CRH2动车组列车控制网络结构
CRH2型动车组网络通信技术浅述
CRH2型动车组网络通信技术浅述作者：于孟来源：《中国新技术新产品》2014年第20期摘要：本文简要介绍了列车通信系统应用现状和发展趋势，阐述了CRH2型动车组网络控制系统的组成及功能，详细论述了该系统的网络拓扑结构。
关键词：列车网络通信系统；网络总线；光纤；ARCnet；TCN中图分类号：U270.38 文献标识码：A1 列车通信网络系统应用现状随着电子技术的发展，网络技术越来越频繁的应用到列车的监视控制和管理系统中，推动着列车控制系统向着智能化、网络化和信息化的方向发展。
目前列车的网络通信技术主要有如下几种。
1.1 WTB/MVBWTB/MVB网络技术在欧洲得到了广泛应用。
据不完全统计，共有301套WTB/MVB车载网络和26套MVB车载网络由ADtranz瑞典完成。
还有717套WTB/MVB车载网络、5套WTB车载网络和393套MVB车载网络由ADtranz其他TCN项目完成。
1.2 LonWorksLonWorks在北美地区得到了广泛应用，纽约地铁就采用了LonWorks的总线方式。
日本的川崎重工和加拿大的Bombardier也开始将LonWorks应用于他们的铁路列车上。
1.3 ARCNET网络ARCNET网络主要应用于日本动力分散型电动车组上，主要的供应商有三菱、日立等公司，国内开行的CRH2型动车组就采用了这种通信网络。
1.4 CAN网络CAN总线也在列车通信网络系统中有了一定的应用。
国防科技大学磁悬浮技术工程研究中心就研制出了一种应用CAN总线方式的CMS-3型磁悬浮列车；而“神州”号DMU的动力重联（列车总线）也使用了这种总线方式。
2 CRH2型动车组网络通信系统介绍2.1系统组成及功能简介CRH2型动车组网络通信系统是基于ANSI/ATA-878.1（又称为ARCNET）协议开发设计的TIS系统完成的，整个信息系统通过列车的总线进行通讯信息的传送，而车辆运营即时状况和车上装置的动作信息也得以统一体现。
CRH2型动车组简介之LKJ2000型监控记录系统
主
还是常闭接点
机
根据机车情况
X30:12
X30:13
X30:14
X30:20
保压
选择使用常开
常闭接点 1 常开接点 1 常开接点 2 常闭接点 2
还是常闭接点
紧急制动
X30:15
H
型
卸载
主
X30:7
X30:8
常开接点 1 常开接点 2
动车组使用常 开接点，与普通
型相同
机 最小常用
X30:10
X30:11
3、制动信号配线
由于动车组上同时安装了 ATP 和 LKJ 设备，是 ATP 控车还是 LKJ 控车是由 ATP 系统 决定的，所以两个控车系统之间要有信号进行通信，以保证每个系统能够正常控车。LKJ 的制动输出与普通型不同，对外引出插头及定义也不完全相同。LKJ 所有的制动输出都经过 制动隔离开关，当制动隔离开关置于“正常”位时，LKJ 的制动信号才能输出；当制动隔离 开关置于“隔离”位时，LKJ 可以正常运行，但制动控制信号不能送出。具体区别见下表 1：
CRH2 型动车组简介之 LKJ2000 监控系统
目录
一、概述................................................................................................................................... 3 二、动车组监控装置介绍 ....................................................................................................... 3
CRH2型动车组旅客信息系统概述
CRH2型动车组旅客信息系统概述旅客信息系统是一个能够给旅客提供语音、文字信息或音频、视频服务的系统。
随着全民素质的不断提高，旅客对列车信息系统所提供信息量的需求也越来越大，希望列车广播系统能够及时发送列车当前到站、前方到站、正晚点情况、当前时间、运行速度、临时停车等语言信息。
同时，通过信息显示装置看到相关的文字信息。
CRH2型动车组的旅客信息系统主要由广播联络系统、无线收音系统、车外信息显示设备、车内信息显示设备、车内标识、列车运行信息显示设备等设备或系统组成。
CRH2型动车组充分利用动车组计算机通信网络平台，将动车组的旅客信息系统、动车组的运行控制系统、列车运行安全监测和故障诊断系统组成了列车信息控制系统。
12.2广播联络系统CRH2型动车组的广播联络系统向乘客提供较为完善的广播信息服务，同时司机和乘务人员可以通过广播联络系统实现车内通信联络、列车广播等功能。
广播联络系统具有一台自动广播装置(AAD)安装在7号车(M1s)的乘务员室内，由乘务员负责管理，用于列车广播；司机利用设置在两个司机室内的司机室控制放大器(CAMP1)和联络装置(INT)，完成司乘人员通信联络、列车广播的动作。
广播联络系统从列车信息控制系统处接收播放所需要的信息，播放预先设定的车内广播。
即使发生停车车站变更(车辆行驶晚点)等情况，由于从列车信息控制系统获得的信息会发生相应的修改，所以可以准确地播出内容。
旅客信息的显示确认和外部声音的输出设定等都能在广播联络系统自动广播装置(AAD)的液晶显示器上完成。
在装置无异常状况，并且从外部通信接收到运行信息时，本装置会自动切换到自动运行。
