CRH2型动车组列车通信网络
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。
列车CRH2组通信网络
目录第一章绪论...............1.1 国内外铁道车辆网络技术的发展........1.2 国内外列车通信网络技术发展概况............. 1.3 国内列车发展第二章列车通信网络结构................................... 2.1 TCN的适用范围.....................2.2 TCN的网络结构..................2.2.1 TCN的网络拓扑结构..................2.2.2 TCN的网络体系结构.....................2.3 MVB总线............................2.3.1 MVB传输介质..........2.3.2 MVB 设备.........2.3.2 MVB 报文.............2.3.3 MVB 介质访问...............2.3.4 MVB 容错......................2.4 WTB总线....................2.4.1 WTB拓扑.............2.4.2 WTB 的介质......................2.4.3 WTB的介质连接方式.........................2.4.4 WTB报文...............2.4.5 WTB 介质访问....................2.5 实时协议.......................2.5.1 列车通信网络服务................2.5.2 变量服务.............2.5.3 消息服务...... ..................2.6 LonWorks总线概述...............2.7 LonWorks总线拓扑结构. ..............2.8 LonWorks通信网络协议..........第三章访问控制方式分析.......................3.1 载波监听多路访问.................3.2 令牌环访问控制方式............................3.3 令牌总线访问控制方式..................第四章列车网络通讯的具体应用................4.1 CRH2动车组概述.......................4.2 CRH2网络控制系统概述..........................4.2.1 系统组成及功能简介..........................4.2.2 网络拓扑结构..........................4.2.3 可靠性与冗余性..........................4.3 LonWorks在列车通信网络上的应用..............4.4 TCN在列车通信网络上的应用................结论................致谢...................参考文献......................第一章绪论高速、舒适是世界铁路发展的主要目标和方向。
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型列车通信网络系统仿真
２ ＣＲＨ２型 列车 通信 网络介 绍 ＣＲＨ２型 列 车 信 息 传 输 系 统 通 过 贯 穿 列 车 的 总 线 传 输 信
义 。近年来 ，列车通信 网络技术 已引起 越来越多研究 工作者 的兴趣与重视 ，其 中对其进行模拟仿 真研 究便是～种 既方便 又快捷 的研 究方案。然而 ，很多文章对 列车通信 网络 的仿真 研究都是在总线结构上逻辑地实现双环网功能 ［２］．这种结构
基金项 目：国家 自然科学基金 （６１４９０７０２） 收稿 日期 ：２０１６一ｌ１—０８ 修 回日期 ：２０１７—０３—０５
ＡＢＳＴＲＡＣＴ ：ＣＲＨ２ ＥＭＶ＂ｓ ｔｒａｉｎ—ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｕｓｅｓ ｄｏｕｂｌｅ—ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｂｕｔ ｍａｎｙ ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｏ１３ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａ ｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂｕｓ—ｂａｓｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｂｉｇ ｄｉｆ ｉｅｒｅｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ—ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍ ｅ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ－ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｒｏｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄ ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔ ｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＯＰＮＥＴ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｉｌｌ，ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｏｔｈ ｉｎ ｎｏｒ ｍ ａｌ ａｎｄ ｆａｕｈ ｃａｓｅ．Ｗ ｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ａｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｕａｌ—ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｔｒ ｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔ ｆｏｒｍ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｒｅｆ ｌｅｃｔ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ－ｌｏｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔ ｆｏｒｍ ，ｗｈｉｃｈ ｌａｙｓ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｕｌｔ． ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ：Ｔｒａｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
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。
基于arcnet技术的crh2动车组通信网络特点
0引言ARCNET 是一种运用在CRH2型动车组上的络访问协议，是一种基于令牌传递的总线规程。
1997年由美国公司制定，1999年成为美国国家标准。
从OSI 参考模型来看的话，ARCNET 只规定了物理层和数据链路层的服务，并且可开放底层接口。
过去经常作为一种嵌入式网络，运用于办公室网络中，随着时代的发展，用于办公室内的ARCNET 网络逐渐被互联网代替，但是由于ARCNET 网络规程自身的快速性、确定性和可扩展性等特点，作为过程控制网络将非常适合工业领域，而且新型ARCNET 控制芯片非常小巧，因此被广泛应用到工业控制领域、摩天大楼、交通运输、汽车工业、智能机器人和电子游戏等领域。
在欧美和国内应用广泛。
1ARCNET 是典型的令牌总线网(Token Bus )1.1令牌总线网的工作原理令牌（TOKEN ）是环形拓扑网络中传递数据的必要的比特组合。
让环形拓扑网络中的数据单向传输成为可能，可以说令牌是环形网络的标志。
令牌总线网是物理结构为总线型，数据传输为环形的一种网络结构。
令牌总线网到底是如何实现这种传输方式的呢？令牌总线网的原理仍然是使用令牌作为控制总线信息传输的唯一指标。
当总线上所有的终端都处于空闲状态时，令牌按照总线上的终端地址顺序发送，形成一个逻辑链路层的闭合环路。
当其中某一个终端需要发送数据时必须等待，———————————————————————作者简介:柳重阳（1990-），男，甘肃平凉人，学士，助教。
电加热，可在极端工况下使用。
通过在客室内安装温度传感器和电度表进行温度稳定性和用电量测试，并对数据进行对比。
3.2.1温度稳定性对比车辆运行的环境为-8℃~-5℃，客室内空调系统是定为22℃。
通过设置空调根据两列车辆的运行测试数据采集，将车辆客室内各个温度检测点的温度数据进行平均的出整列车客室温度变化确实如图3。
图3客室平均温度变化曲线从图中可以看出电加热的车辆客室温度一直没有达到设定温度，维持在12℃左右，而变频热泵空调制热温度维持在22℃温度上下，且高于定速电加热空调的制热温度；变频热泵空调调热通过改变压缩机运转频率进行无级调节，使客室温度变化更平稳，温度控制更精确，乘坐舒适度要明显优于客室电加热车辆。
