)面發(fā)送本地命令（即設(shè)置乘客車(chē)廂溫度、燈光等）顯示自動(dòng)報(bào)警顯示車(chē)輛設(shè)備的狀態(tài)顯示車(chē)輛的故障信息本地監(jiān)視器與駕駛臺(tái)監(jiān)視器的技術(shù)特性相似。表5-2TS與TD主要顯示信息如下說(shuō)明顯示的信息Mainmonitor(TS)主監(jiān)視器（TS）列車(chē)速度（實(shí)際的與設(shè)定的）牽引力，電力制動(dòng)（實(shí)際的與設(shè)定的）線電壓線電流線電流極限時(shí)間電池電壓顯示器牽引系統(tǒng)配置Diagnosticmonitor(TD)診斷監(jiān)視器(TD)相關(guān)設(shè)備狀態(tài)給司機(jī)的警告維修信息

八、RIOMRIOM（遠(yuǎn)程輸入/輸出模塊，）為MPU執(zhí)行信號(hào)采集并執(zhí)行由MPU發(fā)送的輸出命令。它們通過(guò)車(chē)輛牽引總線與MPU進(jìn)行通信。每個(gè)IO部件可以有不同類型的輸入/輸出：數(shù)字輸入（以電池負(fù)極為參考的數(shù)字信號(hào)）模擬輸入（電流或電壓模擬信號(hào)）數(shù)字輸出（繼電器觸點(diǎn)，用于斷開(kāi)RIOM與外部電路的連接）模擬輸出（電流或電壓模擬信號(hào)）第二節(jié)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）的冗余性及故障對(duì)策TCMS是一個(gè)智能單元，通過(guò)采集、傳輸信息和命令來(lái)管理列車(chē)上的大多數(shù)主要設(shè)備。為了保證列車(chē)上設(shè)備信息傳送的正確性，TCMS必須工作正確。因此，列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)重要部分采取冗余設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的可靠性。冗余功能以并聯(lián)連接的冗余輸入和冗余輸出實(shí)現(xiàn)。冗余管理依據(jù)冗余設(shè)備中對(duì)故障的辨識(shí)進(jìn)行完全自動(dòng)管理。對(duì)于列車(chē)認(rèn)為是重要的信號(hào)通過(guò)遠(yuǎn)程I/O模塊被冗余地獲得，并沿著MVB串行線傳輸?shù)街噶詈涂刂茊卧?。一、網(wǎng)關(guān)冗余性只有一個(gè)啟用，而另一個(gè)處于待機(jī)模式，并且可在已啟用的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)立即自動(dòng)開(kāi)啟。這一轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)應(yīng)用而言是透明的。為對(duì)這種情況進(jìn)行管理，網(wǎng)關(guān)的兩個(gè)部分通過(guò)一條內(nèi)部串行總線（CAN）進(jìn)行通信。同時(shí)還通過(guò)同一條串行線進(jìn)行確定誰(shuí)為主站、誰(shuí)為從站的仲裁。MVBline“2”MVB1MVB2GATE1inTCNnetworkMVB1MVB2MPU“1”MPU“2”I/O1Red.I/O2Red.MVBline“1”I/ONONRed.I/ONONRed.I/O2Red.I/ONONRed.GATE2I/O1Red.I/ONONRed.正常情況下的網(wǎng)絡(luò)配置MVBline“2”MVB1MVB2GATE1FAULTY網(wǎng)關(guān)1故障MVB1MVB2MPU“1”MPU“2”I/O1Red.I/O2Red.MVBline“1”I/ONONRed.I/ONON

Red.I/O2Red.I/ONONRed.GATE2INTCNNETWORKI/O1Red.I/ONONRed.GATE1FAULTY網(wǎng)關(guān)1故障二、MPU冗余性MPU的冗余類型為熱備冗余。兩個(gè)MPU均可管理其MVB總線（單條或多條）。它們讀取相同的輸入，并執(zhí)行相同的任務(wù)。在故障情況下一個(gè)會(huì)自動(dòng)接替另一個(gè)。同一總線上的所有設(shè)備均由同一MPU發(fā)送指令。當(dāng)MPU1故障時(shí)，MPU2替代了MPU1作為MVB“1”和MVB“2”線上的主控制器。MPU1故障時(shí)的網(wǎng)絡(luò)配置三、RIOM冗余性為實(shí)現(xiàn)冗余功能，RIOM的輸出繼電器以并聯(lián)連接。當(dāng)一個(gè)輸出出現(xiàn)故障時(shí)，其繼電器將被釋放。相應(yīng)功能由冗余RIOM的輸出保證。最壞的情況可能是當(dāng)電源故障或MVB接口故障時(shí)，在這種情況下，該RIOM的所有輸出繼電器均會(huì)被釋放。同樣在這種情況下相應(yīng)功能也由冗余RIOM的輸出保證。四、監(jiān)視器冗余性（一）駕駛臺(tái)監(jiān)視器冗余性TS和TD互為冗余。當(dāng)二者之一出現(xiàn)故障時(shí)，司機(jī)可以通過(guò)屏幕周?chē)陌存I選擇作用模式（TS或TD），以便從另一個(gè)監(jiān)視器上獲取所有畫(huà)面及信息。此監(jiān)視器的冗余性不是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，需要司機(jī)干預(yù)。（二）本地監(jiān)視器冗余性由于車(chē)輛的診斷數(shù)據(jù)保存在MPU內(nèi)存中，在本地監(jiān)視器出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用駕駛臺(tái)的監(jiān)視器獲得故障監(jiān)視器的信息。本車(chē)監(jiān)視器不設(shè)冗余。五、中繼器冗余性只有一個(gè)啟用，而另一個(gè)處于待機(jī)模式，并且可在已啟用的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)立即自動(dòng)開(kāi)啟。六、系統(tǒng)復(fù)位程序盡管系統(tǒng)可以自動(dòng)地處理大量的故障，但是仍有些故障不能自動(dòng)處理，這時(shí)可通過(guò)使用司機(jī)室內(nèi)的復(fù)位按鈕對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作。七、故障對(duì)策TCMS（列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）均有故障自診斷、保存故障信息、必要的故障自排除及重要故障信息傳送到司機(jī)監(jiān)視器和本地監(jiān)視器的功能。通過(guò)顯示器，乘務(wù)員獲得與各種列車(chē)設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的信息，并能通過(guò)預(yù)置的列表手動(dòng)排除故障?？筛鶕?jù)故障性質(zhì)對(duì)其實(shí)施分類管理，并在司機(jī)和/或顯示器上提供必要的故障處理。第三節(jié)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）的功能與系統(tǒng)性能一、TCMS的功能TCMSexecutesitsownfunctionsbymeansof:TCMS通過(guò)下列方法執(zhí)行自己的功能：·

