列车总线控制基础(列车通信网络概述)
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模块8 列车网络控制系统认知《城市轨道交通电客车电气控制系统》教学课件
司机显示单元
二、列车网络控制系统的通信总线
1. MVB总线
MVB是多功能车辆总线的简称，属于现场总线，也 是工业控制的一种。城市轨道交通车辆通信网络分为两 级：列车控制级、车辆控制级。
MVB主要作为车辆级的通信总线。该总线使用双绞 线介质，将车辆上各个重要设备与车辆主机连接，如牵 引控制单元、辅助控制单元、制动电子控制单元等都通 过MVB总线与车辆控制单元进行通信传输控制、监测信 号等。
பைடு நூலகம்
DDU RIOM
司机显示单元 远程输入输出单
元
EVR ACE
PCE
事件记录器 辅助控制电子
牵引控制电子
ATC PIS LCD RIO
列车自动控制 乘客信息系统 液晶显示屏 输入输出阀
EDCU VAC GTW Smart
电子门控单元 空调通风 网关阀 智能阀
拓扑图中涉及的部件有MPU、DDU、ACE、PCE、RIOM、GTW、Smart、EDCU、PIS、VAC、EVR、ATC等。
城市轨道交通 电客车电气控制系统
✩精品课件合集
模第块X章8 列X车XX网X络控制系统认知
目录
任务一
列车网络控制 系统硬件、通 信总线认知
任务二
列车网络控制 系统拓扑结构
认知
列车网络控制系
01 统硬件、通信总 线认知
列车网络控制系统利用通信网络实现对车载设备的控制、 监控及故障诊断。它由微机单元利用相应总线通信来实现。 列车网络控制系统主要部件有车辆控制单元、网关、微处 理器单元、输入/输出模块、司机显示单元、冗余中继器等。
MPU TCMS的主处理单元，通过MVB总线与各子系统控制单元通信，完成对各子系统的控制、 监测和故障诊断等功能。
CRH3列车通信网络系统..
人机显示接口MMI
司机和列车乘务员的MMI是动车组车厢网络中最主要与 人进行交互信息的设备。它一方面接受来自MVB上的信息， 经过处理后通过显示界面必要的信息给相关人员，同时操作 者可根据操作要求通过操作MMI,把自己的意图和信息输入 到MMI中，经其处理后，将有关信息存储到本身的存储系统 中或是传到MVB网络上。同时，MMI负责整个动车组中心诊断。
从CCU运行和主CCU相同的程序，然而没有主动的过程 控制。从CCU监视主CCU的状态，并做好在主CCU发生故障时 接过主CCU的工作的准备。
在下列情况下，实施CCU故障转换： ➢ 完全闭锁/阻塞（如操作系统计算机时间监视器的激活） ➢ 主CCU重要部件（电源装置/中央处理器，I/O模块）故 障 ➢ 主CCU的MVB接口，或MVB总线管理器故障，或带有主控 CCU的MVB分 段故障作为主控CCU组成的网关故障 ➢ 司机室内CCU故障开关动作
WTB总线
WTB在线路连接上采用冗余的双线方案，节点同时向两 条线路发送相同的数据，但只从其中一条接受数据，该线为 信任线，同时节点监视另一线路，此线路为监视线。
WTB总线上的节点有主、从之分，作为主的节点可以按 照自己的需要发送数据，其它作为从的节点只有在被主要求 时才发送数据。
MVB总线
CRH3的车厢级通信网络采用MVB车辆总线，它的拓 扑结构是固定的，不能动态改变。在传输线路上采用两对屏 蔽双绞线用做为传输媒介，并且在车厢内分为两路冗余布线 。除端车外，每辆车都有一个MVB分段，并通过中继器连 接到整个MVB单元上，在端车有两个段，分别通过 两个中继器连入整个MVB单元。
CRH3中的卫生间控制系统，除控制本子系统内部电气 元件完成卫生间相应功能外，还与列车控制系统进行信息交 互。作为主的卫生间本身没有与MVB直接通信的能力，它通 过SIBAS®-KLIP连接到列车网络，将二进制的状态信息反馈 到列控系统，然后这些信息可以在列车员MMI上显示。这些 信息主要是：卫生间的错误信息、净水箱空故障信息、污水 箱满95%故障信息、卫生设施的加热系统温度过高、紧急呼 叫信息等。
列车通信网络标准TCN
19
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电 短 距 离 介 质 传 送 距 离 ≤ 20 米 ， 使 用 标 准 的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
双份物理介质
双绞线，RS-485（20米32设备）； 变压器隔离屏蔽双绞线（200米32设备）； 星型光纤网（2000米，2个设备）
双份物理介质
带16..32位前同步码的曼彻斯特编码
带定界符的曼彻斯特编码
1Mbit/s
1.5Mbit/s
8 bit地址
12 bit地址
点对点及广播
点对点及广播
在4--132个字节之间可变
26
ESD的接收器
接收器遵循ISO8482(RS-485)标准，约束条件为： a）根据不同的线路电压，接收器在其RxS输出上产
生两种不同的电平： • 当线路朝高电平驱动，如果电压差(Up - Un)大于
+0.200 V，则为高电平。 • 当线路朝低电平驱动或线路无驱动只有偏压存在
时，如果电压差(Up - Un)小于-0.200V，则为低电 平。 b）接收器至少应有0.050V的滞后，但不能大于 0.200V。 c）接收器在有RS-485规定的相对于Bus_GND线的 共模电压存在时，应能正确工作。
53
MVB介质分配（MAC）
MVB 由 单 个 主 设 备 控 制 ， 该 设 备 是 能 发 送 Master_Frames（主设备帧）的唯一设备，所有其 它的设备都是从设备，他们不能自发发送。
在持续几秒钟的一轮期间，可能有几个设备—— Bus_Administrators （ 总 线 管 理 器 ） —— 能 够 成 为主设备，但一次只能一个成为主设备。
MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电 短 距 离 介 质 传 送 距 离 ≤ 20 米 ， 使 用 标 准 的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
双份物理介质
双绞线，RS-485（20米32设备）； 变压器隔离屏蔽双绞线（200米32设备）； 星型光纤网（2000米，2个设备）
双份物理介质
带16..32位前同步码的曼彻斯特编码
带定界符的曼彻斯特编码
1Mbit/s
1.5Mbit/s
8 bit地址
12 bit地址
点对点及广播
点对点及广播
在4--132个字节之间可变
26
ESD的接收器
接收器遵循ISO8482(RS-485)标准，约束条件为： a）根据不同的线路电压，接收器在其RxS输出上产
生两种不同的电平： • 当线路朝高电平驱动，如果电压差(Up - Un)大于
+0.200 V，则为高电平。 • 当线路朝低电平驱动或线路无驱动只有偏压存在
时，如果电压差(Up - Un)小于-0.200V，则为低电 平。 b）接收器至少应有0.050V的滞后，但不能大于 0.200V。 c）接收器在有RS-485规定的相对于Bus_GND线的 共模电压存在时，应能正确工作。