CRH2型动车组铁路综合移动通信系统GSM-R
CRH2型动车组铁路综合移动通信系统GSM-R16.4.1概述GSM-R是欧盟、国际铁路联盟、欧洲各国铁路经过10多年开发完善的铁路综合业务移动通信系统，是根据铁路需要，在公用移动通信的基础上专门开发的铁路应用标准，GSM-R 增加了调度通信功能适合高速环境下使用的要素，能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信的要求。
GSM-R系统是话音和数据同传，并能实现综合业务的数字移动无线通信平台，可把铁路各种无线话音、数据通信业务综合于一体，并能传输信号系统的安全信息，如机车信号、列车自动控制系统的信息。
所以GSM-R不仅是铁路各种专门用途的无线通信平台，也是构成上述CTCS3级、4级设备的技术基础。
GSM-R通信网具有适应铁路运输的功能优势，我国铁路已制定对GSM-R进行统一规划、全路组网、分步实施、持续发展的总方针。
随着我国铁路GSM-R的建成，将形成集调度通信、列车控制、客运服务、养护维修、调车作业和信息数据传输等多项业务为一体的综合移动维修通信系统，为运输生产和管理人员提供现代化的通信手段。
16.4.2GSM-R系统组成原理GSM-R是以移动业务交换中心(MSC)为平台的移动通信网络和以固定用户接入交换机(FAS)为平台的有线通信网络互连互通，是移动通信网络和有线通信网络的结合体，是有线调度通信与无线调度通信的融合，实现站车通信一体化，从而形成现代化的调度通信、公务移动、信息传输、列车控制一体化的通信系统。
GSM-R由3大部分组成：GSM-R陆地移动网络、FAS固定网络、移动终端和固定终端，如图16.52所示。
GSM-R系统应用组网原理如图16.53。
铁路沿线采用无线覆盖，机车上采用无线终端，即机车综合通信设备，而车站台和调度台都是有线终端。
采用有线/无线组网方式。
在铁道部、铁路局设置FAS，就近与MSC连接；沿线车站根据需要设置FAS，接入局FAS，既有线干调网、数字区段调度应改造升级后接入GSM-R网络，其中车站台和调度台通过FAS 连接到GSM-R的MSC上，从而实现有线和无线用户的通信。
CRH2动车组列车控制网络结构
ONL1 ONL2
ONL1 ONL2 FLT1 FLT2 BER1 BER2 SD1
一 般
ＳＮ ２ ＳＮ １
+5 Vadl
FLT1 FLT2 BER1 BER2
+5 Vadl P5
检 修
P5
SD1
1 2 3 4 5 6 7
ＯＮＬＩＮＥ １ ＯＮＬＩＮＥ ２
FCT1
ＳＮ２ ＳＮ２ ＳＮ１ ＳＮ１
+24 DSW1 DSW2 RESET DSW1 DSW2 RESET
CRH2动车组列车信息网络 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 动车组信息网络系统 系统结构与技术规格(性能指标) 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） 列车网络节点设备（中央装置、终端装置） 网络拓扑结构
自我诊断传送线
编组重联网络连接线
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： 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 中央 终端装置内部信息传送结构
（司机室：正面） 显示器 中央装置 监视器部（1系） 控制指令 控制发信部1系 控制发信部2系 ③ ③ ① 卡架 至电气连接器 车辆信息传送线（2.5Mbps）
19
显示控制装置外形图
20
显示控制装置电路板布置
+5 Vadl P5
N5
+24 Vadl P24
N24
PSB
CPU6
21
显示器结构及外形图
22
CRH2型动车通信网络协议分析系统的设计与实现
ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｔ ｏ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｂ ｙ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｒ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｗａ ｓ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ － ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｄ ｅ ｖｉ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ． Ｉ ｔ ｗａ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｉ ｔ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ
