HXD1C型电力机车网络控制系统

IDU功能
1）列车信息显示 ：向车辆驾驶人员和维护人员提供车 辆综合信息，各设备的工作状态，故障信息的综合与处理 等功能； 2）参数设定 ：对轮径值、列车重量、站点、时间日期
等参数进行更改与设定；
智能显示装置IDU结构
技术参数 1、机械尺寸 315*250*81.1 2、重 量 4.5kg
3、工作电源 工作电压：DC77V～DC133.5V 4、环境温度 -25℃～+45℃
由于采用模块化设计， 使得系统的构成十分灵活，但减少 了系统布线距离，而且容易扩展。 图中缩写的的含义： 中央控制单元CCU （VCM×2、GWM×1、ERM×1） 司机室输入输出单元CIO （DXM×1、DIM×1、AXM×1） 机械间输入输出单元MIO
（DXM×6、DIM×1）
3、网关模块GWM 每节机车装有1个WTB/MVB网关模块GWM，位于机械间内， WTB/MVB网关模块GWM通过多功能车辆总线MVB（ESD+）与车 辆控制模块VCM通信。 WTB/MVB网关模块GWM是TCMS实现机车重联运行的核 心模块，具备如下功能： 1）列车级过程控制：执行诸如牵引/制动控制等一系列与 机车重联运行有关的控制功能； 2）列车总线管理：具有绞线式列车总线WTB的管理能力 3）列车级数据通信：与TCMS系统的车辆控制模块VCM 进行与机车重联运行有关的数据交换。
二、机车网络控制系统基础知识
1、车辆总线MVB
4）通过设置总线重复器，网络拓扑可为总线型、星型或
混合型，每个总线段内互联的设备最多可达32个；
5）数据链路层支持三种基本的数据传输模式：过程数据、 消息数据、监督数据。
二、机车网络控制系统基础知识
2、MVB插头接线图
XD11 (9 芯布孔)
1 2 4 5 6 7 A_P A_N B_P B_N A_GND B_GND X4:A1 X4:A2 X4:A4 X4:A5 X4:A6 X4:A7
三、网络控制系统构成、部件特点 4、拓扑图
MIO/CCU在机械间低压柜的布局
MIO
MIO在机械间低压柜的布局（左）
MIO
CCU在机械间低压柜的布局（右）
CCU
CIO在司机室右侧司机台 下方低压柜的布局 （从上到下依次为DIM、 DXM和AXM模块） 两端司机室地 址不一样
VCM
ERM
模块内部结构
Hale Waihona Puke 二、机车网络控制系统基础知识
4、名词解释
简称 AXM CCU DTECS DIM DXM BCU ERM IDU MVB 英文全称 Analog Input/Output Module Central Control Unit Distributed Train Electronic Control System Digital Input Module Digital Input/Output Module Brake Control Unit Event Record Module Intelligent Display Unit Multifunction Vehicle Bus 中文全称 模拟量输入输出模块 中央控制单元 分布式列车电子控制系统 数字量输入模块 数字量输入输出模块 制动控制单元 事件记录模块 智能显示单元 多功能车辆总线
5、冷却方式 自然风冷
6、通信接口 MVB、CAN （监控预留）
CPU板功能框图
调试接口 调试接口在面板上为X9，为RS-232通信标准，可以直接 与计算机的串口进行通信。注意VCM模块的串口采用的是RJ45型连接器，而非标准的DB9连接器。 USB接口 USB接口在面板上为X8，提供USB1.1标准的主机接口， 外面可以接U盘等存储设备，完成程序的转储。
以太网接口： 以太网接口在面板上为X10，提供10/100M自适应的以太网通 信。可以用来下载程序和固件。采用的工业以太网专用的M12连 接器，可以进行网络数据传输。 MVB Interface通信接口： MVB接口在面板上为X4，X5，采用国际标准的车辆总线标准。
ACU
TCU VCM
Auxiliary Converter Unit