cablingandrelays

布線和繼電器·

integratedsoftware

集成軟件·

pneumaticcommands

氣動(dòng)命令

Maininvolvedfunctionscanbeclassifiedasfollows:主要涉及的功能可以劃分為以下幾類：·

traction牽引·

brake制動(dòng)·

auxiliarypowersupplysystem輔助供電系統(tǒng)·

auxiliarypneumaticsystem輔助氣動(dòng)系統(tǒng)·

signalling信號(hào)·

bogiemonitoring轉(zhuǎn)向架監(jiān)視·

passengersaloonairconditioning乘客客室空調(diào)·

driver’scabairconditioning司機(jī)室空調(diào)·

passengerinformationsystem乘客信息系統(tǒng)·

external(side)doors外部(側(cè))門(mén)·

internaldoors內(nèi)部門(mén)·

manmachineinterface(drivingdesk)人機(jī)接口(司機(jī)臺(tái))·

diagnostic診斷司機(jī)臺(tái)狀態(tài)由TCMS通過(guò)RIOMs進(jìn)行檢測(cè)，并且直接通過(guò)WTB/MVB網(wǎng)關(guān)輸出數(shù)字信號(hào)來(lái)執(zhí)行以下功能:－manageGatewaywake-upfromthestand-bystatuswhenthedeskkeyisactivated－當(dāng)司機(jī)臺(tái)鑰匙激活時(shí)，將網(wǎng)關(guān)從待機(jī)狀態(tài)喚醒－TomanagetheTCNinaugurationsequenceandtheleadingvehicleelection－管理TCN初始化序列和頭車(chē)的選取

CAN節(jié)點(diǎn)TCMS管理CAN上的下列設(shè)備：Batterycharger電池充電器Toilet廁所Automaticcoupler自動(dòng)車(chē)鉤PassengerInformationSystem乘客信息系統(tǒng)二、列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)性能傳輸速率：WTB:1Mb/s(輪詢周期50～100ms)；MVB:1.5Mb/s(輪詢周期32～512ms)。MPU任務(wù):50ms～100ms響應(yīng)時(shí)間(在最不利的情況下):RIOM到

RIOM：300ms；RIOM到

RIOM牽引

–

支持總線：500ms；RIOM到

RIOM（經(jīng)由網(wǎng)關(guān)）：600ms。第四節(jié)診斷系統(tǒng)

TCMS系統(tǒng)與不同車(chē)輛系統(tǒng)接口，并從每個(gè)車(chē)輛接收一組信息。信息的數(shù)量與系統(tǒng)的復(fù)雜性和獲取與處理診斷信息的容量有關(guān)。對(duì)于由微處理器控制的主要單元，對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)部件的正確操作進(jìn)行精確的分析，并將處理過(guò)的信息發(fā)送到命令、控制與診斷系統(tǒng)。而且，每個(gè)微處理器控制的功率單元具有啟動(dòng)和運(yùn)行自動(dòng)測(cè)試功能，可以提供與各自電子板有關(guān)的診斷信息。診斷系統(tǒng)管理信息的方法：首先，對(duì)主要單元的故障狀態(tài)有關(guān)的信息進(jìn)行分析；如果主單元工作，則對(duì)與其所管理的系統(tǒng)的主要單元接收的信息進(jìn)行分析；如果主單元有故障，傳送所有系統(tǒng)故障信息，因?yàn)檫@些信息被認(rèn)為是不可靠的，直到主單元中的故障被消除為止。

一、TCMS的主要的診斷項(xiàng)目1.列車(chē)的牽引、制動(dòng)及控制系統(tǒng)的狀態(tài)；2.走行部件的安全性；3.旅客安全相關(guān)設(shè)施的狀態(tài)(如車(chē)門(mén)關(guān)閉狀態(tài)等)；4.各類電子電氣設(shè)備；5.影響列車(chē)正常運(yùn)行和使用的其它設(shè)施狀態(tài)。具體系統(tǒng)如下:1.

防滑(WSP)2.

牽引3.

充電機(jī)4.

不間斷電源5.

空調(diào)6.

制動(dòng)系統(tǒng)7.

壓縮機(jī)8.門(mén)9.廁所10.乘客信息系統(tǒng)11.TCMS12.列車(chē)系統(tǒng)（喪失冗余，特定系統(tǒng)中不包括的各種零部件）13.司機(jī)臺(tái)二、診斷系統(tǒng)的主要任務(wù)識(shí)別部件的偶發(fā)性故障；在部件故障時(shí)提供狀態(tài)數(shù)據(jù)及對(duì)策;記錄列車(chē)故障數(shù)據(jù)；為列車(chē)控制提供各相關(guān)部件的狀態(tài)。（一）司機(jī)診斷診斷信