12.2.1系统构成CRH2型动车组广播联络系统的设备主要有：自动广播装置(AAD)、司机室控制放大器(CAMP1)、联络装置(INT)、乘务员室控制放大器(CAMP2)、配电盘控制放大器(CAMP3)、输出放大器(PAMP)、车内扬声器(SP)、通过台扬声器(SPD)、监视器扬声器(MSP)、司机室监视器扬声器(MSP)、乘务员室车门扬声器(DOSP)、车门音响装置、控制器、呼叫显示盘等。
CRH2型动车组设备通信网络
CRH2型动车组设备通信网络CRH2型动车组设备采用一套LKJ2000型列车运行速度监视控制装置。
LKJ2000型监控装置车载部分主要由主机箱、显示器、事故状态记录器(选件)、速度传感器、压力传感器、双针速度表组成。
装置主机采用双套热备冗余工作方式，由A、B 两组完全独立的控制单元组成，每组单元都有完整的信号输入及控制输出接口模块连接，单元内部各不带CPU的插件之间采用VME并行总线与监控记录插件连接，不带CPU的插件包括模拟量输入/输出插件、数字量输入插件、数字量输入/输出插件及电源插件；带CPU的插件之间采用cAN标准串行总线连接，这些模块包括监控记录插件、地面信息处理插件及通信插件。
系统内部串行通信网络也采用A、B两组冗余方式。
A、B组两个监控记录插件之间采用同步通信方式进行数据交换。
主机箱与显示器及事故状态记录器之间采用与主机箱内部网络相同的双路CAN网络进行连接。
11.5.1LKJ2000设备及接口LKJ2000型列车运行速度监视控制装置的设置及通信接口。
(1)装置的基本工作方式是将运行全程线路的参数事先存储于主机中，作为监控工作的依据，并能够与地面信息交换，采用车载或车载数据与地面信息相结合的控制模式。
(2)系统采用双机主从热备冗余方式(模块级冗余)，当工作机出现故障的情况下，自动切换到热备机工作，当任意一个单元或通道出现故障的情况下，自动启用备用单元或通道，大大提高了工作可靠性。
(3)采用先进的32位微处理器MC68332作为系统主CPU，具有较高的执行速度、控制精度，较高的稳定性和很强的数据处理能力。
(4)采用控制器局域网(CAN)作为系统内部通信方式进行数据交换、CAN总线器件本身带CRC校验功能，具有高强的检错与容错的能力，使传输可靠性进一步提高。
(5)监控功能的制动模式限速曲线采用实时计算，并考虑客/货车，制动机种类、线路坡度等因素对制动距离的影响，使制动距离尽量接近实际。
CRH2型动车组信息传输
CRH2型动车组信息传输信息传输系统由光纤连接各中央装置及终端装置，构成双重环路结构。
主要实现信息分散采集、网络传输、集中处理、并对各类信息进行实时汇总分析。
本章主要介绍信息传输系统的系统组成、网络结构、信息传输协议、列车通信网络、车厢通信网络、车载速度控制装置的通信网络、旅客信息网络设备及接口、维修接口和维修信息的传输等内容。
11.1概述CRH2型动车组信息传输系统通过贯穿列车的总线传输信息，并且对列车运行状况及车载设备动作的相关信息进行集中管理，可以有效地实现对司机和乘务员的辅助作用，加强对设备的保养和提高对乘客的服务质量。
传输的信息主要包括控制指令、设备状态数据和故障诊断数据三大信息。
对控制指令等要求有应答的重要数据，中央装置光节点同时向环路的两个方向发送信息，以便即时避开故障点。
对于监控信息等其他的数据，采用单方向传输，如果发信源的光传输节点没有检测到应答，则向另一方向的传输回路发送信息。
信息传输系统主要由列车信息中央装置(简称中央装置)、列车信息终端装置(简称终端装置)、列车信息显示器、显示控制装置、IC卡读写装置以及乘客信息显示器等组成。
头车中设置由控制传输部和监视器部组成的中央装置，具有列车信息管理和向列车信息终端装置传输数据的功能。
各车厢分别设置有一台终端装置，实现各车厢中车载设备的信息传输。
传输线有列车信息传输线(光纤)及自我诊断信息传输线(双绞线)两种。
列车总线采用光纤技术，其适用规格为ANSI878.1“ARCNET”，传输速度为2.5Mbit/s，拓扑结构为双重环形。
其中，牵引变流器和制动控制装置的传输适合使用光纤方式，采用20mA电流环形方式。
一部分设备的传输采用高级数据链路控制HDLC方式，步调同步方式，传输速度为192kbit/s，19.2kbit/s，9.6kbit/s，拓扑结构为点对点。
自我诊断传输线采用双绞线，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议，传输速度为38.4kbit/s。
CRH2型动车组列车运行控制系统车载设备概述
CRH2型动车组列车运行控制系统车载设备概述列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)是铁路运输的基础设施，是保证列车运行安全、提高运输效率、实现铁路统一指挥调度的关键技术设备，也是铁路信息化技术的重要技术领域。
列车运行控制系统ATC(AutomaticTrainControl)包括3个子系统：列车超速防护系统ATP(AutomaticTrainProtection)；列车自动操作系统ATO(AutomaticTrainOperation)；列车自动监控系统ATS(AutomaticTrainSupervision)。
在我国铁路领域中，列车自动操作系统ATO的应用目前尚未提到日程，所以不常提及，目前主要采用列车超速防护系统ATP，以下简称“列控系统”。
(1)CRH2型动车组列控系统的组成列控系统由地面和车载设备构成，见图16.1。
列控ATP的控制中心在地面。
它以地面控制中心的信息作为列车运行指令的信息源，通过轨道电路和应答器设备获取前方运行区段的运行线路参数信息，以应答器等设备自动校核列车走行位置，实现对列车运行速度的安全监控和列车运行实际参数的采集、记录，车载ATP本身具有主体机车信号、通用式机车信号功能。
