第5章 CRH5列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)

第五章CRH5列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)----TCMS第一節(jié)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（TCMS）的體系結構一、TCMS的體系結構CRH5動車組配有一套基于多臺微機的系統(tǒng)，可控制并監(jiān)控所有列車和車輛的相關功能(列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)TCMS)。其結構基于TCN標準(IEC61375-1)，具有WTB(列車總線)和MVB(車輛總線)串行接口，每個動力單元使用兩對冗余的MPU模塊。TCMS體系結構基于具有高冗余度的標準TCN，該體系結構使用2個標準的TCMS模塊，每半列車（稱為車組）一個。兩個動力單元通過網(wǎng)關進行動力單元間和連掛列車間的通訊。每個動力單元根據(jù)設備功能設有3條MVB總線，分別承擔牽引、信號、旅客服務信息的傳輸。此外還有一個CAN總線標準的車輛總線，僅用于次要設備的診斷。系統(tǒng)具有完善的冗余和控制、診斷和監(jiān)視以及故障存儲功能。一個標準的TCMS模塊可以控制4節(jié)車輛，并且包括兩個不同的等級：牽引（主要功能）支持（次要功能）從兩套MPU中（冗余設計）對每條總線進行控制。根據(jù)設備的數(shù)量或線路的長度，可利用“中繼器”來增加MVB總線的長度。MPU有兩個MVB接口。第二個接口將兩條總線的MPU與MVB/WTB網(wǎng)關（冗余設計）和駕駛員監(jiān)控器連接在一起。網(wǎng)關被用于在TCMS模塊之間交換信息。下圖中顯示的主要設備連接在MVB總線上。非智能設備通過遠程輸入/輸出模塊（RIOMS）與TCMS系統(tǒng)接口。RIOM被分布在每輛車中，從而減少配線和相應的重量。在每個重要位置上均預留冗余的RIOM。注：有重影的設備表示冗余。ACU:AuxiliaryControlUnit輔助控制單元PIS:PassengerInformationSystem乘客信息系統(tǒng)BCU:BrakeControlUnit制動控制單元REP:Repeater中繼器CGA:AutomaticCouplercentralunit自動車鉤中央單元RIOMCAB:RemoteI/OModules(driver’scab)遠程I/O模塊(司機室)CLT:LocalTractionControl本地牽引控制RIOMLQ:RemoteI/OModules(BTpanel)遠程I/O模塊(BT面板)EXT.DOORSExternalDoors外部門TCU:TractionControlUnit牽引控制單元GW:GatewayWTB/MVB網(wǎng)關WTB/MVBTD:Driver’sDiagnosticdisplay司機診斷顯示器HVAC:AirConditioning空調TS:Driver’sInstrumentsdisplay司機儀器顯示器LT:TrainLogicdisplay列車邏輯顯示器WCToilet廁所MPULC:MicroprocessorUnitComfortLine微處理器單元車內設施線路CBBatteryCharger充電機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：列車控制與監(jiān)視單元：

MPU(微處理單元)WTB/MVB網(wǎng)關

RIOM（遠程I/O模塊）

MVB中繼器人機接口設備:司機室主監(jiān)視器司機室診斷監(jiān)視器本地監(jiān)視器(在列車長室)控制桿、開關、按鈕、燈位于低壓配電柜和司機臺上的低壓零部件（繼電器、二極管…）。與原型車SM3的改變之處：診斷線采用CAN總線替代RS－485充電機連接到CAN總線上將自動車鉤控制單元連接到CAN總線上司機室RIOM在MVB-A和MVB-B上分開“本地牽引控制”(CLT)與HV箱RIOM集成在一起在車輛級MVB總線上，該體系結構被分為兩個不同的層次：牽引和服務設施,每一層次均使用一對MPU進行管理。這兩個層次的MVB總線通過第三條MVB總線（信號總線）連接在一起。此總線由牽引層的MPU控制。二、列車總線兩個動車組之間的連接通過穿過頭車自動車鉤的“WTB”（列車總線）型冗余鏈路來實現(xiàn)。此總線是TCN網(wǎng)絡的一部分，它在長度因掛鉤/摘鉤操作而發(fā)生變化時可以實現(xiàn)網(wǎng)絡的動態(tài)重組（網(wǎng)關重新編號）。該總線使用具有可控阻抗的冗余介質，其傳輸?shù)男畔⑺俾始s為1Mb/s。傳輸距離為860米，22個節(jié)點，備用節(jié)點有4個。網(wǎng)關的輪詢周期約為50ms。同一總線還用于兩個單元之間的通信。每次列車重新編組或列車連掛初運行，要進行列車總線即WTB總線的配置，對于規(guī)范的列車總線WTB，本身具有自動配置功能,操作人員只要按規(guī)程操作，最后檢查配置狀態(tài)以確認配置是否正確。如果配置不正確，列車總線將不能正常通信。三、網(wǎng)關網(wǎng)關可以實現(xiàn)列車總線與車輛總線之間的雙向信息交換。每個網(wǎng)關與列車線路之間以128字節(jié)的報文（周期數(shù)據(jù)）交換與其車組相關的信息，并接收來自整個列車編組中其他所有網(wǎng)關的同類信息。網(wǎng)關為完全冗余（電路板、連接器、電源等）。四、MPU-LT,MPU-LCMPU（MainProcessingUnit，主處理單元），負責對相應車輛輸出指令和控制。在每一車組中（4輛車）有2對MPU。其中的2個（MPU-LT）控制牽引和信號設備總線上的所有設備，而另外2個（MPU-LC）則控制車內設施和CAN總線上的所有設備。MPU功能任務周期可認為不超過100ms（目標值為50ms）。五、車輛總線車輛總線為MVB（MultifunctionVehicleBus，多功能車輛總線）。該總線使用阻抗受控的冗余介質，其傳輸?shù)男畔⑺俾始s為1.5Mb/s。最大傳輸距離200米，32個節(jié)點（設備）。備用節(jié)點至少每段為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。每個車組有3條總線：牽引、車內設施和信號。六、中繼器中繼器是一種主要為硬件的專用設備，用于擴展MVB在長度和節(jié)點方面的容量。事實上，通過中繼器連接的MVB總線的兩個不同區(qū)段在MPU層次上看來只是一個有32+32個節(jié)點、200+200米長的一條MVB總線。中繼器引起的數(shù)據(jù)傳輸延時非常微小。七、監(jiān)視器（一）司機臺監(jiān)視器駕駛臺上有2個分別名為TS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，可以延長壽命。監(jiān)視器所使用的語言為中文。（二）TS監(jiān)視器TS監(jiān)視器以圖形化方式向司機顯示主要駕駛信息值（即線電壓、線電流、力矩等）。司機可以用屏幕周圍設置的一組按鍵與監(jiān)視器進行交互。也可以使用這些按鍵向設備發(fā)送全局性或選擇性命令。司機還可以在專門畫面中通過監(jiān)視器手動排除掉某些設備。（三）TD監(jiān)視器TD監(jiān)視器向司機顯示有關整個編組（2組聯(lián)掛的列車）全部設備的所有診斷信息。所有被監(jiān)視設備和組件的狀態(tài)（啟用、停用、故障、被排除等）。具有操作指導的自動報警（在故障情況下）。司機可以用屏幕周圍設置的一組按鍵與監(jiān)視器進行交互。也可以使用這些按鍵向設備發(fā)送全局性或選擇性命令。司機還可以在專門畫面中通過監(jiān)視器手動排除掉某些設備。（四）本地監(jiān)視器在每輛車的BT機柜或乘務員室中將會提供本地監(jiān)視器。此顯示器的主要功能是：顯示主要本地信息（即制動氣缸壓力等）的默認畫面發(fā)送本地命令（即設置乘客車廂溫度、燈光等）顯示自動報警顯示車輛設備的狀態(tài)顯示車輛的故障信息本地監(jiān)視器與駕駛臺監(jiān)視器的技術特性相似。表5-2TS與TD主要顯示信息如下說明顯示的信息Mainmonitor(TS)主監(jiān)視器（TS）列車速度（實際的與設定的）牽引力，電力制動（實際的與設定的）線電壓線電流線電流極限時間電池電壓顯示器牽引系統(tǒng)配置Diagnosticmonitor(TD)診斷監(jiān)視器(TD)相關設備狀態(tài)給司機的警告維修信息