Traction Control Unit Vehicle Control Module
辅助变流器
传动控制单元 车辆控制模块
三、网络控制系统构成、部件特点 网络控制系统采用列车级和车辆级控制，列车控制级采用 绞线式列车总线 WTB， 车辆控制级采用多功能车辆总线 MVB。 网络控制系统采用分布采集及执行，中央集中控制与管理的 模式。由WTB/MVB网关模块 GWM、车辆控制模块 VCM、 事件 记录模块ERM、数字量输入输出模块 DXM、数字量输入模块 DIM、模拟量输入输出模块AXM和智能显示装置IDU等组成，通 过 MVB与传动控制单元 TCU、辅助变流器控制单元ACU、制动 控制单元BCU等进行通信。
2）控制信号输出 ：将网络控制信号转换成电气信号， 控制诸如仪表等设备。 AXM硬件系统的结构主要包括： ①CPU子系统； ②MVB通信子系统； ③A/D采集系统 ④D/A输出系统； ⑤电源子系统；
AXM模块主要接口及参数
对外供电 四 路 输 出 信 号 六 路 输 入 信 号
数模转换 模块
模数转换 模块 输入信号 调理模块
数字量输入输出模块DIM 每节机车装有3个数字量输入模块DIM，分别安 装于司机室和机械间中，数字量输入模块DXM通过 多功能车辆总线MVB（ESD+）与车辆控制模块 VCM交换数据。
数字量输入模块DIM功能：
X1：MVB1
X1
(9-Pin SUB-MIN-D Connector male) (9-Pin SUB-MIN-D Connector female) (9-Pin SUB-MIN-D Connector male) (25W3 SUB-MIN-D Connector male)
GWM/ERM/VCM 主要接口
4、车辆控制模块VCM 每节机车装有2个车辆控制模块VCM，位于机械间内， 车辆控制模块VCM通过多功能车辆总线MVB（ESD+）与其 他设备通信。 车辆控制模块VCM是TCMS的核心模块，具备如下功能： 1）车辆级过程控制：执行诸如牵引/ 制动控制、空电联 合控制、超速保护和空调顺序启动等一系列控制功能； 2）车辆总线管理：具有多功能车辆总线MVB的管理能力， 并且能够进行主权转移； 3）数据通信：与 TCMS 系统的其他设备及非TCMS的智 能设备的数据交换。
X2：MVB2 X3：Digital In/Out
X3 L1 L2 L3 L4
X2
X4：Power
1）输入信号采集：将车辆间电气信号转换
成控制信号，经由列车控制网络传送给车 辆控制模块VCM，完成各种控制功能；
X4
DI0-DI3 DI4-DI7 DI8-DIB DIC-DIF
2) 设备地址输入：通过外部跳线配置设备 地址，维护过程异常容易。
数字量输入
数字量输出
通道数：16 逻辑“0”电压范围：0-49VDC 逻辑“1”电压范围：58-110VDC 通道数：8 通道类型：MOSFET*6+RELAY*2 额定负载：1A/110VD（MOSFET） 0.5A/110VDC（RELAY） 短路保护：3A
模拟量输入输出模块AXM 每节机车装有2个模拟量输入输出模块AXM，分别安装于 司机室中，数字量输入输出模块DXM通过多功能车辆总线 MVB（ESD+）与车辆控制模块VCM交换数据。 模拟量输入输出模块AXM实现模拟量信号的采集输入和 控制输出，具备如下功能： 1）输入信号采集 ：将车辆间电气信号转换成控制信号， 经由列车控制网络传送给车辆控制模块VCM，完成各种控制 功能；
数字量输入
通道数：24 逻辑“0”电压范围：0-49VDC 逻辑“1”电压范围：58-110VDC
智能显示装置IDU 每节机车装有2个智能显示装置IDU，分别位于2个司机 室内，智能显示装置IDU通过多功能车辆总线MVB（ESD+） 与其他设备通信。 智能显示装置IDU是列车控制和诊断系统TCMS的终端 设备，是司机和维护人员操作机车的窗口，
X2：MVB2 X3：Digital In/Out
X3 L1 L2
X2
X4：Power
数字量输入