地面设备由车站列控中心，地面电子单元(LEU)、点式应答器、ZPW-2000A(UM)系列轨道电路、车站闭环电码化、车站计算机联锁等组成。
ATP地面控制中心与CTC或TDCS联网，实现运输指挥中心对列车的直接控制，达到了车地一体化的列车控制能力。
CRH2型动车组车载列控系统同时装备ATP车载设备和列车运行监控装置LKJ2000，如图16.2。
车载设备由车载安全计算机、轨道信息接收单元(STM)、应答器信息接收单元(BTM)、制动接口单元、记录单元、人机界面(DMI)、速度传感器、BTM天线、STM天线等组成。
车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离模式曲线.控制列车运行。
CRH2型动车组ATP系统
CRH2型动车组ATP系统CRH2型动车组的两头车各装有1套列车运行控制(ATP)车载设备，是将接收到的地面信息作为基础，由车载设备生成速度控制曲线，并经常与实际速度相比较，如果实际速度超过了速度控制曲线，车载设备自动实施制动。
地面信息和ATP车载设备的控制状态由置于司机操纵台上的司机操作及显示界面(DMI)来显示。
司机在注视前方的同时监视DMI，通过DMI或者前方线路状况来操作牵引手柄和制动手柄，控制列车的加速、减速。
同时，司机还根据需要通过按压DMI画面上的开关进行确认操作和警戒操作等。
ATP系统控制方法可有2个选择模式，即机控优先和人控优先。
司机通过设定车载设备内部带有的开关来决定选择，运行中不能变更。
另外，在机控优先模式下，根据控制状态有时会暂时自动变换为人控优先的情况。
16.2.1概述ATP车载设备用于CTCS2区间实施制动。
不过在CTCS0区间LKJ设备代替ATP车载设备实施制动，由哪个设备来控制，是当列车通过区间转换位置的时候，ATP车载设备自动进行转换。
但发生异常的时候，也可以通过司机操作DMI的按键，进行手动转换。
200km/h线路区段CTCS系统建设要达到CTCS2级。
200km/h线路分为既有线提速200km/h区段和客运专线200km/h区段，要求CRH2型动车组列车能下线运行在CTCS1和CTCS0线路区段。
按照有关的规范和技术条件，对ATP系统的基本功能要求如下：(1)在不干扰机车乘务员正常操作的前提下有效地保证列车运行安全。
(2)在任何情况下防止列车无行车许可运行。
(3)防止列车超速运行。
(4)防止列车溜逸。
(5)应具有车尾限速保持功能。
(6)规定范围内的车轮打滑和空转不得影响车载设备正常工作。
(7)人机界面的基本功能是为乘务员提供必须的显示、数据输入及操作，并能够以字符、数字及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离。
能够实时给出列车超速、制动、允许缓解等显示以及设备故障状态的报警。
CRH2网络系统结构
10～80％（无凝结）
30～90％（无凝结）
3
耐振性
JIS-E4031 1种B
4
电源（DC100V）
70～110V(DC100V)
70～110V(DC100V)
5
绝缘电阻
10MΩ以上（用500V兆欧表测量DC100V输入端子与大地间）
20MΩ以上（用500V兆欧表测量充电部与大地之间）
6
绝缘强度
AC1200V、50／60Hz、1分钟
列车信息控制系统适用以下工作环境。
表12-4列车信息控制系统工作环境
序号
装置
项目
列车信息中央装置
列车信息终端装置
列车监控显示器
IC卡读卡器
车内信息显示器
1
环境
温度
性能保证
0～40℃（时间日历功能10～40℃）
动作保证
-25～45℃
-5～40℃
0～50℃
储存保证
-25～60℃
2
相对湿度
10～90％（无凝结）
中央装置：由输入输出连接器、电路板、后板、架子构成。
（2）终端装置(型号：MS-A941-G1、-G2)
终端装置：由输入输出连接器、电路板、后板、架子构成。
有AIN底座的终端装置型号为MS-A941-G1、没有AIN底座的型号为MS-A941-G2。
（3）列车监控显示器(型号：MS-A942)
CRH2型动车组网络控制系统通信冗余设计
CRH2型动车组网络控制系统通信冗余设计摘要：CRH2型动车组网络控制系统具备完善的冗余功能，通过介绍网络控制系统组成和架构，从控制冗余、通信冗余、显示冗余等方面详细说明网络控制系统的冗余设计，以此保证了动车组安全稳定运行。
关键词：列车网络控制系统；中央装置；终端装置； CRH2型动车组；冗余；引言：CRH2型动车组是和谐号动车组重要组成部分，运营速度在200km/h至350km/h之间，因其运营速度快、稳定性好，CRH2型动车组在我国干线铁路上得到了广泛应用。
网络控制系统作为CRH2型动车组的大脑和神经中枢，不但要完成控制指令的可靠传输，而且要实现整车的状态监视和故障诊断。
研究和完善网络控制系统的冗余性设计，保证网络控制系统的高可靠性，对CRH2型动车组持续稳定的运营有重要意义。
CRH2型动车组网络系统负责完成整车的控制逻辑、故障检测、状态显示以及旅客信息服务等功能。
CRH2型动车组网络系统车辆信息显示器的主要功能包括：实时监视车辆运行过程中的各个设备工作状态，实时显示车辆运行信息，实时控制车辆服务设备的运行工况，方便检修人员对车辆工作状态进行检修、诊断。
1．网络控制系统组成CRH2型动车组网络控制系统由中央装置、终端装置、显示控制装置、车辆信息显示器、IC卡读写装置组成。
1.1中央装置中央装置被安装在头车，作为列车控制单元，中央装置负责整车的数据处理和交互，控制头车中的显示装置并监视列车上的主要设备。
中央装置的控制部分和监视部分相互独立，并且控制部分和监视部分各自都有热备冗余。
