列车总线控制基础(列车通信网络概述)..
列车通信网(3)
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
三、绞式列车总线WTB（Wired Train Bus） （五）WTB列车初运行
在初运行过程中，节点和电缆段从电气上连接起来，形 成一条两端都有终端连接器的单一总线。初始时，如果 一个节点未被命名，它的介质连接装置便通过打开总线 开关，同时在与之相连的每段的末端插入一个终端连接 器的方法，把总线断开。介质连接装置的两个信道监听 总线，每个信道监听一个方向。一个没命名的从设备不 能发送帧。
8
8
8
8
8 0..1024bits 16 8 2
flag DD LC SD Size
Link_data
FCS
Flag
E D
time (stuffed bits are not counted)
图3.7 WTB frame (extended ISO/IEC 3309)
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
（二） MVB 帧
MVB介质访问控制采用主从方式，由唯一的主控器以定时轮询的 方式发送主控帧。总线上其它设备均为从属设备，需要根据收到 的主控帧来回送从属帧。它们不能同时发送信息。MVB由专用主 设备—总线管理器进行管理。管理器是唯一的主设备。为增加可 用性，可能有多个总线管理器，可能有多个总线管理器，它们以 令牌方式传递主设备控制权。在列车运行时通信网上传送的只有 过程数据和消息数据，这两种数据用周期传送和非周期传送来区 分。周期性和偶发性数据通信共享同一总线。但在各设备中被分 别处理。周期性和偶发性数据发送由充当主节点的一个设备控制。
第一节 TCN（列车通信网络）通信网络
TCN分为上、下两层，上层为列车总线，即WTB（wirst train bus）绞式列车总线；下层为车辆总线，即MVB （multifunction vehicle bus）
《列车总线控制》PPT课件
工作站
• 中继器能接收一条链路上来的数据，并对报文 工作站
分组的目的地址进行判断，看其是否与本地工
服务器
作站的地址相同，若同，则接收该报文分组，
并将分组拷贝下来；若异，以同样的速度串行 工作站
打印机
地把数据送到另一条链路上；
• 当该报文分组在环路上绕行一周重新回到发送 工作站 站时，由发送站把这些分组从环路上摘除。
2.2.2 总线拓扑
• 总线：信息传输的公共通道。 • 总线拓扑：采用单根传输线作为传输介质，所有站点都通
过相应的硬件接口直接连接到主干线上。 • 网络中所有的站点共享一条数据通道。一个节点发出的信
息都可以沿着介质双向传播，被网络上的多个节点接收（ 广播方式）。
总线型网
2.2.2 总线拓扑
• 工作过程：
• 但是组建这样网络投资非常巨大。例 如你在有4个站点的全互连拓扑网络 上增加一个站点，那么你就得在这个 网络上增加4根线使这4个站点的每一 个站点都与新站点有一根线进行连接 。由此也可看出这种全部互连型拓扑 的灵活性差。
• 但这种全部互连型拓扑结构适用于对 可靠性有特殊要求的场合。
混合型网
2.2.5 网状型拓扑
2.2 网络的拓扑结构
• 拓扑学把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研 究点、线、面之间关系；
• 在计算机网络中，将主机和终端抽象为点，将通信介质抽象为线，形成点和线组成的 图形，使人们对网络整体有明确的全貌印象；
• 计算机网络的拓扑结构就是网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式 。
站C Token中继器
报文 站D 中继器
中继器站E
2.2.7 介质访问控制方式
《城轨列车网络控制》课件——列车通信网络特点
05 列车通信网络具有较好的扩展性
扩展性是依赖于系统的标 准化来实现的，只有标准 化的系统才能实现扩展
因此，列车通 信网络基本上 都是采用国际 标准的网络协
议，如
国际电工技术委员会 (IEC)标准
美国电子
电气工程师协会 (IE 标 准 、 国际 路 联盟UIC标准) ……
PART 06
列车通信网络的 可用性强
在环形网络中则是采取双环的结构，且信息的传送在两个环上按相反的方向同 时进行，以保证值息的可幕传送。
06 列车通信网络的可用性强
为了避免”主/从”方式下的主节点故障面 导致网络瘫痪，列车通信网通常还设有多个 备用主节点，按一定的规则和方法使通信网 络的控制权在这些主节点之间转移、获得控 制权的主节点为当前的控主节点，而未获得 控制权的主节点只是网络上的普通节点。
图1-1所示的结构就是典型的到车通信网络结构 示意图
01 网络结构相对简单
将传感器元件和一些功能单一的执 行器件通过现场总线接入列车网络 是列车通信网络技术发展的一种趋 势和方向。
我们将这种设备级的网络定义为车 辆总线的子网、设备级网络的运用 可以进一步提高列车控制系统的信 息化程度和智能化程度。
06 列车通信网络的可用性强
列车通信网络的运用环境和工作条件要求网络具有强可用性，其一般采用冗余 技术来达到要求的强可用性，而且是热备冗余。
无论是列车总线还是车辆总线都使用A线和B线的双线方式，网络接口单元 NIU( Network Interface Unit)以一个预定的方式或规律控制收发器在A、B线 之间来回切换使用，以保证通信网络的正常工作，因此，列车通信网络的每个 节点通常同时在两条线上发送信息，而接收信息则在A，B线之间切换。
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(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
6
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。
列车总线控制基础
列车总线控制基础1.引言：列车通信网络是现代列车控制系统中不可或缺的组成部分。
它负责传输列车上各个子系统之间的信息和数据，实现列车的自动化控制和监控。
本文将对列车通信网络的基础知识进行概述。
2.列车通信网络的定义：列车通信网络是指连接列车上各个子系统和设备的数据传输和通信系统。
它可以实时传输各种类型的信息，包括列车位置、速度、状态、故障等。
通过这个网络，各个子系统可以相互交互和通信，实现列车的自动运行和监控。
3.列车通信网络的结构：列车通信网络通常采用总线结构。
总线是一种将多个设备连接起来共享信息的通信方式。