八、RIOMRIOM（遠程輸入/輸出模塊，）為MPU執(zhí)行信號采集并執(zhí)行由MPU發(fā)送的輸出命令。它們通過車輛牽引總線與MPU進行通信。每個IO部件可以有不同類型的輸入/輸出：數(shù)字輸入（以電池負極為參考的數(shù)字信號）模擬輸入（電流或電壓模擬信號）數(shù)字輸出（繼電器觸點，用于斷開RIOM與外部電路的連接）模擬輸出（電流或電壓模擬信號）第二節(jié)列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（TCMS）的冗余性及故障對策TCMS是一個智能單元，通過采集、傳輸信息和命令來管理列車上的大多數(shù)主要設備。為了保證列車上設備信息傳送的正確性，TCMS必須工作正確。因此，列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)重要部分采取冗余設計來優(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現(xiàn)。冗余管理依據(jù)冗余設備中對故障的辨識進行完全自動管理。對于列車認為是重要的信號通過遠程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Ｒ?、網(wǎng)關冗余性只有一個啟用，而另一個處于待機模式，并且可在已啟用的一個發(fā)生故障時立即自動開啟。這一轉換過程對應用而言是透明的。為對這種情況進行管理，網(wǎng)關的兩個部分通過一條內部串行總線（CAN）進行通信。同時還通過同一條串行線進行確定誰為主站、誰為從站的仲裁。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)絡配置MVBline“2”MVB1MVB2GATE1FAULTY網(wǎng)關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1故障二、MPU冗余性MPU的冗余類型為熱備冗余。兩個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。在故障情況下一個會自動接替另一個。同一總線上的所有設備均由同一MPU發(fā)送指令。當MPU1故障時，MPU2替代了MPU1作為MVB“1”和MVB“2”線上的主控制器。MPU1故障時的網(wǎng)絡配置三、RIOM冗余性為實現(xiàn)冗余功能，RIOM的輸出繼電器以并聯(lián)連接。當一個輸出出現(xiàn)故障時，其繼電器將被釋放。相應功能由冗余RIOM的輸出保證。最壞的情況可能是當電源故障或MVB接口故障時，在這種情況下，該RIOM的所有輸出繼電器均會被釋放。同樣在這種情況下相應功能也由冗余RIOM的輸出保證。四、監(jiān)視器冗余性（一）駕駛臺監(jiān)視器冗余性TS和TD互為冗余。當二者之一出現(xiàn)故障時，司機可以通過屏幕周圍的按鍵選擇作用模式（TS或TD），以便從另一個監(jiān)視器上獲取所有畫面及信息。此監(jiān)視器的冗余性不是自動實現(xiàn)的，需要司機干預。（二）本地監(jiān)視器冗余性由于車輛的診斷數(shù)據(jù)保存在MPU內存中，在本地監(jiān)視器出現(xiàn)故障時，可以使用駕駛臺的監(jiān)視器獲得故障監(jiān)視器的信息。本車監(jiān)視器不設冗余。五、中繼器冗余性只有一個啟用，而另一個處于待機模式，并且可在已啟用的一個發(fā)生故障時立即自動開啟。六、系統(tǒng)復位程序盡管系統(tǒng)可以自動地處理大量的故障，但是仍有些故障不能自動處理，這時可通過使用司機室內的復位按鈕對整個系統(tǒng)進行復位操作。七、故障對策TCMS（列車網(wǎng)絡控制系統(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監(jiān)視器和本地監(jiān)視器的功能。通過顯示器，乘務員獲得與各種列車設備狀態(tài)相關的信息，并能通過預置的列表手動排除故障?？筛鶕?jù)故障性質對其實施分類管理，并在司機和/或顯示器上提供必要的故障處理。第三節(jié)列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（TCMS）的功能與系統(tǒng)性能一、TCMS的功能TCMSexecutesitsownfunctionsbymeansof:TCMS通過下列方法執(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·