中央装置有CPU1和CPU2两个CPU来执行应用程序来整体控制管理中央装置，它们独立地控制显示器，如果其中一个CPU故障，另一个继续承担工作，更严重的若整个中央装置失效，在另一个头车中的中央装置会正常承担起工作，因为它们是相互独立且热备冗余的。
1.2终端装置终端装置被安装在所有车辆中。
作为车辆控制单元，终端装置承担着向各子设备传输控制指令并搜集各子设备状态信息的功能。
CRH2型动车组列车通信网络
CRH2型动车组列车通信网络信息传输系统采用列车级和车厢级两级网络结构。
列车级网络为连接编组各车辆的通信网络，以列车运行控制为目的，连接各中央装置和终端装置，采用双重环网结构。
车厢级网络为连接车厢内设备的通信网络。
11.3.1列车级网络结构列车级网络由中央装置、终端装置、列车信息显示器、显示控制装置、IC卡读写装置及乘客信息显示器等设备构成。
各装置在列车内的配置情况如表11.11所示。
列车总线光纤双重环网布线结构如图11.12所示。
表11.11信息传输系统设备配置*1：有模拟输入(AIN)卡动车组列车级网络有两种类型。
其一为光纤环网，连接所有中央装置与终端装置，采用ANSI/ATA-878.1(ARCNET)协议，其二为自我诊断传输网，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议。
列车总线传输线路包括车辆信息传输线(光纤环网)及自我诊断信息传输线(双绞屏蔽线)两种。
车辆信息传输线由环线回路(100p)构成，如果在一个方向的环绕中检测到没有应答的情况，就向另一个方向的环绕传输，能够避开故障部位。
另外，当两列车联挂编组时车辆的中央装置之间由双绞屏蔽线连接。
当条件成立时，打开环线回路(100p)，将联挂前的独立环线回路(100p)结合在一起，就能保持编组环线回路(100p)的结构。
列车总线光纤双重环网布线结构参见图11.12。
性能如下。
光纤网：①通过光纤双重环路传输；②固定长度的循环传输方式(传输控制指令)；③令牌传递方式(传输监视器状态)；④标准传输周期10ms；⑤适用光纤QSl85/125；⑥传输速率2.5Mbit/s。
自我诊断传输线：①通过多站结合进行的单向传输(控制发送部→控制接收部)；②固定长度的循环传输方式；③传输周期10ms标准；④符号化基带方式24V(P-P值，120Q 平衡电路)；⑤HDLC方式38.4kbit/s；⑥双CPU方式的失效保护传输。
11.3.2列车级网络设备及配置列车级网络设备主要包括中央装置、终端装置、显示控制装置、显示器和IC卡读写装置。
CRH2型动车组主要电气机械设备原理与组成
1
CRH2 型动车组司机操作手册
第 9 章主要电气机械设备原理及组成
2．牵引方式 动车组采用动力分散交流驱动方式，在前后两端都设有司机室。在前端的司机室内进行操作。 动车组（4M4T）在规定载客人数、平直线路、干轨运行的启动加速度0.406m/s2 (1.46km/h/s)。 定速范围为30 ～ 200 km/h。电源方式为交流25KV，50Hz(特高电压连接、1个受电弓受电)。 在最高电压31KV、最低电压17.5KV的电源变动范围内可正常运行。但是，额定输出只限于电 源电压在22.5-31KV的范围内。
3
CRH2 型动车组司机操作手册
第 9 章主要电气机械设备原理及组成
牵引电机采用三相鼠笼式感应电机，其轴端设置有速度传感器、用于检测牵引变流器测 速以及制动控制装置的速度（转子频率数）。
牵引系统故障时可分别对 M1 车、M2 车切除动力，也可以通过断开 VCB 切除一个牵引单 元。不影响另一个单元的牵引。
CRH2 型动车组司机操作手册
第 9 章主要电气机械设备原理及组成
第 9 章主要电气机械设备原理及组成
一、牵引系统 1．牵引系统的组成 动车组以 2 动 2 拖为一个基本动力单元。 一个基本动力单元的牵引系统主要由网侧高压电气设备、1 台牵引变压器、2 台牵引变 流器、8 台三相交流异步牵引电机构成。 （1）网侧高压电气设备 主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。 受电弓（DSA250 型）： 每个基本动力单元 1 个，全列共 2 个。单臂型，额定电流 1000A，接触压力 70±5N，弓 头宽度 1950mm，具有自动降弓功能，适应接触网高度为 5300－6500mm，列车运营速度为 200km/h。 主断路器：（CB201C-G3 型）： 每个基本动力单元 1 个，全列共 2 个。真空型，额定开断容量 100MVA，额定电流 200A， 额定断路电流 3400A，额定断开时间小于 0.06 s 。 高压电流互感器： 每个基本动力单元 1 个，全列共 2 个。变流比 200/5A，用于检测牵引变压器原边电流。 避雷器（LA204 或 LA205 型）： 每个基本动力单元 1 个，全列共 2 个。额定电压 42KV（RMS），动作电压（57KV）以下， DC 限制电压 107KV。 接地保护开关（EGS 开关、SH1052C 型） 每个基本动力单元 1 个，全列共 2 个。额定瞬时电流 6000A（15 周）。 （2）牵引变压器（ATM9 型） 一个基本动力单元 1 个牵引变压器，全列共 2 个。采用壳式结构、车体下吊挂、油循环 强迫风冷方式。具有 1 个原边绕组（25KV、3060KVA），2 个牵引绕组（1500V、2×1285KVA）， 1 个辅助绕组（400V、490KVA）。采用吕线圈、轻量耐热材料和环保型硅油，重量 2910kg， 效率大于 95％。 （3）牵引变流器（CI11 型） 一个基本动力单元 2 个牵引变流器，全列共 4 个。采用车下吊挂，液体沸腾冷却方式。 主电路由脉冲整流器、中间直流电路、中间整流电路、逆变器构成，采用 PWM 方式控制。 中间直流电压为 2600－3000V（随牵引电机输出功率进行调整），1 个牵引变流器采用矢量 控制原理控制 4 台并联的牵引电机。效率大于 96％，功率因数大于 97％。 （4）牵引电动机（MT205 型） 每节动车有 4 台并联牵引电动机，一个基本动力单元 8 台，全列共 16 台。 牵引电动机为 4 极三相鼠笼式异步电动机，采用驾悬、强迫风冷方式，通过挠性齿型连 轴节连接传动齿轮。额定输出功率 300KW，额定转速 4140rpm。