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MVB介质分配（MAC）
MVB 由 单 个 主 设 备 控 制 ， 该 设 备 是 能 发 送 Master_Frames（主设备帧）的唯一设备，所有其 它的设备都是从设备，他们不能自发发送。
在持续几秒钟的一轮期间，可能有几个设备—— Bus_Administrators （ 总 线 管 理 器 ） —— 能 够 成 为主设备，但一次只能一个成为主设备。
列车总线控制基础(列车通信网络概述)
简化网络结构：一般将网络形式简化成线形；
简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2～3层；
简化节点信息，通常简化到只有几字节。
采用网络管理技术来实现实时性，并保证其可预知性。
例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模，就可以 将响应时间控制在指定的时间内。
总之，实时性要求是现场总线区别于一般计算机通信的主要 因素。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性 是现场总线的重要发展趋势。
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便
很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
大连交通大学
现场总线概述
2.现场总线的特点
现场总线控制系统结构
大连交通大学
现场总线概述
3.现场总线的特殊功能 (1)经济、安全、可靠地传输信息
还要增加到十二种类型
大连交通大学
现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。 但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
大连交通大学
现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信， 以体现其经济性； ②解决现场装置的总线供电问题，实现性现场总线的本质安 全规范，以体现其安全性； ③解决现场总线的环境适应性问题，如电磁干扰、环境温度 、适度、振动等因素，以体现其可靠性； ④现场仪表及现场控制装置要尽可能地就地处理信息，不要 将信息过多地在网络上往返传递，以体现现场总线技术发 展趋势——信息处理现场化。
列车通信网络技术ppt课件
20米，每段32个设备； 200米，每段32个设备；
2000米；
备份的物理层介质（同步发送）
曼切斯特编码，9个比特源分界符
1.5Mbit/s
12 位设备地址；0..255留给带消息数据的设备 12 位逻辑地址用于过程数据（每个为16..256 位）
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MVB传送三类数据： ● 过程数据（Process_Data）：源地址数据的周期性广播，
过程数据是由发行者设备发送至多个用户设备的广播数 据，并由他们的逻辑地址来标识，这种类型的传送称为源寻 址广播。
18
2、消息数据：
消息是冗长但不频繁传输的数据，消息的长度在几 个字节到几千个字节之间。为了传输较大的消息数据， 可以将消息分成小的包，这些包分别编号并由目的站确 认。
消息数据是从一个源设备发送到一个目标设备或是 同一总线上的所有设备的面向目标的数据。消息数据是 有需要时才传送的。
WTB 特性摘要表：
12
它有一个段是朝向列车中间，
WTB 采用屏另端蔽一节双段点绞是电朝气线向上，敞用开与信的它号端连传部接。的输速度１Mbit/s。采 用规定型号的电缆端，接器可来互终连止两最个多总线32不同车辆上的电缆节链连接接而两成个总。线
整个列车的组成可以灵活多样，一节车厢内可以
有一条或多条车辆总线，也可以没有;车辆总线也
可以在固定编组的情况下跨接几节车厢。如果整
列车是固定编组，则列车并不需要对节点进行连
续编号，这时车辆总线可以起到列车总线的作用。
5
列车总线和多功能车辆总线
• 列车总线（Wire Train Bus,简称WTB）贯 穿整列车，连接列车中的各个车辆总线； WTB总线能自己组态，传输速率可达 1.0Mbit/s，介质为双绞屏蔽线。
列车通信网络
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车厢总线MVB
车厢总线用于将一个车厢内或不可分的车厢组内 的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于16ms；
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MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电短距离介质传送距离≤20米，使用标准的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
列车通信网络
Train_Communication_Network，TCN
1
定义列车网络层次结构
列车运行自动控制
列 车 总 线
列车故障诊断
机车控制
车
车厢控制1。。 。
车 厢 总 线
车厢控制N
车 厢 总 线
牵引控制
制动控制 辅助控制 车速测量
厢 总 线
车门控制
空调控制 供电控制 轴温检测 制动控制
2
TB
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T 3035-2002
列车通信网络 Train Communication Network
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
7
IEEE1473允许协议设计组合
车厢总线非时 间严格型 T型 L型 L型 车厢总线 时间严格型 T型 T型 L型
51
监督数据(Supervisory_Data) 报文 • Supervisory_Data帧是对F_code＝8、9、13、 14或15的Master_Frame的响应。其长度总是16 bits。
车厢总线MVB
车厢总线用于将一个车厢内或不可分的车厢组内 的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于16ms；
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MVB物理层
MVB提供三种不同的物理介质，它们以相同速率 运行： 电短距离介质传送距离≤20米，使用标准的 RS-485收发器，每段最多支持32个设备。 电中距离介质传送距离≤200米，每段最多支 持32个设备，屏蔽双绞线，变压器隔离； 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下 最大距离2000米。
列车通信网络
Train_Communication_Network，TCN