L3 L4
通道数：16 逻辑“0”电压范围：0-49VDC 逻辑“1”电压范围：58-
110VDC 数字量输出
X4 DI0-DI3 DI4-DI7 DI8-DIB DIC-DIF
通道数：8 通道类型： MOSFET*6+RELAY*2 额定负载：1A/110VD （MOSFET） 0.5A/110VDC （RELAY） 短路保护：3A
主要内容
一、机车网络控制系统概述
二、机车网络控制系统基础知识
三、网络控制系统的构成、部件特点 四、网络系统控制功能 五、网络维护工具
一、机车网络控制系统概述
7200kW 货运电力机车车载网络控制系统采用符合 IEC61375标准，DTECS网络控制平台为基础的微机网络控 制系统。 MVB 用于各个电子控制系统的数据交换，WTB 用于重 联牵引时主控机车与从控机车之间的数据交换。完成机车 信息管理、功能控制、故障诊断、信息显示和事件记录等 主要功能 。
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二、机车网络控制系统基础知识
1、车辆总线MVB
专为铁路机车(车辆)内设备互联而开发的高可靠和强实 时的现场总线，其具有如下特点： 1）数据传输波特率为1.5Mbps,信号采用双向L型差分曼 彻斯特编码； 2）采用8位的循环冗余校验（CRC）方式； 3）物理层支持三种传输介质（双绞线、同轴电缆、光 纤），传输通道可配置为冗余或非冗余方式，并支持冗余通 道自动切换；
事件记录模块ERM 每节机车装有1个事件记录模块ERM，位于机械间 内，事件记录模块ERM通过多功能车辆总线MVB（ESD+） 获取完整其功能的所有数据。 事件记录模块ERM是TCMS完成故障诊断、数据记录与 转储的核心模块，具备如下功能： 1）故障诊断 ：完成车载的故障诊断功能，并通过IDU 报告给司机； 2）数据记录：司机操作数据、故障数据、事件数据的记 录，将车辆控制模块VCM的故障数据具体化； 3）数据转储：通过车载信息网（工业以太网网）将记录 的数据下载，供便携式维护工具分析。
二、机车网络控制系统基础知识
3、列车总线WTB
绞线式列车总线WTB是专为铁路机车车辆重联而开 发的高可靠和实时的现场总线，它特别适合用于需要 动态编组的开式列车（也同样适合于固定编组的闭式 列车），其具有如下七个特点：
二、机车网络控制系统基础知识
3、列车总线WTB
1）传输波特率为1Mbps,信号采用双向L型差 分曼彻斯特编码， 数据帧格式为HDLC； 2）采用16位的循环冗余校验（CRC）方式； 3）物理层采用变压器耦合的双绞屏蔽线，传输通道可配置为冗 余或非冗余方式，不需中继器传输距离可达860米（22节车
辆或32个节点）；
二、机车网络控制系统基础知识
3、列车总线WTB
4）当采用冗余设计时，如果正在工作的一组列车总线 出现问题时，网关能自动控制切换到另一组工作； 5）网络拓扑为简单的总线型结构，方便车辆间布线 ； 6）具有列车初运行功能，支持列车的动态编组； 7）数据链路层支持两种基本的数据传输模式：过程数 据、消息数据 ；
输 入 信 号 接 口
RS232 串口电路
CPU LPC2294
电 源 输 入 接 口
MVB总线 MVB总线 物理层
FPGA XC3S400
电源模块
输入接口
输出接口
通道数：6 电压型范围：0-10VDC 电流型范围：0-20mA 精度：1%。 通道数：4 电压型范围：0-10VDC 电流型范围：0-20mA 精度：1%
数字量输入输出模块DXM 每节机车装有8个数字量输入输出模块DXM，分别安装 于司机室和机械间中，数字量输入输出模块DXM通过多功 能车辆总线MVB（ESD+）与车辆控制模块VCM交换数据。
X1：MVB1
X1
(9-Pin SUB-MIN-D Connector male) (9-Pin SUB-MIN-D Connector female) (9-Pin SUB-MIN-D Connector male) (25W3 SUB-MIN-D Connector male)