CRH2型动车组总体技术
CRH2型动车组总体技术2.1动车组总体技术CRH2型动车组为动力分散、交流传动电动车组。
动车组具有“先进、成熟、经济、适用、可靠”的技术特点。
先进：动车组采用铝合金空心型材车体，采用了先进的IGBT功率元件以及VVVF牵引控制方式。
成熟：动车组的原型车为日本新干线动车组，其主要系统和部件均有长时间的运营业绩。
经济：动车组采用了流线型设计，各车辆的最大轴重仅14t，牵引和制动能耗低。
另外，列车采用再生制动方式，在节能、环保以及减少机械损耗等方面具有独特的优越性。
适用：动车组具有速度提升能力，通过调整动车、拖车的比例，动车组能够灵活适应200～300km／h各速度等级的运行。
另外，动车组还可以通过两列联挂来满足大运量的需求。
可靠：动车组采用了先进的防滑、防空转控制系统和自动列车保护系统，为列车在各种运行环境下的准时性提供了可靠的保障。
2.1.1列车组成和主要参数2.1.1.1编组CRH2型动车组最高运营速度为250km／h，可在中国铁路既有线路(指定区间)和客运专线上运行。
动车组采用8辆编组，4动4拖，由两个动力单元组成，每个动力单元由2个动车和2个拖车(T-M-M-T)组成。
CRH2型动车组编组见图2.1，动车组编组代号意义参见表2.1。
动车组前后两端均设驾驶室，列车通常运行时在前端的驾驶室内进行操作。
受电弓设在4号和6号车上，动车组运行时采用单弓受流，另一受电弓处于折叠状态。
两列动车组可联挂运行，联挂时受电弓采取双弓受流。
表2.1动车组编组代号含义表注：数字1，2表示不同型号。
2.1.1.2轴重配置动车组各车的质量如表2.2所示，列车定员610人，最大轴重为14t，最小轴重11.7t。
表2.2CRH2型动车组各车辆的质量2.1.1.3车辆定位车辆的定位、转向架、车轴及车轮的编号按图2.2进行定义。
2.1.1.4车内主要设备配置CRH2型动车组具体编组结构参见图2.3，各车辆的车内主要设备如表2.3所示。
动车组网络控制系统-CRH2A、CRH380A型动车组网络控制系统
局 No.2
D7 D6
D5 D4 D3 D2 D1 D0
RESET
0 T-SW
T-CN
T-CN
+5 Vadl
P5 N5
+24 Vadl
P24 N24
RD SD CH 1 2 3 4 5 6 7
R/H W/F
ＣＰＵＲＵＮ ＯＮＬＩＮＥ１ ＯＮＬＩＮＥ２
ＳＮ２ ＳＮ１ ＣＴ２ ＣＴ１ ＴＮ２ ＴＮ１ ＴＬ２ ＴＬ１
+24 Vadl
P24 N24
ONL1 ONL2 FLT1 FLT2 BER1 BER2 SD1 RD1 RS1 SD2 RD2 RD3 RD4
局 No.1
局 No.2
D7 D6
D5 D4 D3 D2 D1 D0
RESET
0 T-SW
ONL1 ONL2 FLT1 FLT2 BER1 BER2 SD1 RD1 RS1 SD2 RD2 RD3 RD4
23:23:42
23:23:42
23:23:42
23:23:42
+5 Vadl
P5 N5
+24 Vadl
P24 N24
ＣＰＵＲＵＮ ＯＮＬＩＮＥ１ ＯＮＬＩＮＥ２ ＳＮ２ ＳＮ１
ＣＴ２ ＣＴ１ ＴＮ２ ＴＮ１ ＴＬ２ ＴＬ１
R/E F/W/H
ＳＤ / ＲＤ ＳＤ / ＲＤ CH １/５ ２/６ ３/７ ４/８
1
1*1
列车信息显示器 MS-A942 2
1
2
显示控制装置
MS-A943
2
1
2
IC卡读写装置
MS-A944
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乘客信息显示器
CRH2型动车组控制系统冗余安全设计
CRH2型动车组控制系统冗余安全设计摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进轨道交通建设项目的增多。
随着武广、京沪等高速铁路的正式开通，我国的高铁事业蓬勃发展，针对高速铁路的运营需要，相继出现了一系列高速动车组。
目前高速铁路动车组的持续运营速度为300km/h，因此高速动车组的安全可靠性倍受关注。
动车组制动系统的安全性能和控制模式直接决定了动车组运行的安全性和舒适度，制动系统各子系统、关键部件和控制软件等在设计时必须安全可靠并有足够的冗余。
本文就CRH2型动车组控制系统冗余安全设计展开探讨。
关键词：CRH2型动车组；故障导向安全；安全可靠性引言CRH2型动车组控制系统在设计过程中充分考虑基于故障导向的安全，冗余通信保障和联锁保护等措施，以提升整车控制系统的安全可靠性。
整车控制系统围绕控制指令这一核心要素，在指令传送环节采用了指令安全采集和冗余传送设计，在指令控制方面采用安全联锁设计以及在其他方面的安全可靠性设计。
1制动系统基本功能制动系统具有常用制动、紧急制动、停放制动、备用制动、乘客紧急制动等功能。
（1）常用制动。
常用制动包括直通电空制动（EP制动）和再生制动（电制动）。