1
定义列车网络层次结构
列车运行自动控制
列 车 总 线
列车故障诊断
机车控制
车
车厢控制1。。 。
车 厢 总 线
车厢控制N
车 厢 总 线
牵引控制
制动控制 辅助控制 车速测量
厢 总 线
车门控制
空调控制 供电控制 轴温检测 制动控制
2
TB
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T 3035-2002
列车通信网络 Train Communication Network
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
7
IEEE1473允许协议设计组合
车厢总线非时 间严格型 T型 L型 L型 车厢总线 时间严格型 T型 T型 L型
51
监督数据(Supervisory_Data) 报文 • Supervisory_Data帧是对F_code＝8、9、13、 14或15的Master_Frame的响应。其长度总是16 bits。
列车通信网络技术
2.对设备的编址
• 连接到总线上的器件称为设备，设备由设备地址来标 识。车辆总线最多可以寻址4096个设备，所以在车辆总线 上用12位的设备地址。列车总线上的设备地址为8位，其 中低6位是节点地址，因为连接到列车总线上的设备只有 节点，连接到多条总线上的设备对每条总线可以有不同的 设备地址。 • 一些特殊的设备，例如中继器，因为它仅仅参与物理层的 工作，所以没有设备地址。设备地址0用来标识本地链路 层，最高的设备地址（例如8位的设备地址11111111B）表 示对总线上的所有设备的广播，这两个地址都不能分配给 某个特定的设备。
WTB 特性摘要表：
它有一个段是朝向列车中间， 另一段是朝向敞开的端部。 WTB 采用屏蔽双绞线，信号传输速度１ Mbit/s 。采 端节点电气上用与它连接的 端接器来终止两个总线节以 用规定型号的电缆，可互连最多 32 个节点，长度最长至 减少反射。
860m。WTB 介质是由不同车辆上的电缆节链接而成。 连接两个总线
5.端口地址
因为过程变量很小，为了提高传输效率，将多个过程变 量放在一个过程数据帧中传输，这些过程变量构成了一个数 据集。列车通信网中的设备都提供一个或多个通信存储器来 存储数据集。通信存储器可以由网络和用户共同访问。一个 设备中最多可以有16个通信存储器。通信存储器用4位的通 信存储器标识符来标识，每个通信存储器包含多个端口，端 口是一种共享的内存结构，数据集存储在端口中．每个端口 只存储一个数据集。一个通信存储器最多可有4096个端口， 所以每个端口用一个12位的端口地址来标识。
址广播。
2、消息数据：
消息是冗长但不频繁传输的数据，消息的长度在几
个字节到几千个字节之间。为了传输较大的消息数据， 可以将消息分成小的包，这些包分别编号并由目的站确 认。 消息数据是从一个源设备发送到一个目标设备或是
列车通讯网络简介
列车通讯网络简介列车通讯网络简介1 引言国际电工委员会(IEC)第9技术委员会(TC9),委托由来自20多个国家(如中国、欧洲国家、日本和美国,它们代表了世界范围的主要铁路运用部门和制造厂家)以及UIC(国际铁路联盟)的代表组成的第22工作组(WG22),为铁路设备的数据通信制定一项标准。
车载设备数据通信的国际标准化,不仅在车辆级,而且在列车级都是必需的。
在列车级,由几个国家的客车组成的国际列车组,或在营业服务时其组成变化的国内列车组或市郊列车组,需要一个标准的数据通信,用于列车控制、诊断和旅客信息。
为此,WG22对绞线式列车总线作了规定(图1)。
图1 列车总线在车辆级,设备的标准配件适用于3种用户:1）制造厂装配的已预测试的部件,例如车门。
这些部件由分承包商制造并包含有他们各自的计算机。
2）设备供应商必须与不同的装配商接口,总希望通过遵循一项标准以减少开发费用。
3）运用部门总希望减少备件,并使维护和零件替换简化。
为了简化子系统的装配、调试和再次使用,WG22对MVB(多功能车辆总线)作了规定,如图2所示。
图2 车辆总线2总体结构列车通信网络(TCN)寻址各铁路车辆中所有相关的拓扑结构。
它包含两级:连接各车辆的列车总线和连接一节车辆内或车辆组各设备的车辆总线(图3)。
图3 列车通信网络一节车辆可以有1条或几条车辆总线,也可以没有。
车辆总线可以跨越几节车辆,例如在集中运输列车组(多单元)的情况下,列车组在运行时是不分离的。
在固定编组的列车组中,列车总线并不需要对节点进行连续编号,车辆总线可以起到列车总线的作用(图4)。
图4 几种列车组中的车辆总线为适应客车和设备的多样性,TCN对于消息数据采用逻辑地址,以期列车总线的每个节点支持多个应用功能(图5)。
图5 应用的功能这些功能可由1个或几个设备,或由列车总线节点本身来完成。
1个设备可以完成几种功能。
从外部来看,就象节点本身在完成所有的功能。
经由车辆总线实现的通信功能也是一样:应用不需要知道其他功能位于何处。
列车网络控制技术-复习打印版教材
列车网络控制技术
四、列车网络技术应用现状
现代列车控制系统主要是基于网络技术的控制系统，比如 Siemens的SIBAS 32铁路自动化系统、ADtranz公司(现已被 Bombardier 公 司 收 购 ) 的 MITRACR 列 车 通 信 和 控 制 系 统 、 Alstom公司的A- GATER控制系统以及日本三菱、东芝公司的 TCMS 列车控制监视系统。
列车网络控制技术
三、信号的传输方式
1.串行和并行：按每次传送的数据位数，传输方式可分为：并行传
输和串行传输两种。
并行道串行
8
的转换
7
接
收
设
串行到并行
备
的转换
3
6
发
5
送
4
设
3
备
2
2
1
4 5 6 78
1
数据线
数据位 8
7
6
接
5
发
收
4
送
设 备
3
设 备
2
1
校验
2.异步传输和同步传输
在串行通信中，数据是一位一位依次传输的，同步问题尤为重
特点：
① 可以克服奇偶监督码不能发现偶数个差 错的缺点；
② 常用于纠正突发性出错，但长度有限； ③ 可使误码率降到原来的1%～0.01%； ④ 不能纠正差错数正好是4的倍数，求位置 在矩形的4个角的差错。
XX X X X X X X X XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
r位二进制检验码(序列)，从而构成一个总长为n＝k＋r位的二进制序列； 附加在数据序列之后的这个检验码与数据序列的内容之间存在着某种 特定的关系。如果因干扰等原因使数据序列中的某一位或某些位发生 错误，这种特定关系就会被破坏。因此，通过检查这一关系，就可以 实现对数据正确性的检验。
列车网络控制技术(1)
网关
车辆总线
网关
车辆总线
控制 控制 单元1 单元2
控制 单元n
控制 控制 单元1 单元2
控制 单元n
控制 控制 单元1 单元2
控制 单元n
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列车网络控制技术
三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势
2、对列车通信网的要求
