华东交通大学 动车组网络技术 4.1 CRH1动车组网络结构

一些简单控制功能的系统，如照明、司机控制台操 作设备等，通过I/O模块连接到MVB总线上。
20 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
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CRH1动车组的网络拓扑结构
在网络控制系统中，有些设备没有MVB接口，必须 进行协议转换。 图中用椭圆线圈起来的COMC CCU就是装在Mc车 和Tb车上用于与PIS（旅客信息系统）、GPS，Fire det.（烟火探测）等功能部件进行串行通信的接口 部件。 COMC ：Communication Controller通信控制器， 实现MVB与RS-485、RS-232总线之间的通信转换。 ATP CCU 装在Mc车上用于与ATP（Automatic Train Protection）（列车自动防护系统）进行串行 通信的接口部件。
主要内容 学习目标 新课讲授 本节小结
本节习题
1
【主要内容】 4.1 CRH1动车组网络结构
TCMS 总体结构
2
列车网络控制技术
列车控制基本任务
牵引控制
运行控制 任 务 服务控制
制动控制
设备保护 故障诊断、维修服务 车门控制 车内环境控制
旅客信息服务
3
列车网络控制技术
分布式计算机系统的概念
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1共8辆车，为5M3T编组形式。 包括5辆动车（MC1、M1、Mc2、M2、M3）和3辆 拖车（Tp1、Tp2、Tb）。 动车组有两个受电弓，分别位于Tp1和Tp2车上， 正常工作时只有一个受电弓升起。
牵引传动系统以列车基本单元（TBU）为基本单位。
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DX
5x Front CabControll A5,B3,B4* 5x
DCU3&4
2x Heat Ventilation Air Conditioning Door Control Unit 71 91,92
DCU5&6
2x Heat Ventilation Air Conditioning 72
DCU5&6
AX
1x Front, ATC B0,B1,B2,85,8F 1x F0,F1,F2,F9,F7
VCU-Lite
1x
VCU-Lite
88* Front, ATC B0,B1,B2,85,8F
F0,F1,F2, F9, F7
DX
1x 5x 5x
AX
1x Interior Interior 78,79,7A,7B
2x Heat Ventilation Air Conditioning 72 Door Control Unit 93,94
DX
1x
DCU5&6
2x Heat Ventilation Air Conditioning 72
DCU3&4
2x Heat Ventilation Air Conditioning 71 Door Control Unit
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CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1列车控制管理系统（TCMS）在网络通信上也 分为3个MVB总线区段：TBU1段，TBU2段，TBU3 段。 基本本地控制按TBU划分。
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CRH1动车组的网络拓扑结构
在区段内部，TC CCU（Train Control CCU）中央 控制单元：为控制和监控功能的核心。
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CRH1动车组的网络拓扑结构
MVB区段之间具有冗余功能。 基本的司机控制功能、高压（网侧）控制功能在列 车两端的Mc车之间可互为冗余，该功能通过列车内 部贯穿整车的冗余MVB总线实现。
如下图中虚线部分所示。
TDS（Train Diagnosis System） CCU：列车诊 断系统中央控制单元 HMI：显示器
物理输入/输出单元分布到 被监控的目标，只需少量的 电缆连接； 设备统一供电（即蓄电池电 压）； 软件集中在中央单元（中央 处理器）
Process
CPU CPU
I/O I/O I/O
Vehicle bus CPU
I/O unit
I/O unit
4
列车网络控制技术
分布式计算机系统的优点
功能多：列车控制、设备诊断、辅助维修、旅客信
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WTB---列车总线
WTB是处理MVB区段之间数据通信的总线，WTB 可动态配置，也就是说挂在总线上的单元数可变。 CRH1的WTB总线通信速率为 1.0Mbps. 可以通过自动车钩实现扩展，由网关控制。
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MVB---多功能车辆总线
MVB是处理有限个车辆之间通信的数据总线。
CRH1动车组的网络拓扑结构
列车基本单元TBU的具体划分：
TBU1—Mc1（驾驶动车1）-Tp1（带弓拖车1）-M1 （中间动车1）；
TBU2—Mc2（驾驶动车2）-Tp2（带弓拖车2）-M2 （中间动车2）；
TBU3—M3（中间 动车3）-Tb（带吧台拖车） 其中TBU1和TBU2完全对称，由两动一拖构成； TBU3由一动一拖组成。
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CRH1动车组的网络拓扑结构
PCU（Propulsion Control Unit）：牵引控制单元 LCM（Line Converter Module）：网侧变流器模块 MCM（Motor converter module）：牵引（电机） 变流器模块 ACM（Auxiliary Converter Module）：辅助变流器 模块
由TC CCU对单元内部所有模块实施控制和监视， 包括牵引、制动、内外车门、采暖、通风、空调、 烟火报警、照明等系统。
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CRH1动车组的网络拓扑结构
这些系统中有些具有复杂的控制功能要求，如牵引 控制系统PCU、制动控制系统BCU等，其内部具有 独立完整的控制功能，通过集成的网络接口连接到 区段内部的MVB总线上。
IDU
1x E8
VCU-Lite
VCU-Lite
1x Drivers Desk A8* E8
VCU-Lite
1x ATP CCU 88*
IDU
1x Remote Control
1x
VCU-Lite
ATP CCU
AX
1x 1x 1x
83*
AXS
1x C0 C0 C0 PIS and other Serial 84* 1x Interior 7C,7D,7E,7F,C1 7C,7D,7E,7F,C1 Interior 78,79,7A,c2