首先在动轴上施加电制动，如果电制动力不足，在从轴上施加ＥＰ制动进行补充。
当动轴的电制动不能使用时，用空气制动代替。
（2）紧急制动。
在紧急情况下，制动管被快速彻底的排空，电制动、直通电空制动和间接空气制动冗余产生紧急制动作用。
紧急制动可通过以下情形产生：（1）制动手柄处于紧急制动位置；（2）按下司机室的紧急制动按钮；（3）安全环路断开；（4）列车安全装置（ATP、ASD）启动；（5）列车断开；（6）列车运行时意外施加停放制动。
（3）停放制动。
转向架上设有足够数量的停放制动缸，可保证动车组安全地静置停放在20‰的坡道上。
（4）备用制动。
如果直通电空制动发生故障，动车组可启动备用制动继续运行。
（5）乘客紧急制动。
客室内的乘客紧急制动手柄可将制动信号迅速传递到司机室，并施加最大常用制动作用。
CRH2动车组网络仿真平台中的终端装置仿真软件设计
车 载 设备 仿真 站点
罔２ ＣＲＨ ２动车 组 网络虚 拟仿 真半 台结构
３ 基 于 以太 网 的 Ａ Ｒ Ｃ Ｎ Ｅ Ｔ仿 真 分 析
Ａ Ｒ Ｃ ＮＥ Ｔ网络 以令牌实现介质
访 问控 制 ， 逻辑 环 网 卜 每 个站 点有 唯 一的逻辑 地址 Ｉ Ｄ（ ０～２ ５ ５ ） 。 启 动
网络广 播一 个逻 辑环 网重 构 帧 ， 延迟 一 段时 间后 ， 再
２ Ｃ Ｒ Ｈ ２ 动车组 网络虚拟仿真平台
ＣＲ Ｈ２ 动车组 网络虚拟仿 真平 台基于 以太网实现 ， 即利用 Ｔ控 计算 机模 拟 ＣＲ Ｈ２ 动车 组 网络控 制系统 的 中央装置 、 终端 装置 、 监视器 等系统设 备 ， 并将 这些Ｔ
络 采用 基于 ＡＲＣＮＥ Ｔ的令 牌总线 网络 ，
是 连 接编 组各 车辆 的通信 网络 ， 主要 以 列 车运行 控 制 为 目的 ， 并 以双重 环 网 方
式 连接 编组 中 的 中央装 置 和终 端 装 置 。
车辆 级 网络 为连 接编组 车辆 中 的车载设
备 的通信 网络 ， 终 端装 置与 车载 设备 间 采用点对点 的连接拓扑 。 ＣＲ Ｈ２ 动车组 网
通 信
馈否认 帧ＮＡＫ；该站点 如果收到确认 帧 Ａ Ｃ Ｋ， 便可 以
通过 发送数据 帧 Ｐ ＡＣ传输数据 ， 否则 将令牌 向下一站 传递 。 在 以太 网中实现 Ａ Ｒ Ｃ ＮＥ Ｔ仿真 的关 键是逻辑 环网 的构 建。 在仿真 平台 中， 当一个站点 上 电启 动时 ， 便 向
控 计算 机通 过 以太 网 网线 连接 在交换 机 上 ， 组 成一个
总线 型网络结构 。 利用 Ｗｉ ｎ Ｐ ｃ ａ ｐ 技术将 Ａ Ｒ Ｃ Ｎ Ｅ Ｔ网络帧 封 装 在 以太 网帧结构 中 ， 实 现在 总线 型结构 的 以太 网 上模拟 ＡＲＣ ＮＥ Ｔ令牌环 网的丁作过 程 ， 即物理上为 总 线结 构 ， 逻辑 上 为环 形结 构 。 通 过在 计算 机 上运 行相 应设 备的仿 真软件 ， 从 而实现 Ｃ Ｒ Ｈ２ 动车组 网络控制 系 统 的功能 演示 、 部分性 能及功 能仿真 ， 并能模 拟 Ｃ ＲＨ２ 动 车组 网络 控 制系统 的数据交 换 特征 ， 可 为研 究掌握 ＣＲＨ２ 动 车组 的数据 交换模 型 和网络性 能指 标打下 基
CRH2动车组列车控制网络结构.ppt
列车级网络技术性能
➢ 自我诊断传送线 ✓适用标准：HDLC，固定帧长度的轮询访问 ✓传送速度：38.4Kbps ✓传输介质：双绞线 ✓拓扑结构：总线 ✓信号编码：基带方式 24VP-P(120Ω平衡电路) ✓编组联挂时，自我诊断传送线连接整个列车 ✓控制指令传输周期10ms
10
中央装置机箱结构图
CRH2动车组列车信息网络
1
内容提要
1. CRH2动车组信息网络系统 ➢ 系统结构与技术规格(性能指标)
✓ 传输介质与布线方法 ✓ 系统组成 ✓ 信息传输通道及冗余设计
➢ 列车网络节点设备（中央装置、终端装置） ➢ 车厢智能设备及其与列车网的连接
2
CRH2列车信息控制系统 ——TICS
3
CRH2动车组控制网络功能概述
➢ 三重安全冗余： ✓双重光纤环形网； ✓自我诊断传送线的备份传输。
7
中央/终端装置内部信息传送结构
（司机室：正面）
至电气连接器
显示器
卡架
中央装置
车辆信息传送线（2.5Mbps）
控制指令
监视器部（1系） 控制发信部1系 控制发信部2系
①
③ 光节点1系 ②
③ 光节点2系
① 监视器部（2系）
显示器
卡架
• 列车信息控制系统由监控器和控制传输部分组 成。
• 硬件为一体化装置 • 控制指令传送系统采用独立于监视器部分的双
重CPU方式，具有故障导向安全和备份。 • 通信采用ANSI878.1 ARCNET标准。(美国国
家技术标准） • 头车设置的中央装置为双重系统构成，确保其
可靠性。 • 前后中心的控制单元间采用母线仲裁。
ＣＰＵ ＲＵＮ ＯＮＬＩＮＥ １ ＯＮＬＩＮＥ ２
列车网络控制技术
1．归纳FF，CAN,MVB三种现场总线的数据链路层要点。
MVB链路层数据有效的帧格式见图11)主帧格式:以主起动定界符开始,接着是16位报文数据,然后是8位校验序列。
4位F_code码限制下面的12位并指示从帧大小,如图2所示。
2)从帧格式:以从起动定界符开始,接着是16,32,64,128或256位帧数据,8位校验序列在64位数据的每个字后或在16,32位数据后。
帧文每64位后就有一个校验序列,如图3所示。
3）报文时序:主帧和响应它的从帧称为一个报文。
4）报文类型:过程数据、信息数据和监管数据报文。
MVB/WTB消息链路层实现消息数据通信；对于监视数据，应用层调用MVB/WTB监视数据接口函数实现消息数据通信2．针对控制网络传送数据，一般分为三种数据类型，试解释哪三种类型，通常采用何种传输方式。