（1）实时性； （2）协议简单性； （3）短帧信息传送； （4）信息交换的频繁性、网络负载的稳定性； （5）较高的安全性、容错能力； （6）低成本需要。 列车通信网络是用于列车这一流动性大、环境恶劣、可靠性要求高 、实时性强、与控制系统紧密相关的特殊的计算机网络。
7
列车网络控制技术
三、列车通信网络的构成、特点及发展趋势
3、列车通信网的特点
EC/TC9/WG22在制订了TCN标准时，首先考虑的是用户，特别是UIC 的需求。现有的一些解决方案如Profibus、Lonworks、Bitbus、CAN等 由于其开发商不愿意公开其协议，或实时性、可靠性、确定件不能满足要 求而被一一否定。更重要的是标准要建立在已被实践验证的技术的基础上 ，并能得到大部分铁路公司的支持。 TCN最终被定位于由绞线式列车总线（WTB）连接多功能车辆总线（ MVB）的二层拓扑结构。车辆总线以MICAS车辆总线MVB为基础，而列车 总线以DIN43322、CD4500的运用经验为基础。 列车总线上的报务可以分为远程控制、诊断和旅客服务信息。 为了不同来源的车辆能够相互通信，UIC556规定了在WTB上传输的数 据及其格式。 为了来自不同的部件供应商的设备具有互换性，设立了铁路开放系统互 连网络（ROSIN）。
9
3
列车网络控制技术
二、国内外列车控制系统的现状与发展
1988年IEC第9 技术委员会TC9成立了第22工作组WG22，其任务 是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂 ，车上的可编程电子设备能够互换。 1992年6 月, TC9WG22以委员会草案CD（committee Draft）的形 式向各国发出列车通信网TCN（Train Communication Network）的 征求意见稿。该稿分成4个部分：第1 部分-总体结构，第2 部分-实时协 议，第3 部分-多功能车辆总线MVB，第4部分-绞式列车总线WTB。 1994年5 月至1995年9 月，欧洲铁路研究所（ERRI）耗资300万美 元，在瑞士的Interlaken至荷兰的阿姆斯特丹的区段，对由瑞士SBB、 德国DB、意大利FS、荷兰NS的车辆编组成的运营试验列车进行了全面 的TCN试验。 1999年6 月，TCN标准草案正式成为国际标准，即IEC61735。
列车通信网络简介及检测应用
钱宽洪李秀琴滕衍靓中车南京浦镇车辆有限公司摘要：本文介绍一般轨道交通列车的网络组成，并使用FLUKE网络测试仪测试网络性能的方法，同时列举网络系统的一些典型故障并做简要分析。
关键词：列车通信网络、网络测试仪、故障分析第1页，共2页引言随着经济的发展、科技的进步，国内越来越多的城市都在发展轨道交通系统，以期缓解日益严重的交通压力。
在轨道交通列车上，存在着用以进行设备控制和旅客服务的大量信息。
由于这些信息的数量和种类在不断增长，迫切需要一种大容量、高速度的信息传输系统。
为满足上述要求，列车通信网络（TCN，Train Communication Network）应运而生。
一、列车通信网络简介列车通信网络是面向控制的一种连接车载设备的数据通信系统，是分布式列车控制系统的核心组成部分，它以计算机网络为核心，把计算机技术、控制技术、设备故障诊断技术、网络通信技术紧密结合起来，它将整个列车微机控制系统的各层次及各层次各单元之间连接起来，作为系统信息交换和共享的渠道，实现全列车环境下的信息交换。
列车通信网络通常采用分层结构，根据列车控制的特点分为上下两层，即列车总线和车辆总线。
列车总线连接不同车辆（单元）中的网络节点（网关），车辆总线连接同一车厢或固定车组内部各种可编程终端装置。
列车总线和车辆总线是两个独立的通信子网，可采用不同的网络协议，通过一个列车总线节点（网关）互连。
在应用层的不同总线之间通信时，由此节点充当网关。
在车辆总线下扩展第3级总线即设备总线时，如连接传感器的总线或连接执行单元的控制总线，它们可作为车辆总线的设备连接到车辆总线上。
列车通信网络的拓扑结构如图1所示。
图1 列车通信网络拓扑结构以上结构并不是绝对的，整个列车网络的组成可以灵活多样。
一节车厢内可以有一条或多条车辆总线，也可以没有；车辆总线亦可以在固定编组的情况下跨接几节车厢，如果整列车是固定编组，列车总线并不需要对接点进行连续编号，这时车辆总线可以起到列车总线的作用。
1.3-列车网络控制系统概述.ppt
二、列车网络控制技术的发展
1.3 列车网络控制系统概述
• 计算机在轨道交通工具上的应用随着20世纪70年代后期微处理器技术的普 及而迅速发展。微处理器开始主要应用于机车车辆单个设备的控制，如西门 子、BBC于80年代初把8086微处理器应用于机车或动车的传动控制。
• 随着计算机技术的发展，机车车辆上微机控制的服务对象逐渐增多，如牵 引、供电、制动等系统都广泛应用到了计算机技术。因此，列车控制系统引 人了层次划分的思想，产生了基于串行通信的用于较为独立的控制设备或层 次间信息交换的总线与企业标准，如BBC的连接机车控制层与传动控制层的 串行控制器总线，该总线后来发展成为用于连接机车内的所有智能设备的 MICAS车辆总线，简称MVB。
B (Mp)
C (M)
Fuse Box
IES WOS
PCE
IES
PCE
AUX. HV BUS .
城轨车辆网络控制系统
一、列车网络控制系统的功能
• 2、中低压管理
A (Tc)
B (Mp)
1.3 列车网络控制系统概述
C (M)
中压 中压 中压
中压
ACE
负载 负载 负载
中压 负载
中压 负载
中压 负载
中压 负载
• （1）模式开关（自动，由TCMS 管理。有停止、完全制冷、不完全制 冷、制热、通风模式）。
• （2）温度开关，只要当模式开关为自动（19到27度）时才可用。
• TCMS监视每辆车的HVAC状态（良好、故障、维护中、故障）、在 DDU上的舒适度图标。空调管理也通过ACE由TCMS进行管理。
城轨车辆网络控制系统
城轨车辆网络控制系统
1.3 列车网络控制系统概述
列车网络控制技术基础
• 网络协议是公开的
• 连接在网络上的设备不一定是一个厂家的 产品
1.7 网络体系
1 网络基本概念
• Internet 国际互连网 ——— 全球性
• Intranet 企业网 ——— 安全性
• 现场总线 控制网络 ——— 实时性
1.8 列车网络的层次结构
1 网络基本概念
网关
车辆总线 控制 控制 控制
环境温度 (oC) 25
1 网络基本概念 1.6.1.1 网络的资源共享（续）
客车 客车 客车 客车 客车 客车 客车 全列
→
1
2
3
4
5
6
7
客车
开左 前门
开左 后门
开右 后门
开右 前门
关门
←
DC600V Ⅰ路供
电
DC600V Ⅱ路供
电
DC600V Ⅰ路断
电
DC600V Ⅱ路断
电
开废 排
关废 排
↓
开全 开半 开侧 开应急 关全 关半 关侧 关应急
双绞线或光纤
操作 通信
可靠性
列车总线: 在１秒内自动配置，并具有左右方向识别功能
• 时间紧急的短的过程数据 (牵引控制，列车控制,...) 周期性传送 列车总线上点到点的传输延迟 <100 ms , 车辆总线上相应的传输延迟 <50 ms.