Ｃ Ｒ Ｈ ２ 型动车通信 网络协议分析 系统的 设计 与实现
于庆 坡Байду номын сангаас，谭 献 海
（ 西 南交通 大 学 信 息 科 学与技 术 学 院 ，成 都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘 要 ：列车控 制 网络是 面向控制 的一 种连接 车载设备 的网络通信 系统，是 分布式列车控 制 系统 的重要 组成部 分，它能够通过 信 息的实 时交互 来实现对列 车各种 车载设备 的通信、管理与控
ｗａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｗｏ ｒ ｋ ． Ｔｈ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｗａ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｎ ｔ ｍｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｒ ｆ
CRH2与CRH5动车组列车信息控制网络比较
结 构 、 质 、 号 编码 、 据格 式 、 介 信 数 容错技 术 和通信 协
议 等 多方 面要 求 和 实现 方 式 ， 以适应 现 代 列 车对 控 制 网络 系统 的技 术要 求 。 列 车控 制 网络 采 用 的 网络 结构 方 式 主要 有 ， 基 于Ｌ Ｎ Ｏ ＷＯ Ｋ 列 车 总线 技 术 的 内燃 动 车组 ； 于 Ｒ Ｓ 基 Ａ Ｃ Ｅ Ｒ Ｎ Ｔ的 列 车 总 线 和 基 于 Ｈ Ｌ Ｄ Ｃ的 车 辆 总 线 的 Ｃ Ｈ Ｒ ２型 动 车 组 ； 于 Ｔ Ｎ标 准 的 Ｃ Ｈ１ Ｃ Ｈ３ 基 Ｃ Ｒ ， Ｒ 和
网络结 构方 式进 行 比较 研 究。
１ ＣＲＨ ２动 车 组
１１ 网 络 结 构 ． Ｃ Ｈ Ｒ ２动 车组 列 车 信 息 控 制 装 置
各 动力 车 的重 联 控制 ； 实现 全 车所 有 由计 算 机 控制
的部 件联 网通 信 和资 源 共享 ； 实现 全 列 车的 制 动控
第 １ 卷第４ ６ 期
２１ ０ ０年 １ ０月
铁 道 运 营 技 术
Ｒ ａ ｌ ａ ｐ ｒ ｔｏｎ Ｔｅ ｈｎ ｏｇ ｉｗ ｙ Ｏ ｅ ａ ｉ ｃ ｏｌ ｙ
ｖｏ１１ Ｏ． ． ６Ｎ ４
Ｏ ｃ ｏ ｒ Ｏ１ ｔ ｂｅ ２ ０
ＣＲＨ ＣＲＨ ２与 车 组 列 车 信 息 控 制 网 络 比较 ５动
地 址 由管理 员 制 定 。在 Ａ Ｃ Ｅ Ｒ Ｎ Ｔ中 ， 所有 总线 上 的 站是 平 等 的 ， 共享 总 线带 宽 。每个 站 得 到令 牌后 只
பைடு நூலகம்
光 节 点 与设 备 之 间采 用 点对 点 通 信 ， 制方 式 控 为轮 询方式 ， 传输 周期 １ ｓ 传输 速度 １２ｋ ｐ 。 ０ｍ ， ９ ｂ ｓ 自我诊 断信 息 通 过 段 站 总 线 结 构 进 行 单 向传 输 ， 用 固定 长 度 的循 环 传 输 方 式 ， 输 周 期 为 采 传
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
2
2
乘客信息显示器
CRH2型动车组网络通信技术浅述
用 双 层 环 网结 构 ，是 连 接 各 编组 车 辆 的 Ｃ Ａ Ｎ总线也在列车通信 网络系统中 列 车 级 通 信 网络 。 下层 网络 连接 车 辆 内 有 了一 定 的应 用 。 国 防科 技 大 学磁 悬 浮 固定设 备 ，主要 作用 于控 制方 面 。 技术 工 程研 究 中心 就研 制 出了 一种 应 用 车 辆 网络主要 采用 了两种 总线类 Ｃ Ａ Ｎ总线 方式 的 Ｃ Ｍ Ｓ 一 ３型磁 悬 浮列 车 ； 而“ 神州” 号Ｄ Ｍ Ｕ的 动力重 联（ 列 车总 线 ） 也使用了这种总线方式。 ２ Ｃ Ｒ Ｈ ２ 型动 车组 网络 通信 系统 介绍
指令 ；⑤记录结果 ；⑥服务控制设备 ； ２ ． ３ 车 辆级 网络 ⑦车 载试 验 ；⑧ 自我核 查 ；⑨远 端指 示 ； Ｃ Ｒ Ｈ ２型 Ｅ ＭＵ ２ ０ ０动 车 组 应 用 了 光 络和 ３ ９ ３ 套Ｍ Ｖ Ｂ车载 网络 由Ａ Ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｚ 其 ⑩ 页面指 示等 。 纤双层环网式的车辆主干网络总线，包 他Ｔ Ｃ Ｎ项 目完成 。 自先 进 的 车辆 网络信 息 系 统 引进 以 容性较高，比较于其他传送方式 ，其传
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 ；Ａ ｌ ￣ Ｃ ｎ ｅ ｔ ；Ｔ Ｃ Ｎ 文献 标识 码 ：Ａ 中图分 类号 ：Ｕ ２ ７ ０ ． ３ ８