3．根据HDLC协议，设计一个带有信号帧、监控帧和无编号帧的一次数据交换传输帧格式及内容。
（1）信息帧（I）：用于传输用户数据，控制字段的第0位规定为‘0’；Ns（发送帧序号）：说明本帧对应的帧序号（采用模8计数），发送端可以不必等待确认，而连续地发送若干帧（不超过8帧），每发一帧，Ns模8计数一次；Nr（待收帧序号）：说明希望接收对方帧的序号（采用模8计数），Nr隐含指示该序号之前的所有帧已被正确接收；P/F（查询/终止指示符）：对于不同的传输模式，该位具有不同的含义。
当采用ARM和ABM传输模式时，P=1要求对方立即予以响应，并在响应中置F=1。
无论使用何种传输模式，P/F总是一一对应的，在接到F=1的帧之前，不允许再发P=1的帧。
（2）监控帧（S）：用于表示接收状态，其控制字段的第0、1位规定为“10”；第2、3位表示了四种类型的监控帧。
Type=00,接收准备就绪(RR)，发送该RR监控帧的一方准备接收编号为Nr的帧；Type=10,未准备就绪(RNR)，发送该RNR监控帧的一方说明已经收妥Nr以前的所有帧，但希望对方暂缓发送Nr帧；Type=01,拒绝接收(REJ)，发送该REJ监控帧的一方说明已经收妥Nr以前的所有帧，但编号为Nr的帧有差错，希望对方重发编号为Nr及其以后的所有帧；Type=11,选择接收(SREJ)，该帧的含义类似REJ监控帧，但希望对方仅仅重发第Nr 帧。
CRH2型动车组列车网络控制系统板卡修程优化可行性分析
CRH2型动车组列车网络控制系统板卡修程优化可行性分析摘要：为贯彻落实中国铁路高质量持续健康发展和提质降本增效的总体部署和要求，通过对列车网络控制系统板卡横向对标、检修写实及现车状态，评估优化风险，分析出列车网络控制系统板卡存在优化空间，对网络板卡进行检修优化可行性分析。
关键字：网络板卡；修程优化1 概述板卡是动车组的关键部分，在动车组平稳、安全、高速运行性能上，起到了不可替代的作用，涵盖了系统控制、状态监控、操作运行、信号传递等功能。
相应地，板卡的可靠性也成为了动车组的重要关注问题[1]。
基于目前修程修制优化需求，网络板卡具备研究研究价值。
2 国内外现状分析调研了国内各车型动车组网络板卡的检修方案，见表1所示。
表1 国内各车型动车组网络板卡（含配件）检修方案对比2.2 国外检修情况CRH2型动车组原型车引进日本新干线技术，其中网络系统为三菱公司生产，三菱建议使用寿命为10年，据调查目前新干线动车组在使用12年后，网络板卡未报废，由车辆运营单位进行检修和测试后继续使用（在支线上使用），实际使用寿命在16年左右。
CRH3型动车组参考ICE动车组维修状态，在480万公里时CCU进行了清灰、电池和风扇更换、性能测试等，其它设备不进行拆解检修，只对功能缺陷的部件进行修复。
2.3 存在的问题动车组运用至480万公里时，CRH2型动车组网络设备及三菱进口显示屏整体更新；其它车型主要为分解修，更新少量电路板或元器件。
3.试验验证为确切掌握动车组网络控制系统板卡的使用寿命，搭建合理的检修架构，结合动车组第4轮三级修，选取了部分TRC2板进行加速寿命试验及仿真分析。
3.1试验设计试验考虑加速应力包括振动、温度、湿度寿命试验。
计算各应力水平下的加速试验条件见表3所示，试验剖面见图1、图2所示。
图1 加速应力水平组合下的试验剖面图2单个循环试验剖面详细分解3.2基于加速寿命试验的使用寿命评估通信板（TRC2）加速寿命试验考虑加速应力为温度、湿度、振动应力，采用广义Eyring模型，计算得到各应力水平下的加速因子。
CRH2A型动车组和CRH1A型动车组列车网络操纵系统的技术特点
CRH2A型动车组和CRH1A型动车组列车网络操纵系统的技术特点一、CRH2A型动车组网络操纵系统：一、网络操纵概述：CRH2动车组列车网络操纵系统采纳贯穿全车的总线来传送信息，从而减轻了列车的重量，而且通过对列车运行和车载设备动作的运行信息进行集中治理，能够有效地实现对司机和乘务员的辅助作用，增强对设备的保养和提高对乘客的效劳质量。
二、网络操纵系统的组成：CRH2动车组列车网络操纵系统由监控器和操纵传输部份两部份组成。
硬件一体化装置，但各自独立组成网络，系统为自律分散型。
操纵传输部份为双重系统，确保系统的冗余性。
通信采纳ARCNET网络标准。
头车设置的中央装置为双重系统组成，确保其靠得住性。
前后中心的操纵单元采纳母线仲裁。
CRH动车组网络操纵系统中引用额车载信息装置和类车信息终端装置组成，同时还有监控显示器和显示操纵器、车内信息显示器、IC读卡器等附属设施。
3、网络操纵系统的功能：1）牵引、制动指令传输；2）设备启动、关闭指令的传输；3）显示灯/蜂鸣器操纵指令传输；4）乘务员支持信息传输；5）效劳设备操纵信息传输；6）数据记录功能；7）车上实验；8）自我诊断传送线；9）远程装载功能；10）列车信息装置的自我诊断功能；11）信息显示功能。
4、网络操纵系统的拓扑结构：CRH2动车组网络操纵系统采纳列车和车辆两级网络结构。
列车网络为连接编组各车辆的通信网络，以列车运行操纵为目的，以光纤和双绞线为传输介质，连接各中央装置和终端装置，采纳双重环结构。
车辆级网络结构为连接车箱内设备的通信网络，要紧传输介质为光纤和电流环传输线。
1）列车总线列车总线有两种类型：其一为列车信息传输线，以光纤为传输介质，连接所有中央装置和终端装置，采纳ARCNET协议，传送速度为s;其二为自我诊断传输网，以双绞线作为传输介质，连接中央装置和终端装置，采纳HLC作为通信协议。
列车总线的设备由中央装置、终端装置、显示器、显示操纵装置、IC卡架和车内信息显示器组成。