息服务；
成本低、重量轻、体积小、使用更少/更短的电缆
（布线简单） ；
与硬件相比，软件更容易变更，更容易增加功能； 设计/开发时间短 可靠性高（活动连接件少、局部故障不影响列车运
行、可采用冗余设计）
5
列车网络控制技术
4.1.1 CRH1动车组网络控制系统网络拓扑结构 CRH1动车组由青岛四方—庞巴迪-鲍尔铁路运输设 备有限公司（BSP）提供。以庞巴迪公司为瑞典国 家铁路和地方铁路开发的“Regina”动车组为原型 车。 列车网络控制系统主要采用的是加拿大庞巴迪（ CRH1）Bombardier（庞巴迪）公司的MITRAC模块 化产品，（MITRAC计算机系统以摩托罗拉68K微处理 器为基础） 分布在列车的各个控制现场，拥有整个动车组的控 制、各单车的控制、列车诊断、状态监测、事件记 录、人机界面等功能。 该系统属于分布式、模块化的：所有微处理器、输 6 入/输出单元和显示器通过串行多功能车辆总线 MVB 列车网络控制技术
AX
AX
1x Interior 7C,7D,7E,7F,C1 Interior 78,79,7A,7B
GPS PIS
DX
5x Drivers Desk A0-A4 5x E0-E4
COMC
1x
Drivers Desk A0-A4
E0-E4
DX
5x Door Control Unit 93,94
DX
5x Door Control Unit 95,96
IDU
1x High Voltage 39,3A,3B 32,33,34
81** TDS CCU
VCU-Lite
1x Train Control CCU IDU 3x 80*
81*
IDU
VCU-Lห้องสมุดไป่ตู้te
1x Train Control CCU 80* Drivers Desk A8*
DX
TDS CCU 81* Train Control CCU 80* 3x
DX
3x
DX
3x Interior 75,76,77
HVAC2
1x
DX
3x PCU1 CCU 40
DCU1&2
2x Heat Ventilation Air Conditioning 86 70
HVAC3
1x PCU2 CCU 40 87 40
HVAC3
PCU2 CCU 87
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CRH1动车组的网络拓扑结构
值得注意的是，在本地 MVB 中还有一个功能独立 的重要系统，就是牵引控制系统（PC，Propulsion Control）。 这个系统拥有一个独立的MVB牵引总线，对其下的 单元按分布式总线控制的方式实施控制与监视，如 后图中用椭圆线圈起来的五个部分。
①智能设备及其相应列车控制应用软件；
②接口硬件装置，用于把TCMS连接到列车其它系 统； ③列车网络总线，用于将不同的硬件装置连成列车 控制系统。
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TCMS系统结构的设计目标
尽量使用原型车Regina的设计。
将GSM（全球移动通信系统Global System for Mobile Communication）和GPS（全球定位系统Global Positioning System）的功能用于控制TCMS，与 Regina车相比，风险较低。
将不同的功能分散到专用的中央控制单元， 取代了 Regina车每车一个CCU的模式。 改进列车诊断功能。
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列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1动车组的网络拓扑结构如图所示，采用基于 WTB和MVB两层总线的TCN协议，利用多功能车 辆总线进行车辆单元内的数据通信，利用列车总线 进行车辆单元间的数据通信。 VCU：车辆控制单元 BC：bus coupler 总线连接
CRH1动车组的网络拓扑结构
挂在 Tb 车 MVB 总线上的远程访问模块AXS （Remote access unit） CCU可通过GSM 建立与地 面之间的通信信道，贯穿整车的以太网Ethernet
（图中最外围的灰色线）提供列车维护、服务等方
面的通信与接口。
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列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
列车控制管理系统（TCMS）
CRH1是以MITRAC通用计算机为核心的列车控制 管理系统（Train Control and Management System）。 TCMS是一种用于控制、监督和管理CRH1动车组 功能的分布式计算机系统。
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TCMS的组成
TCMS是一种分布式计算机系统，广泛用于控制、 监督和管理CRH1列车大多数功能。 TCMS包括：
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CRH1动车组的网络拓扑结构
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CRH1动车组的网络拓扑结构
当处于激活状态的司机室发生故障时，列车不会停 下来，司机的操作通过冗余总线由另一个司机室的 控制设备自动接管，司机可以继续在原来位置操纵 列车，并可在屏幕上看到故障情况，但不会影响列 车运行。
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MVB只能静态配置，即挂在MVB总线上的单元数不可 变。如果需要在MVB上挂更多的单元，需要为智能 TCMS 装置下载新的软件。 MVB总线介质为屏蔽双绞线或光纤，
通信速率为1.5Mbps。
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13 列车网络控制技术
14 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
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TCMS 结构，重点标出了带应用软件的MITRAC装置
?? ??: ?? ?? ?? ??: ?? ??: ??
Mc1
Tp1
Tp1
M1
M1
M3
M3
Tb
Tb
M2
M2
Tp2
Tp2
Mc2
GW
82** 1x
GW
82** 1x
GW
82** 1x
IDU TDS CCU
DX
5x Door Control Unit 95,96
DX
4x
DX
5x Door Control Unit 95,96
DX
5x Door Control Unit 93,94 5x
DX
5x Front CabControll A5,B3,B4*
Fire Detection
Min System B4*