１ 列 车通 信 网络系 统应 用现状
装置、 显示控制装置、 车辆信息终端装置 、 ⑤Ｇ Ｉ ５ ０ ／ １ ２类 光 纤 ； ⑥ 传 送 速 度 为
动车组就采用了这种通信网络。
１ ． ４Ｃ Ａ Ｎ网络
算机为核心，连接车辆 的各级装置 ，采 故障引导处理功能 ，大大提升了司乘人
CRH2型动车组信息传输协议
CRH2型动车组信息传输协议列车总线采用光纤技术，其适用规格为ANSI878.1ARCNET，传输速度为2.5Mbit/s，拓扑结构为双重环形结构。
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。
当对牵引变流器、制动控制装置传输信息时，车辆总线使用光纤方式，采用高级数据链路控制HDLC方式。
当对一部分设备传输信息时，采用20mA电流环方式，步调同步方式，传输速度为192kbit/s，19.2kbit/s，9.6kbit/s，拓扑结构为点对点方式。
11.2.1列车总线列车级总线有两种类型。
其一为光纤，连接所有中央装置与终端装置，采用ANSI/ATA-878.1ARCNET协议；其二为自我诊断传输线，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。
(1)ARCNET协议简介ARCNET协议最初由美国Datapoint公司于1977年成功开发并用于办公局域网中，后来以太网以其更快的传输速率和大量的数据传输容量使办公室网络的需求由ARC-NET转向以太网。
而ARCNET协议的时间确定性、数据传输的可靠性和组网的灵活性，使其在工业实时控制系统中找到了新的应用途径。
ARCNET使用RG-62同轴电缆，而这种电缆刚好与IBM3270终端和IBM主机相连的电缆相同，所以这种网络在大量IBM机系统中得到广泛应用。
目前，ARCNET也可使用双绞线和光纤。
新型的ARCNET传输速度已从原来的2.5Mbit/s 增加到100Mbit/s(使用光纤时)。
这种网络采用的媒体访问方法为令牌总线。
ARCNET是一个真正开放标准协议，1999年成为美国国家标准ANSI/ATA-878.1。
从OSI参考模型来看，它提供了网络的物理层和数据链路层服务，说明ARCNET能方便地在两个节点之间实现数据包的发送和接收。
①ARCNET帧结构虽然ARCNET遵从IEEE802.4的协议，但是在具体帧结构上还是存在着差异。
CRH2型动车组维修信息的传输
CRH2型动车组维修信息的传输列车网络传输的信息分为两类：①控制信息：前进、后退、牵引、制动等指令；②监视信息：监视、服务器信息。
列车网中的信息以独立的传输帧(1个信息)传输到环路上。
因为控制指令是很重要的，所以同时向左右相邻节点传输，通过左右两个环路来补偿万一发生错误时的传输延迟。
信息传输系统结构如图11.40所示。
列车网络节点设备由中央装置与终端装置构成，网络传输介质包括双重光纤环网(图中的列车信息传输线)与自我诊断信息传输线。
对于光纤网，数据帧带着目的节点与发送节点的地址将数据传输到相邻的节点，各节点进行判断，如接收数据的目的地址是节点自身的地址则接收，否则将数据传到相邻的节点。
广播数据要带着广播地址进行传输。
另外，当发送方接收到自己发送出的数据时，因已循环了一周，所以将其废弃，结束一次数据传输。
(1)光节点之间的传输①通过光纤双重环路结构传输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(传输监控信息)④传输周期10ms标准⑤适用光纤G150/125⑥传输速度：2.5Mbit/s(2)光节点与设备(牵引变流器、制动控制装置)之间的传输①通过光纤进行点对点连接2线式半双工传输②轮询选择方式③传输周期10ms标准④适用光纤H-PCF200/230⑤HDLC方式192kbit/s(3)自我诊断的传输①通过多站总线结构进行单向传输(控制发送部一控制接收部)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，120平衡电路)⑤HDLC方式38.4kbit/s⑥由Dual-CPU方式进行安全确保式传输(4)设备(乘客信息显示器、空调显示设定器、自动广播装置、辅助电源装置、LKJ2000装置)一监视器部之间的传输①点对点连接的4线式双向传输②轮询选择方式③20mA电流环路方式24V④起止同步方式9600bit/s(5)侧面目的地显示器(仅接收信号)监视器部之间的传输①通过点对点连接的2线式单向传输②20mA电流环路方式24V③起止同步方式9600bit/s(6)距离检测装置(仅发送信号)一监视器部之间的传输①通过点对点连接的2线式单向传输②30mA电流环路方式24V③HDLC方式9600bit/s(7)收音机广播装置(仅接收信号)监视器部之间的传输①通过点对点连接的2线式单向传输②30mA电流环路方式24V③HDLC方式4800bit/s11.7.1司机显示屏维修信息传输司机显示屏维修信息可以通过IC卡读写装置和无线通信设备进行传输。
