CRH5列车网络控制系统

I/O NON I/O NON Red. Red.
网关1故障
I/O NON Red.
I/O Red.
2
I/O NON
Red.
网关1故障
二、 MPU冗余性
• MPU的冗余类型为热备冗余。两个MPU均 可管理其MVB总线（单条或多条）。它们 读取相同的输入，并执行相同的任务。 在故障情况下一个会自动接替另一个。 同一总线上的所有设备均由同一MPU发送 指令。 • 当MPU1故障时，MPU2替代了MPU1作为 MVB“1”和MVB“2”线上的主控制器。
四、 MPU-LT, MPU-LC
• MPU（Main Processing Unit，主处理单 元），负责对相应车辆输出指令和控制。 • 在每一车组中（4辆车）有2对MPU。其中 的2个（MPU-LT）控制牵引和信号设备总 线上的所有设备，而另外2个（MPU-LC） 则控制车内设施和CAN总线上的所有设备。 • MPU功能任务周期可认为不超过100 ms （目标值为50 ms）。
Remote I/O Modules (BT panel) 远程 I/O模块(BT面板)
CLT:
EXT. DOORS
GW:
External Doors外部门
Gateway WTB/MVB 网关 WTB/MVB
TCU:
TD:
Traction Control Unit 牵引控制单元
Driver’s Diagnostic display 司机诊断显示器
• 人机接口设备:
–司机室主监视器 –司机室诊断监视器 –本地监视器(在列车长室) –控制杆、开关、按钮、灯 –位于低压配电柜和司机台上的低压零部件 （继电器、二极管…）。
• 与原型车SM3的改变之处：
–诊断线采用CAN总线替代RS－485 –充电机连接到CAN总线上 –将自动车钩控制单元连接到CAN总线上 –司机室 RIOM在 MVB-A 和 MVB-B上分开 – “本地牵引控制”(CLT)与 HV箱RIOM集成在 一起
GATE 1 in TCN network MVB line “1”
GATE 2 MVB line “2”
MVB 1
MVB 2
MVB 1
MVB 2
MPU “1”
MPU “2”
I/O 2 Red. I/O NON Red.
I/O 1 Red. I/O Red. NON
I/O 1 Red. I/O Red. NON
–数字输入（以电池负极为参考的数字信号） –模拟输入（电流或电压模拟信号） –数字输出（继电器触点，用于断开RIOM与外部电路 的连接） –模拟输出（电流或电压模拟信号）
第二节
列车网络控制系统（TCMS） 的冗余性及故障对策
• TCMS是一个智能单元，通过采集、传 输信息和命令来管理列车上的大多数 主要设备。为了保证列车上设备信息 传送的正确性，TCMS必须工作正确。 因此，列车网络控制系统重要部分采 取冗余设计来优化系统的可靠性。
–每次列车重新编组或列车连挂初运行，要 进行列车总线即WTB总线的配置，对于规范 的列车总线WTB，本身具有自动配置功能,操 作人员只要按规程操作，最后检查配置状态 以确认配置是否正确。如果配置不正确，列 车总线将不能正常通信。
三、 网关
• 网关可以实现列车总线与车辆总线之间的双向 信息交换。 • 每个网关与列车线路之间以128字节的报文 （周期数据）交换与其车组相关的信息，并接 收来自整个列车编组中其他所有网关的同类信 息。 • 网关为完全冗余（电路板、连接器、电源等）。
• TS监视器以图形化方式向司机显示主要驾驶信 息值（即线电压、线电流、力矩等）。 • 司机可以用屏幕周围设置的一组按键与监视器 进行交互。 • 也可以使用这些按键向设备发送全局性或选择 性命令。 • 司机还可以在专门画面中通过监视器手动排除 掉某些设备。
（三） TD监视器
• TD监视器向司机显示有关整个编组（2组联挂的 列车）全部设备的所有诊断信息。
MPU Vehicle bus 车辆总线
Mc2
M2S
TP
M2
T2
TPB
MH
Mc1
• 一个标准的TCMS模块可以控制4节车辆，并 且包括两个不同的等级：
–牵引（主要功能） –支持（次要功能）
• 从两个MPU中（冗余设计）对每条总线进行 控制。 • 根据设备的数量或线路的长度，可利用 “中继器”来增加MVB总线的长度。 • MPU有两个MVB接口。第二个接口将两条总 线的MPU与MVB/WTB网关（冗余设计）和驾 驶员监控器连接在一起。
第六章 CRH5列车网络控制系 统
----TCMS
第一节
网络控制系统（TCMS）的 体系结构