在一列电车中，通常包括列车控制器、牵引系统、制动系统、信号系统等多个子系统。
这些子系统通过总线连接在一起，形成一个整体。
4.列车通信网络的基本原理：列车通信网络的基本原理包括数据传输、通信协议和安全机制。
数据传输：列车通信网络通过数据传输来实现信息的交换。
不同的子系统之间可以通过总线传输数据，包括控制指令、传感器数据、状态信息等。
通信协议：列车通信网络使用统一的通信协议，确保不同设备之间的通信能够顺利进行。
常见的通信协议包括CAN总线、以太网等。
安全机制：列车通信网络需要具备一定的安全机制，以保障列车的安全运行。
例如，通过数据加密和身份验证等方式防止网络被攻击或恶意干扰。
5.列车通信网络的应用：列车通信网络在列车控制系统中扮演着至关重要的角色。
它可以实时传输车辆的运行状态和参数，为驾驶员和列车运营管理者提供详细的信息。
同时，它还可以实现列车的智能控制，如智能列车运行控制、故障检测和自动报警等。
6.列车通信网络的发展趋势：随着科技的不断发展，列车通信网络也在不断演进和改进。
目前，一些新兴技术如5G通信、物联网等正被逐步引入到列车通信网络中，以提高网络的速度和可靠性。
7.结论：列车通信网络是现代列车控制系统中不可或缺的部分，它通过总线结构实现不同子系统间的数据传输和通信。
通过对列车位置、速度、状态等信息的传输和交换，实现列车的自动化控制和监控。
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
CRH3列车通信网络系统..
➢ 监视充电机本身的工作状态，防止充电机本身的设备过 载、短路、单点和多点输入输出接地故障，并向MVB发送 相应信息
➢ 监测预充电和预充电故障时的错误信息 ➢ 通过MVB向列车控制系统传送所有当前充电机的输出和输
牵引控制单元TCU
在CRH3中共有4个牵引变流器，分别位于两端车及3车 和6车车下，在每个牵引变流器中都有一个牵引控制单元。 主控CCU通过车辆总线MVB针对牵引系统向牵引控制单元TCU 发出设定值，并通过TCU从牵引系统接收状态信息。牵引装 置控制的重要信号由TCU直接通过输入/输出通道读入和发出。
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。
在动车组中有两种类型的输入输出站，一种是输入输 出点数固定不变的，并且在结构上非常紧凑的紧凑式输入输 出站，在CRH3上的是输入输出点数可随输入输出模块的增减 而变化的智能外围终端SIBAS®-KLIP。
电池充电机控制单元BC
CRH3上共有两组电池充电机分别位于餐车和一等车， 电池充电机控制系统位于充电机中。电池充电机的输入电源 为3相 AC 440V 60Hz电压、输出为直流110V，是动车组110V 负载的供电电源。它有两个主要控制模块，一个是充电机的 核心控制模块，同时还负责和车辆总线MVB进行通信，另一 个主要用于控制充电机的功率模块。
车辆总线之浅析
车辆总线之浅析一. 列车通信网络概述1.1列车通信网络总述及示意图列车通信网络在网络拓扑结构上分为两层总线结构：铰链式列车总线WTB （网关控制列车总线）和多功能车辆总线MVB。
WTB主要完成列车级之间的数据通信；MVB主要完成车辆级内部功能设备的数据通信。
两级总线是相对独立的通信子网，通过WTB-MVB网关进行数据的交换。
列车通信网络的拓扑结构如图1所示。
1.2MVB 总线简介MVB总线是专门针对车辆环境的条件下进行内部功能设备数据交换的现场总线，MVB总线采用总线拓扑结构，总线中具有唯一的总线主设备管理总线，总线上的其他设备作为从设备在主设备的管理下完成数据的发送和接收。
总线的通信方式采用主设备发送主帧，从设备应答此从帧的方式。
在MVB数据通信中，具有以下特征：通信传送方式采用主从帧应答，帧发送方式采用周期性广播，帧标识符具有帧头和帧尾标识识别帧开始和结束，帧编码采用曼彻斯特编码，数据传输速率为1.5Mbit/s。
MVB 总线的物理层有3 种：1）ESD（电的短距离传输介质），使用双绞屏蔽线，按RS- 485 标准，最多支持32 个设备，最大总线长度20 m 。
2）EMD（电的中距离传输介质），使用双绞屏蔽线，最多支持32 个设备，最大总线长度200 m 。
允许使用变压器连接。
3）OGF（光纤媒介），使用总线连接器，传输距离可达2 km。
MVB 总线系统是分级控制系统。
系统设备共分5 个级别，6 种能力：1）1 级设备具的有能力有设备状态和过程数据。
设备端口地址一般与设备地址一致。
2）2 级设备具有的能力有设备状态，过程数据，信息数据，是智能设备可以通过总线配置，但不能编程。
3）3 级设备具有的能力有设备状态，过程数据，信息数据和用户编程。
4）4 级设备具有的能力有设备状态、过程数据、信息数据和总线管理器。
用户编程具有可选性。
5）5 级设备具有的能力有设备状态、过程数据、信息数据、网关和总线管理器。
《列车总线控制》PPT课件
• A、C同时发，冲突发生
• 检测到冲突后，A、C同 时停止发
• 按协议，决定A先发
• A发完，C再发
• 存在介质访问冲突，必须采 取某种方法分配信道，以决 定哪个节点可以发送数据。
总线型网
2.2.2 总线拓扑
• 总线拓扑的优点： • 节约电缆（成本低），容易布线（安装方便） • 可靠性高：某个站点自身的故障不会影响整个网络 • 易于扩充
• 与其它拓扑的主要区别在于其根的存在。 当下面的分支节点发送数据时，根接收该 信号，然后再重新广播发送到全网。
• 这种结构不需要中继器。与星型拓扑相比 ，由于通信线路总长度较短，故它的成本 低，易推广，但结构较星型复杂。
树型网
2.2.3 树型拓扑
• 树型拓扑结构有以下的优点：
• 易于扩展。从本质上看这种结 构可以延伸出很多分支和子分 支，因此新的节点和新的分支 易于加入网内。
• 总线拓扑的缺点： • 中继器配置 • 站点必须是智能的
• 采用总线拓扑的最常见的网络有10Base2以太网、10Base5 以太网以及ARCnet网。
2.2.3 树型拓扑
• 树型拓扑是从总线拓扑演变过来的，形状 象一棵倒置的树，顶端有一个带有分支的 根，每个分支还可延伸出子分支。
• 树型拓扑是一种层次结构，适用于分级管 理和控制系统。低层计算机一般都具有明 确定义的和专业化很强的任务，如数据的 采集和变换等，而高层的计算机具备通用 的功能，以便协调系统的工作，如数据处 理、命令执行和综合处理等。
工作站
工作站
工作站
服务器 打印机
• 常见的采用环形拓扑的网络有令牌
工作站
环网、FDDI（光纤分布式数据接口
）和CDDI（铜线电缆分布式数据接