• 时间上不太紧急的消息数据 (诊断, 旅客信息,...) 根据需要来传送 点到点的传输具有可靠的流控制和故障恢复能力
星形拓扑
1 网络基本概念
环形拓扑
总线拓扑
1 网络基本概念
1.4.1 网络拓扑（续）
树形拓扑
自由拓扑
1 网络基本概念
• 连接在网络上的设备不一定是一个厂家的 产品
1.7 网络体系
1 网络基本概念
• Internet 国际互连网 ——— 全球性
• Intranet 企业网 ——— 安全性
• 现场总线 控制网络 ——— 实时性
1.8 列车网络的层次结构
1 网络基本概念
网关
车辆总线 控制 控制 控制
环境温度 (oC) 25
1 网络基本概念 1.6.1.1 网络的资源共享（续）
客车 客车 客车 客车 客车 客车 客车 全列
→
1
2
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5
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7
客车
开左 前门
开左 后门
开右 后门
开右 前门
关门
←
DC600V Ⅰ路供
电
DC600V Ⅱ路供
电
DC600V Ⅰ路断
电
DC600V Ⅱ路断
电
开废 排
关废 排
↓
开全 开半 开侧 开应急 关全 关半 关侧 关应急
双绞线或光纤
操作 通信
可靠性
列车总线: 在１秒内自动配置，并具有左右方向识别功能
• 时间紧急的短的过程数据 (牵引控制，列车控制,...) 周期性传送 列车总线上点到点的传输延迟 <100 ms , 车辆总线上相应的传输延迟 <50 ms.
• 时间上不太紧急的消息数据 (诊断, 旅客信息,...) 根据需要来传送 点到点的传输具有可靠的流控制和故障恢复能力
星形拓扑
1 网络基本概念
环形拓扑
总线拓扑
1 网络基本概念
1.4.1 网络拓扑（续）
树形拓扑
自由拓扑
1 网络基本概念
列车通讯网络
列车通信网络 Train Communication Network
2002-02-09发布 2002-07-01实施 中华人民共和国铁道部发布
IEEE1473允许协议设计组合
组合 车厢总线 非时间严格型 T型 L型 L型 L型 车厢总线 时间严格型 T型 T型 L型 L型 列车总线
I II III IV
F_code（功能码）
报文类型 16位过程数据请求帧 32位过程数据请求帧 64位过程数据请求帧 128位过程数据请求帧 256位过程数据请求帧 (保留) (保留) (保留) 主设备权传送请求帧 总体事件请求帧 (保留) (保留) 256位消息数据请求帧 组事件请求帧 单事件请求帧 设备状态请求帧
便 携 式 测试工具
控 制 I/O 处理器 AMS总线
电空制动 控制器
制动总线
倾摆 控制
LON
LON
倾摆总线
客车的网络拓扑结构
西门子公司：位于爱尔兰根的Siemens AG与德国Adtranz（柏林） 一起生产牵引电气设备及铁路车辆。西门子生产的列车通信网络设 备，主要是基于其车载微机SIBAS的WTB和MVB的各类网卡和输入 输出接口卡。
车厢总线(Multifunctional Vehicle Bus, MVB) 车厢总线用于将一个车厢内或不可分的 车厢组内的设备连接起来： • 车厢总线允许设备的安装间距在200米以 内； • 车厢总线至少支持256个设备； • 车厢总线在最差情况下的响应时间低于 16ms；
• MVB物理层 MVB提供三种不同的物理介质，它们以相 同速率运行： • 电短距离介质传送距离≤20米，使用标 准的RS-485收发器，每段最多支持32个 设备。 • 电中距离介质传送距离≤200米，每段最 多支持32个设备，屏蔽双绞线，变压器 隔离； • 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点 方式下最大距离2000米。
CHR5列车通讯网络TCMS
9
列车控制与监控系统
一、概述
5. 列车通信网络拓扑结构
列车总线WTB
网关 车内设备
网关
车辆总线MVB
车辆总线MVB
列车通信网络包括:
• 连接各个单元的列车总线
• 连接单元车辆内设备的车辆总线
• 列车总线和车辆总线通过网关连接起来
网关
车辆总线MVB
10
二、 列车通信网络工作原理
1. 车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)
• OGF 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下最大距离2000米。
不同的介质间通过耦合器连接 设备
星耦器
光纤
耦合器
光纤
双绞线部分
传感器
13
二、 列车通信网络工作原理
1. 车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)
2）MVB传送三类数据：
1）过程数据（Process_Data） 过程数据表示高速列车状态，如列车速度、电机电 流等。过程数据是短促而紧急的，它们的传输时间
（2）1992年6月，国际电工委员会IEC以草案的形式向各国发出列车通 信网络TCN征求意见稿，总体结构把列车通信网络定为由多功能车辆 总线MVB和绞线式列车总线WTB组成。
（3）1999年6月，TCN标准草案正式成为国际标准，国际上一些大的铁 路公司（如德国的Siemens公司、瑞典的Adtranz公司（已被庞巴迪收并） ）推出符合TCN标准的列车通信网络产品
列车控制与监控系统
(Train Control and Monitor System，TCMS)
列车控制与监控系统
一、概述 二、列车通信网络工作原理 三、200km/h动车组列车通信网络拓扑结构 四、200km/h动车组列车通信网络控制、监测与故障诊断
列车控制与监控系统
一、概述
5. 列车通信网络拓扑结构
列车总线WTB
网关 车内设备
网关
车辆总线MVB
车辆总线MVB
列车通信网络包括:
• 连接各个单元的列车总线
• 连接单元车辆内设备的车辆总线
• 列车总线和车辆总线通过网关连接起来
网关
车辆总线MVB
10
二、 列车通信网络工作原理
1. 车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)
• OGF 光学玻璃纤维介质，星型连接或点到点方式下最大距离2000米。
不同的介质间通过耦合器连接 设备
星耦器
光纤
耦合器
光纤
双绞线部分
传感器
13
二、 列车通信网络工作原理
1. 车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)
2）MVB传送三类数据：
1）过程数据（Process_Data） 过程数据表示高速列车状态，如列车速度、电机电 流等。过程数据是短促而紧急的，它们的传输时间
（2）1992年6月，国际电工委员会IEC以草案的形式向各国发出列车通 信网络TCN征求意见稿，总体结构把列车通信网络定为由多功能车辆 总线MVB和绞线式列车总线WTB组成。
（3）1999年6月，TCN标准草案正式成为国际标准，国际上一些大的铁 路公司（如德国的Siemens公司、瑞典的Adtranz公司（已被庞巴迪收并） ）推出符合TCN标准的列车通信网络产品
列车控制与监控系统
(Train Control and Monitor System，TCMS)
列车控制与监控系统
一、概述 二、列车通信网络工作原理 三、200km/h动车组列车通信网络拓扑结构 四、200km/h动车组列车通信网络控制、监测与故障诊断
动车组网络控制系统概述
监视器的信息。本车监视器不设冗余。
五、中继器冗余性
只有一个启用，而另一个处于待机模式，并且 可在已启用的一个发生故障时立即自动开启。
六、系统复位程序
尽管系统可以自动地处理大量的故障，但是仍有些故障不 能自动处理，这时可通过使用司机室内的复位按钮对整个 系统进行复位操作。
七、故障对策
TCMS（列车网络控制系统）均有故障自诊断、保存故障信息、 必要的故障自排除及重要故障信息传送到司机监视器和本地监视 器的功能。 通过显示器，乘务员获得与各种列车设备状态相关的信息，并能 通过预置的列表手动排除故障。 可根据故障性质对其实施分类管理，并在司机和/或显示器上提 供必要的故障处理。
23:28:39
四、监视器冗余性
（一）驾驶台监视器冗余性 TS和TD互为冗余。当二者之一出现故障时，司机可以通过屏幕 周围的按键选择作用模式（TS或TD），以便从另一个监视器上 获取所有画面及信息。 此监视器的冗余性不是自动实现的，需要司机干预。