• 一、TCMS的体系结构 • CRH5动车组配有一套基于多台微机的系统，可控制并 监控所有列车和车辆的相关功能(列车网络控制系统 TCMS) 。 • 其结构基于TCN 标准 (IEC 61375-1) ，具有WTB (列 车总线) 和MVB (车辆总线)串行接口， 使用两个冗余 的MPU模块，每个动力单元一个。 • TCMS体系结构基于具有高冗余度的标准TCN，该体系结 构使用2个标准的TCMS模块，每半列车（称为车组）一 个。
六、 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。
七、监视器
• （一）司机台监视器
–显示主要本地信息（即制动气缸压力等）的默认画 面 –发送本地命令（即设置乘客车厢温度、灯光等） –显示自动报警 –显示车辆设备的状态 –显示车辆的故障信息 –本地监视器与驾驶台监视器的技术特性相似。
表5-2 TS与TD主要显示信息如下
显示的信息
说明
Main monitor (TS) 主监视器（TS）
• 两个动力单元通过网关进行动力单元间 和连挂列车间的通讯。 • 此外还有一个CAN总线标准的车辆总线， 仅用于次要设备的诊断。 • 系统具有完善的冗余和控制、诊断和监 视以及故障存储功能。
GW
MPU Vehicle bus 车辆总线
Vehicle name 车辆名称
Train bus列车总线
GW
–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。
（二） TS监视器
• 在车辆级MVB总线上，该体系结构被分为 两个不同的层次：牵引和服务设施, 每 一层次均使用一对MPU进行管理。这两个 层次的MVB总线通过第三条MVB总线（信 号总线）连接在一起。此总线由牵引层 的MPU控制。
二、列车总线
–两个动车组之间的连接通过穿过头车自动车钩的 “WTB”（列车总线）型冗余链路来实现。 –此总线是TCN网络的一部分，它在长度因挂钩/摘钩 操作而发生变化时可以实现网络的动态重组（网关 重新编号）。 –该总线使用具有可控阻抗的冗余介质，其传输的信 息速率约为1 Mb/s。传输距离为860米，22个节点， 备用节点有4 个。 –网关的轮询周期约为50 ms。同一总线还用于两个单 元之间的通信。
I/O Red.
I/O Red.
2
NON
正常情况下的网络配置
GATE 1 FAULTY
GATE 2 IN TCN NETWORK MVB line “2”
MVB line “1”
MVB 1
MVB 2
MVB 1
MVB 2
MPU “1”
MPU “2”
I/O Red.
2
I/O Red.
1 GATE1 FAULTY I/O 1 Red.
• 网关被用于在TCMS模块之间交换信息。 下图中显示的主要设备连接在MVB总线 上。非智能设备通过远程输入/输出模块 （RIOMS）与TCMS系统接口。RIOM被 分布在每辆车中，从而减少配线和相应 的重量。在每个重要位置上均预留冗余 的RIOM。
注：有 重影的 设备表 示冗余。
ACU:
Auxiliary Control Unit 辅助控制单元 Brake Control Unit 制动控制单元
GATE 1 in TCN network MVB line “1”
GATE 2
MVB line “2”
MVB 1 MPU “1”
MVB 2
MVB 1 MPU “2”
MVB 2
I/O 2 Red.
I/O 1 Red. I/O NON Red.
I/O 1 Red.
I/O 2 Red.
I/O NON Red.
五、车辆总线
• 车辆总线为MVB（Multifunction Vehicle Bus，多功 能车辆总线）。 • 该总线使用阻抗受控的冗余介质，其传输的信息速率 约为1.5 Mb/s。最大传输距离200米，32个节点（设 备）。 • 备用节点至少每段为20%。用于处理数据的备用带宽约 为30%。 • 在此总线上可以使用不同的轮询周期：从用于快速信 息的32 ms到用于较次要信息的512 ms。 • 每个车组有3条总线：牵引、车内设施和信号。
TS:
WC CB
Driver’s Instruments display 司机仪器显示器
Toilet 厕所 Battery Charger充电机
• TCMS主要零部件可以按照以下分组： • 列车控制与监视单元：
– – – – MPU(微处理单元) WTB/MVB网关 RIOM（远程I/O模块） MVB 中继器