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CRH2动车组列车信息系统
课程内容
1
1.CRH2(四方-川崎)动车组信息网络系统
系统结构与技术规格(性能指标)
✓传输介质与布线方法
✓系统组成
✓信息传输通道及冗余设计
列车网络节点设备（中央装置、终端装置）
车厢智能设备及其与列车网的连接
信息网络系统功能
系统工作原理（传输原理可靠性原理）
系统工作原理（传输原理、可靠性原理）
信息网络系统显示内容含义及其操作
显示设备概述
⏹
⏹触摸屏操作方法概述
⏹显示内容及其含义介绍、智能设备的操作
2
2.CRH2动车组车载故障诊断信息
故障诊断原理
车载故障诊断信息
故障诊断信息的在线查找
故障应急处理
3
动车组招标技术条件中对列车网络控制系统的要求
•动车组上设控制、监测与诊断系统。
该系统可由逻辑控制电路和列车控制微机网络系统两部分组合完成信息传输功
能，也可仅由列车控制微机网络系统完成。
•列车通信和控制微机网络系统应为车载分布式计算机网络系统。
可由多级网络构成。
通讯协议应有兼容性，应符合
相关标准。
•列车前后两个中央控制单元中，只有一个中央控制单元管理器作为总线仲裁器运行，通过钥匙开关选择实现。
一台
被选为总线仲裁器后，另一台则作为备份的总线仲裁器运
被选为总线仲裁器后另一台则作为备份的总线仲裁器运
行。
4
•速度调节
列车按运行图规定速度运行。
车上设有速–列车按运行图规定速度运行车上设有速
度给定装置。
–列车运行速度受车载列车速度控制系统控列车运行速度受车载列车速度控制系统控
制。
该系统应能根据线路允许的速度信号控
制列车运行速度，确保列车运行安全。
当列
制列车运行速度确保列车运行安全当列
车超过规定速度运行时将通过制动系统自动
减速运行。
减速运行
5
•故障对策
–控制系统重要部分应作冗余设计，保证在
工作层失效时冗余层能顶替工作。
–各控制层均应有故障自诊断、保存故障信
息、必要的故障自排除及重要故障信息向上
一级传送的功能。
•投标文件中应清楚地描述该系统的原理、功能、
结构、层次、介质和控制的对象及内容等，应
明确地列出所采用的技术要求
明确地列出所采用的技术要求。
6
CRH2列车信息控制系统
——TICS
7
日本列车控制网络技术概况
•三菱电机、日立和东芝公司均为新干线动车组设
计制造了列车网络控制系统；
•日立公司系统称之为ATI(自动列车信息系统)；
•三菱电机和东芝公司系统称之为TIS(列车信息系统)；
•各公司产品功能和技术水平基本相当；
各公产品功能和技术水平基本相当
•采用标准统一；
•大部分系统部件可以实现互换(显示屏等)；
•网络控制系统在车载设备试验、系统检查和故障
网络控制系统在车载设备试验系统检查和故障
诊断等方面所表现出的性能较强。
8
CRH2动车组控制网络功能概述
CRH2动车组控制网络由三菱电机设计、制造。
列车信息控制装置的三大功能：
✓控制指令传送功能，通过减少列车贯穿线实现
列车轻量化。
列车轻量化
✓状态监视功能，将列车信息显示在司机台的显
示器上，方便乘务员了解列车运行状态。
示器上方便乘务员了解列车运行状态
✓车上检查功能，实现车载设备检查自动化，通
过车上操作减轻列车维护、保养工作。
9
一、列车信息控制系统总体结构
•列车信息控制系统由监控器和控制传输部分组
成。
•硬件为一体化装置
•控制指令传送系统采用独立于监视器部分的双
重CPU方式，具有故障导向安全和备份。
•通信采用ANSI878.1 ARCNET标准。
(美国国家
技术标准）
•头车设置的中央装置为双重系统构成，确保其
可靠性。
可靠性
•前后中心的控制单元间采用母线仲裁。
10
列车级控制的网络组成设备
车辆编号T1c1M22M13T24T1k5M26M1s7Tc28
中央装置11
终端装置11111111
显示器212
显示控制装置212
IC卡读卡器22
11
列车级控制网络拓扑结构
自我诊断传送线
双重环形光纤网络布线
编组重联网络连接线三重安全冗余
编组重联网络连接线
三重安全冗余：✓双重光纤环形网；
自我诊断传送线的备份传输
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✓自我诊断传送线的备份传输。
双重光纤网
✓适用标准：ANSI 878.1 ARCNET
ANSI8781“ARCNET”
✓传送速度：2.5Mbps
✓传输介质：光纤
传输介质光纤
✓拓扑结构：环形
✓冗余措施：双向环形网络，故障导向安全设计
✓编组联挂时，中央装置之间由2对电线(双绞屏
编组联挂时中央装置之间由
蔽线)连接，联挂条件成立时，联挂前两编组中
独立的环线回路结合形成大编组环线回路
✓控制指令传输延迟在50ms以内（编组联挂时依
然如此）
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自我诊断传送线
✓适用标准：HDLC，固定帧长度的轮询访问
固定帧长度的轮询访问✓传送速度：38.4Kbps
✓传输介质：双绞线
传输介质绞线
✓拓扑结构：总线
✓信号编码：基带方式24VP-P(120Ω平衡电路)
✓编组联挂时，自我诊断传送线连接整个列车
编组联挂时自我诊断传送线连接整个列车
✓控制指令传输周期10ms
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中央装置机箱结构图
接线插座
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中央装置外形图
17。