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。
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
列车通信网络技术ppt课件
系统地址
站就是列车通信网中进行消息通信的设备，一 个节点上最多可以挂255个站，节点本身也被看成一 个站，每个站用一个8位站标识符来标识，节点作为 一个站也有站标识符。
图中以#开头的就是站标识符。节点地址（或组 地址）与站标识符一起组成了系统地址，通过系统 地址就可以找到一个站。
34
用户地址
• 实时协议RTP规定了TCN提供的应用接口， 它由两种基本的服务组成：变量群和消息 群。
• TCN标准可部分使用，也可整体使用。
7
有WTB而没有车辆总线，或WTB与非 MVB的车辆总线连用
8
有MVB而没有列车总线，或MVB 与非WTB的列车总线连用
9
RTP用于其他非WTB或非MVB的总线
10
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。
31
3.组地址
为了按类型访问车辆或一组车辆，用组地址来取代节点 地址。车辆类型的分组与应用有关。如图所示第二节车辆既 属于第一组又属于第三组，属于哪一组是由不同的应用决定 的。每一个组都有一个组地址，组地址也是6位。
32
4.网络地址
29
30
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
列车总线控制基础(列车通信网络概述)
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。
Gateway 车辆总线
CS
SS
Sens Actu
车辆总线设备
图 3-1 列车通信网结构
Gateway —列车、车辆总线网关；CS-主站；SS-从站；Sens-智能传感器；Actu -智能执行器
大连交通大学
TCN的体系结构
1.连接各车辆的绞线式列车总线（Wire Train Bus,WTB）, 列车新编组时可自动配置（组态），通信介质为双绞线， 通信速率为1Mbit/s；
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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
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
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介质冗余
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光纤介质冗余
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主设备权的转移
令牌传送算法 ：
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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：
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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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TCN的主要内容如下表
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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
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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
➢ 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
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
➢ 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
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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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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，
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列车总线控制基础
王悦东 wydstar@
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。
— 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
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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
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
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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
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
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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
2.现场总线的特点
一对多的总线型结构
➢ 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。