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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。
11.3.2.1中央装置
中央装置外形如图11.13所示，它由铝合金箱体组成，外形尺寸为482.6mm(宽)×400mm(高)×345mm(长)。
最上部为外部连线插座CN-M1～CN-M8，中间部分安装电路板，下部为通风空间。
箱体后部有两层印刷电路板，最后一层安装外部连线插座，另一层作为各印刷电路板底板，电路板通过连接器与底板连接。
中央装置由13块电路板组成，由左至右分别命名为MDM8-1(左)，TRC，TRC，CPU，DIS，DIO，PS，TXC，TXC，PS。
TRC，CPU，MDM8-1(右)。
具体排列位置如图11.14所示。
各电路板的基本功能如下：
MDM8-1板：中央装置的光信号传输卡。
中央装置用该卡收发光信号，它是信息控制系统的主要传输电路。
TRC板：信号传输卡。
该卡有8个传输通道，包含20mA 电流环与HDLC同步通信电路。
CPU板：中央装置主处理板。
板上CPU字长32位(相当于MC68360).具备4MBROM存储器，2MBRAM存储器。
该板实际上是为中央装置设计的专用嵌入式计算机，用于信息的处理、计算及信息记录。
DIS板：光电隔离数字信号输入卡。
用于处理24V、100V 开关输入信号。
DIO板：光电隔离或继电器隔离数字信号输出卡。
用于处理24V、100V开关输出信号。
PS板：电源卡。
该板为DC/DC电源调整卡，输入为DC100V，输出电压为DC24V与DC5V。
输出电流有两种规格，其中PSB 型容量较大，24V输出2A，5V输出8A，作为中央装置供电电源，其中PSA型容量较小，24V输出2A，5V输出3A，作为终端装置供电电源。
TXC板：控制指令发送卡。
中央装置用该卡可将控制指令发送到车辆设备。
中央装置第二块CPU卡(右边)上装有4个选择开关.用来选择控制系统的运行模式：通用、维修、诊断与备用。
11.3.2.2终端装置
终端装置有AIN底座的为MS-A941-G1、没有AIN底座的为MS-A94l-G2。
终端装置由输入输出连接器、电路板、母板、箱体构成，外形如图11.15所示。
终端装置由10块电路板组成，由左至右分别命名为MDM8-2，MDM9，CPU，TRC.DIS，DIO，AIN，PS，RXC，PS，
具体排列位置如图11.16所示，其中CPU，TRC，DIS，DIO，PS卡的功能与中央装置同类卡相同.其他卡基本功能简述如下。
MDM8-2板：光信号传输卡。
终端装置用该卡收发光信号，它是列车信息传输系统的主要传输电路。
MDM9板：光信号传输卡。
终端装置用该卡与本车辆内制动控制器及牵引变流器交换信息。
MN板：模拟信号输入卡。
终端装置用该卡采集模拟信号，模拟信号输入范围为0～100V。
RXC板：控制指令接受卡。
终端装置用该卡接受中央装置传输来的指令。
11.3.2.3显示控制装置(图11.17、图11.18)
其中PSB和CPU6卡的功能与中央装置PS和CPU卡相同。
显示控制装置是用来进行控制显示器的。
11.3.2.4显示器
(1)列车信息显示器(图11.19)
每个操纵台上设置两台司机用列车信息显示器.另外在7号车厢(M1s-7)设置有一台乘务员列车信息显示器，共5台。
列车信息显示器为触摸式，通过操作触摸屏，可以进行页面切换。
显示页面：彩色LCD8色(黑、红、绿、紫、蓝、黄、白) 分辨率：640×480点
显示文字数：40文字×24行
输入：阻抗模式触摸输入方式
(2)乘客信息显示器(图11.20)
在车厢的两端分别设置有乘客信息显示器，用于显示当前到站、前方到站、正点或晚点、晚点原因、当前时间、运行速度、车外温度、实时新闻、禁烟标志和厕所有无人等旅客信息。
乘客信息显示器为LED点阵显示屏，主要特点如下：
①可显示汉字、英文、数字及符号；
②具有超时保护功能，以保证在任何情况下都能向乘客显示正确的信息。
当接收到有效信号时，显示器将重新正常工作；
③显示内容在断电后可永久保存；
④具有与广播语音信息同步显示的特性。
11.3.2.5IC卡读写装置(图11.21)
IC卡读写装置安装在头尾车厢(T1c-1、T2c-8)，车上系统与地面系统之间的通信采用IC存储卡。
读取IC卡：从IC 卡上读取告示文、停靠站、公里里程的信息。
写入IC卡：将列车信息传输装置上记录的各种信息和牵引变流器上记录的故障数据写入IC卡中。
IC存储卡规格如下所述：
方式非接触式
型号RT-256kB/AVS(或者RT-512kB/AVS)
存储容量 256kB(或者512kB)
接口(IC卡读写装置——显示控制装置)
20mA电流环形方式。