auxiliarypowersupplysystem輔助供電系統(tǒng)·

auxiliarypneumaticsystem輔助氣動系統(tǒng)·

signalling信號·

bogiemonitoring轉向架監(jiān)視·

passengersaloonairconditioning乘客客室空調·

driver’scabairconditioning司機室空調·

passengerinformationsystem乘客信息系統(tǒng)·

external(side)doors外部(側)門·

internaldoors內部門·

manmachineinterface(drivingdesk)人機接口(司機臺)·

diagnostic診斷司機臺狀態(tài)由TCMS通過RIOMs進行檢測，并且直接通過WTB/MVB網(wǎng)關輸出數(shù)字信號來執(zhí)行以下功能:－manageGatewaywake-upfromthestand-bystatuswhenthedeskkeyisactivated－當司機臺鑰匙激活時，將網(wǎng)關從待機狀態(tài)喚醒－TomanagetheTCNinaugurationsequenceandtheleadingvehicleelection－管理TCN初始化序列和頭車的選取

CAN節(jié)點TCMS管理CAN上的下列設備：Batterycharger電池充電器Toilet廁所Automaticcoupler自動車鉤PassengerInformationSystem乘客信息系統(tǒng)二、列車網(wǎng)絡控制系統(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:50ms～100ms響應時間(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）：600ms。第四節(jié)診斷系統(tǒng)

TCMS系統(tǒng)與不同車輛系統(tǒng)接口，并從每個車輛接收一組信息。信息的數(shù)量與系統(tǒng)的復雜性和獲取與處理診斷信息的容量有關。對于由微處理器控制的主要單元，對系統(tǒng)的每個部件的正確操作進行精確的分析，并將處理過的信息發(fā)送到命令、控制與診斷系統(tǒng)。而且，每個微處理器控制的功率單元具有啟動和運行自動測試功能，可以提供與各自電子板有關的診斷信息。診斷系統(tǒng)管理信息的方法：首先，對主要單元的故障狀態(tài)有關的信息進行分析；如果主單元工作，則對與其所管理的系統(tǒng)的主要單元接收的信息進行分析；如果主單元有故障，傳送所有系統(tǒng)故障信息，因為這些信息被認為是不可靠的，直到主單元中的故障被消除為止。

一、TCMS的主要的診斷項目1.列車的牽引、制動及控制系統(tǒng)的狀態(tài)；2.走行部件的安全性；3.旅客安全相關設施的狀態(tài)(如車門關閉狀態(tài)等)；4.各類電子電氣設備；5.影響列車正常運行和使用的其它設施狀態(tài)。具體系統(tǒng)如下:1.

防滑(WSP)2.

牽引3.

充電機4.

不間斷電源5.

空調6.

制動系統(tǒng)7.

壓縮機8.門9.廁所10.乘客信息系統(tǒng)11.TCMS12.列車系統(tǒng)（喪失冗余，特定系統(tǒng)中不包括的各種零部件）13.司機臺二、診斷系統(tǒng)的主要任務識別部件的偶發(fā)性故障；在部件故障時提供狀態(tài)數(shù)據(jù)及對策;記錄列車故障數(shù)據(jù)；為列車控制提供各相關部件的狀態(tài)。（一）司機診斷診斷信