（二）本地监视器冗余性
由于车辆的诊断数据保存在MPU内存中，在本地监 视器出现故障时，可以使用驾驶台的监视器获得故障
二、 中继器
中继器是一种主要为硬件的专用设备，用于扩展 MVB在长度和节点方面的容量。事实上，通过中继 器连接的MVB总线的两个不同区段在MPU层次上 看来只是一个有32+32个节点、200+200米长的一 条MVB总线。中继器引起的数据传输延时非常微小。
三、监视器
（一）司机台监视器 驾驶台上有2个分别名为TS和TD的监视器。 监视器为彩色TFT显示器。 屏幕尺寸为10.4英寸，其分辨率为800 x 600（SVGA）。 监视器带有加热器和风扇，可在低和高环境温度下使用。 监视器具备“节电”模式功能，可以延长寿命。 监视器所使用的语言为中文。
五、中继器冗余性
只有一个启用，而另一个处于待机模式，并且 可在已启用的一个发生故障时立即自动开启。
六、系统复位程序
尽管系统可以自动地处理大量的故障，但是仍有些故障不 能自动处理，这时可通过使用司机室内的复位按钮对整个 系统进行复位操作。
七、故障对策
TCMS（列车网络控制系统）均有故障自诊断、保存故障信息、 必要的故障自排除及重要故障信息传送到司机监视器和本地监视 器的功能。 通过显示器，乘务员获得与各种列车设备状态相关的信息，并能 通过预置的列表手动排除故障。 可根据故障性质对其实施分类管理，并在司机和/或显示器上提 供必要的故障处理。
23:28:39
四、监视器冗余性
（一）驾驶台监视器冗余性 TS和TD互为冗余。当二者之一出现故障时，司机可以通过屏幕 周围的按键选择作用模式（TS或TD），以便从另一个监视器上 获取所有画面及信息。 此监视器的冗余性不是自动实现的，需要司机干预。
（二）本地监视器冗余性
由于车辆的诊断数据保存在MPU内存中，在本地监 视器出现故障时，可以使用驾驶台的监视器获得故障
二、 中继器
中继器是一种主要为硬件的专用设备，用于扩展 MVB在长度和节点方面的容量。事实上，通过中继 器连接的MVB总线的两个不同区段在MPU层次上 看来只是一个有32+32个节点、200+200米长的一 条MVB总线。中继器引起的数据传输延时非常微小。
三、监视器
（一）司机台监视器 驾驶台上有2个分别名为TS和TD的监视器。 监视器为彩色TFT显示器。 屏幕尺寸为10.4英寸，其分辨率为800 x 600（SVGA）。 监视器带有加热器和风扇，可在低和高环境温度下使用。 监视器具备“节电”模式功能，可以延长寿命。 监视器所使用的语言为中文。
列车网络控制技术(2)
2
列车网络控制技术
一、总线的基本术语
总线与总线段：总线就是传输信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连
接与操作方式。一组设备通过总线连在一起称为“总线段”（bus segment）。 可以通过总线段相互连接把多个总线段连接成一个网络系统。 总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”（bus master）。即是说，主设备具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。
绝0 对 码 差 分 码
1 1 0 0 1 0 1
10
列车网络控制技术
二、数据编码
曼彻斯特编码（manchester Encoding）：这是一种常用的基带信号
编码。它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。 在曼彻斯特编码中，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一个比 特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间段传送比 特值取反码，后半个时间段传送的是比特值本身。可见在一个时间段内，其中 间点总有一次信号电平的变化。因此携带有信号传送的同步信息而不需另外传 送同步信号。
（a） （b） （c） 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0
原始信号 监控调幅后信号
监控调频后信号
（d）
图 2-6 三种模拟数据编码调制后的信号波形
键控调相后信号
12
列车网络控制技术
三、通信统的性能
通信的任务是传递信息，因而信息传递的有效性和可靠性是通信系 统最主要的质量指标。有效性是指所传输信息的内容多少，而可靠性是 指接收信息的可靠程度。 二进制信号的信息速率用每秒比特（bps）作单位，常称为比特率 。如比特率为9600bps，意谓着每秒可传输9600个二进制脉冲。当信 道一定时，信息速率越高，有效性越好。 误码率是衡量数字通信系统可靠性的指标。它是指二进制码元在
列车通信网络
43
介质冗余
44
光纤介质冗余
45
主设备权的转移
令牌传送算法 ：
46
MVB链路层
一次传输包括两种类型帧： • 主设备帧（Master_Frame），只由总线主设备生成； • 从设备帧（Slave_Frame），由从设备在响应主设备帧 时发送。 • 一个主设备帧及相应从设备帧共同形成一个报文：
47
25
ESD的接收器
接收器遵循ISO8482(RS-485)标准，约束条件为： a）根据不同的线路电压，接收器在其RxS输出上产 生两种不同的电平： • 当线路朝高电平驱动，如果电压差(Up - Un)大于 +0.200 V，则为高电平。 • 当线路朝低电平驱动或线路无驱动只有偏压存在 时，如果电压差(Up - Un)小于-0.200V，则为低电 平。 b）接收器至少应有0.050V的滞后，但不能大于 0.200V。 c）接收器在有RS-485规定的相对于Bus_GND线的 共模电压存在时，应能正确工作。
13
TCN的主要内容如下表
14
特征
结构 介质
绞线式列车总线WTB
结构可变，构成改变时，具有自适应性 屏蔽双绞线（860米，32个节点，相当于 22个UIC车厢）
多功能车厢总线MVB
结构及设备的地址固定不变 双绞线，RS-485（20米32设备）； 变压器隔离屏蔽双绞线（200米32设备）； 星型光纤网（2000米，2个设备） 双份物理介质 带定界符的曼彻斯特编码 1.5Mbit/s 12 bit地址 点对点及广播 量化的：16，32，64，128或者256 bits IEC60870 校验序列及帧尺寸校验
5
列车通信网络的特点
工作环境恶劣，可靠性要求高； 控制操作实时性（时间确定性）要求高； 列车组成的动态性；
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现场总线概述
2.现场总线的特点
开放式系统
➢ 通信协议一致公开，任何人、任何单位均可采用 ➢ 不同厂家的设备遵守相同的技术规范 ➢ 不同厂家的设备可实现信息互访 ➢ 用户可按需要，任意选用现场总线设备 ➢ 不同设备之间可实现资源共享 ➢ 与其他网络（如互联网）相联，可实现网络与数据库共
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列车网络特点
列车控制网络的特点
➢ 工作环境恶劣，可靠性要求高； ➢ 实时性（时间确定性）要求高； ➢ 列车组成的动态性（自动组网）。
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列车网络的层次结构
网关
车辆总线 控制 控制 控制
单元1 单元2 单元n
控制器总线
传感器
控制器
列车总线
网关
网关
车辆总线 控制 控制
单元1 单元n
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
➢ 布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便 ➢ 很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
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现场总线概述
2.现场总线的特点
现场总线控制系统结构
大连交通大学
现场总线概述
3.现场总线的特殊功能
(1)经济、安全、可靠地传输信息
➢ 经济性 • 信息、电源同时传输 • 介质廉价
➢ 安全性 • 解决防爆问题
➢ 可靠性 • 电磁、气候、机械环境适应性
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现场总线概述
3.现场总线的特殊功能
(2)正确使用所传信息
➢ 可互操作性：不同厂家的设备相互理解所传信息
(3)及时处理所传信息
➢ 信息处理现场化，避免信息在网络上过多传输
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列车总线通信任务
诊断计算机
列车服务员
司机室
机车
客车
客车
具有司机室的客车
列车总线上不同类型的通信主要用于:
1) 控制
牵引控制: 车辆控制:
2) 故障诊断
设备故障, 维修信息
3) 状态信息查询
设备运行及状态
远程, 重联牵引,... 灯, 门, 加热, 倾摆, ...
4) 旅客信息
预报下一站, 故障, 线路. 预定座位等
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现场总线概述
1. 现场总线的概念
➢ 是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制 系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
网
包括PLC以及各种智能化的现场控制设备
络 节
基于统一、规范的通信协议
点
通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享
网
位于 生产控制 的底层
络
网络结构
体
系
通信总线在现场设备中的延伸
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现场总线概述
2.现场总线的特点
全数字通信
➢ 抗干扰能力和传输精度得到显著提高
—信号的检错、纠错机制得以实现
➢ 可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈
—现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类 型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过 一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央 控制器等。
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现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。
但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
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现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信，
➢ 为系统集成的自主性提供了产品保障
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现场总线概述
2.现场总线的特点
分散控制
现场设备的智能化与功能自治性：它将传感测量、补偿 计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成 ，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随 时诊断设备的运行状态。
由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得 现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构 。
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现场总线概述
2.现场总线的特点
对环境的高度适应
➢ 专为现场环境设计 ➢ 可支持多种传输介质
—双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等
➢ 可两线制供电 ➢ 支持本质安全与防爆
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现场总线概述
现场总线是多分支结构，其网络拓扑可为总线型、星型 、树形等多种形式，以总线型为主。
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线近年来成为控制领域的研究热点 ➢ 各国投入巨额资金与人力在开发这一技术，形成了企业、
国家、国际标准（欧洲、北美、亚洲、中国），呈现百花 齐放的现状。最后，通过妥协，现场总线技术出现了协调 共存、共同发展的局面 ➢ 现场总线国际标准IEC61158包含了八种类型，据说可能还 要增加到十二种类型
享
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现场总线概述
2.现场总线的特点
互可操作
➢ 不同设备间，除了能实现信息互访外，还能理解信息的含 义，并能根据信息要求进行操作
➢ 即某厂家生产的设备能够对另一个厂家的设备进行控制和 操作
➢ 不同厂家的相同类型的设备可以互相替换
➢ 可统一组态，无需专用的驱动程序
➢ 解决了设备的垄断性和产品故障处理的时效性
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现场总线概述
4.现场总线的网络结构
➢ 线状（总线、菊花链型）、星型、树型 ➢ 以线状结构为多
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线技术产生于二十世纪八十年代 ➢ 是为满足日益急迫的企业综合自动化的需求 • 开放性 • 通用性 • 可靠性 ➢ 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础
车辆总线 控制 控制
单元n 单元1
网关
车辆总线 控制 控制 控制
单元n 单元2 单元1
控制器总线
传感器
控制器
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常见的列车通信网络
• 1、现场总线 • 2、TCN • 3、工业以太网
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现场总线
• 1、定义
• 2、组成 • 3、特点
1）全数字通信 2）系统的开放性 3）互可操作性 4）通信的实时性与确定性 5）功能自治性 6）现场环境的适应性 4、优缺点 5、与计算机通信的区别
列车总线控制基础
课程的基本内容
第1章 绪 论 第2章 网络与通信基础 第3章 微机控制基础 第4章 列车通信网络 第5章 CRH系列动车组网络控制系统 第6章 列车自动运行控制系统
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列车通信网络的定义
列车通信网络是一个安装在列车上的计算机局域网络系统，负 责对整列车各部分信息的采集与传递，对整列车进行控制、监 测、故障诊断以及为旅客提供信息服务。
现场总线概述
2.现场总线的特点
开放式系统
➢ 通信协议一致公开，任何人、任何单位均可采用 ➢ 不同厂家的设备遵守相同的技术规范 ➢ 不同厂家的设备可实现信息互访 ➢ 用户可按需要，任意选用现场总线设备 ➢ 不同设备之间可实现资源共享 ➢ 与其他网络（如互联网）相联，可实现网络与数据库共
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列车网络特点
列车控制网络的特点
➢ 工作环境恶劣，可靠性要求高； ➢ 实时性（时间确定性）要求高； ➢ 列车组成的动态性（自动组网）。
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车辆总线 控制 控制 控制
单元1 单元2 单元n
控制器总线
传感器
控制器
列车总线
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车辆总线 控制 控制
单元1 单元n
— 传统控制系统中设备的连接都是一对一的
➢ 布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便 ➢ 很强的系统扩展性
– 主机能自动识别设备的增加或删减 – 无需架设新的线缆 – 无需系统停机
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2.现场总线的特点
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3.现场总线的特殊功能
(1)经济、安全、可靠地传输信息
➢ 经济性 • 信息、电源同时传输 • 介质廉价
➢ 安全性 • 解决防爆问题
➢ 可靠性 • 电磁、气候、机械环境适应性
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3.现场总线的特殊功能
(2)正确使用所传信息
➢ 可互操作性：不同厂家的设备相互理解所传信息
(3)及时处理所传信息
➢ 信息处理现场化，避免信息在网络上过多传输
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列车总线通信任务
诊断计算机
列车服务员
司机室
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客车
客车
具有司机室的客车
列车总线上不同类型的通信主要用于:
1) 控制
牵引控制: 车辆控制:
2) 故障诊断
设备故障, 维修信息
3) 状态信息查询
设备运行及状态
远程, 重联牵引,... 灯, 门, 加热, 倾摆, ...
4) 旅客信息
预报下一站, 故障, 线路. 预定座位等
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1. 现场总线的概念
➢ 是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制 系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
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包括PLC以及各种智能化的现场控制设备
络 节
基于统一、规范的通信协议
点
通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享
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位于 生产控制 的底层
络
网络结构
体
系
通信总线在现场设备中的延伸
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2.现场总线的特点
全数字通信
➢ 抗干扰能力和传输精度得到显著提高
—信号的检错、纠错机制得以实现
➢ 可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈
—现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类 型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过 一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央 控制器等。
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现场总线技术与计算机通信技术
计算机通信技术的发展会从各个方面影响现场总 线的发展。
但是，二者在基本功能、信号传输要求和网络结 构上均有所不同。
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现场总线技术与计算机通信技术
1. 基本功能
计算机通信的基本功能：可靠地传递信息。 现场总线的功能则是包括了更多的内容： ①高效、低成本地实现仪表及自控设备间的全数字化通信，
➢ 为系统集成的自主性提供了产品保障
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2.现场总线的特点
分散控制
现场设备的智能化与功能自治性：它将传感测量、补偿 计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成 ，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随 时诊断设备的运行状态。
由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得 现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构 。
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2.现场总线的特点
对环境的高度适应
➢ 专为现场环境设计 ➢ 可支持多种传输介质
—双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等
➢ 可两线制供电 ➢ 支持本质安全与防爆
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现场总线概述
现场总线是多分支结构，其网络拓扑可为总线型、星型 、树形等多种形式，以总线型为主。
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线近年来成为控制领域的研究热点 ➢ 各国投入巨额资金与人力在开发这一技术，形成了企业、
国家、国际标准（欧洲、北美、亚洲、中国），呈现百花 齐放的现状。最后，通过妥协，现场总线技术出现了协调 共存、共同发展的局面 ➢ 现场总线国际标准IEC61158包含了八种类型，据说可能还 要增加到十二种类型
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现场总线概述
2.现场总线的特点
互可操作
➢ 不同设备间，除了能实现信息互访外，还能理解信息的含 义，并能根据信息要求进行操作
➢ 即某厂家生产的设备能够对另一个厂家的设备进行控制和 操作
➢ 不同厂家的相同类型的设备可以互相替换
➢ 可统一组态，无需专用的驱动程序
➢ 解决了设备的垄断性和产品故障处理的时效性
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现场总线概述
4.现场总线的网络结构
➢ 线状（总线、菊花链型）、星型、树型 ➢ 以线状结构为多
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现场总线概述
5.现场总线的产生与发展现状
➢ 现场总线技术产生于二十世纪八十年代 ➢ 是为满足日益急迫的企业综合自动化的需求 • 开放性 • 通用性 • 可靠性 ➢ 智能仪表为现场总线的出现奠定了基础
车辆总线 控制 控制
单元n 单元1
网关
车辆总线 控制 控制 控制
单元n 单元2 单元1
控制器总线
传感器
控制器
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常见的列车通信网络
• 1、现场总线 • 2、TCN • 3、工业以太网
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现场总线
• 1、定义
• 2、组成 • 3、特点
1）全数字通信 2）系统的开放性 3）互可操作性 4）通信的实时性与确定性 5）功能自治性 6）现场环境的适应性 4、优缺点 5、与计算机通信的区别
列车总线控制基础
课程的基本内容
第1章 绪 论 第2章 网络与通信基础 第3章 微机控制基础 第4章 列车通信网络 第5章 CRH系列动车组网络控制系统 第6章 列车自动运行控制系统
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列车通信网络的定义
列车通信网络是一个安装在列车上的计算机局域网络系统，负 责对整列车各部分信息的采集与传递，对整列车进行控制、监 测、故障诊断以及为旅客提供信息服务。