高速列车网络控制系统简介

辆 总 线
车门控制 空调控制 供电控制 轴温检测 制动控制
TCN作用
牵引和车辆控制（遥控、门、灯，。。。） 远程诊断及维护 旅客信息及舒适性
列车通信网络（TCN）
绞线式列车总线（WTB） 多功能车辆总线（MVB）
无线列调 列车总线
车辆总线 诊断系统 电力线 驾驶室
制动
变流器
电机
维护阶段
运行期间出错统计和记录的累计被读出，以 确认设备的故障。
被管理设备
站是提供消息及管理服务的设备； 管理器是能成为总线主的车辆总线设备； 节点是能路由选择消息和安排变量的列车总 线站； 现场设备是无消息能力的简单的车辆总线设 备。
被管理的对象
一致性测试
一致性测试是测定一个实现是否与IEC 61375-1标准一致以及展示IEC 61375-1 标准规定行为的过程。
曼切斯特编码（MVB）
MVB报文
从帧格式
功能码
F_code（功能码） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1wenku.baidu.com 15
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
列车网络控制系统简介
主要内容
高速列车总体系统 列车通信网络简介 半实物仿真平台
CRH3列车编组方式（4M4T）
列车网络控制单元（1－4节）
列车网络控制结构
列车运行自动控制
列 车 总 线
列车故障诊断
机车控制
车
车辆控制1。。 。
车 辆 总 线
车辆控制N
车 辆 总 线
牵引控制 制动控制 辅助控制 车速测量
总线管理器通过令牌传送成为主设备
主设备冗余
链路层服务
初运行后，主设备权传递给另一节点
过程数据 消息数据 监督数据 循环 偶发 循环/偶发
令牌传递自动进行主设备权转换冗余校验
源寻址广播数据 点对点或广播数据报 用于总线管理的数据
TCN服务
实时协议栈RTP
数据类型
过程数据：源寻址数据的周期性广播、 周 期可达1ms（MVB）或25ms（WTB） 消息数据：根据需要发送，目标寻址的单播 或广播； 监视数据：为了事件辨别、主权转移、设备 状态发送而进行的数据交换。
有专门的IEC 61375-2规定一致性测试的 内容。 用来保证不同厂家的产品可安全互联
一致性测试方法
一致性测试内容
一致性等级1：物理一致性 一致性等级2：链路层一致性 一致性等级3：RTP一致性 一致性等级4：应用接口一致性 一致性等级5：网络管理一致性 一致性等级6：功能概要一致性
TCN典型拓扑
线B
WTB 节点 (网关)
总线管理器 1 MVB
冗余总线管理器
总线管理器 2
线A 线B
从 设备3 从 设备4 --------从 设备N
从 设备1
从 设备2
网关节点
网关
过程数据排列 应用程序 转换 表示层 应用程序 表示层 会话层 传送层
实时协议
会话层 过程 变量 过程 变量 传送层
物理层测试
物理层测试归类
列车控制系统层次
半实物仿真平台建设目标
实现TCN网络的数据通信 实现一司机操纵的仿真平台 实现基于TCN网络对牵引电机和门的控制 实现对TCN网络一致性、可靠性、实时性的 测试 研究保证安全行驶的TCN网络性能的提高
半实物仿真平台
司机操纵台
轨道信号
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）
多功能车辆总线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
网络管理的阶段
测试 调试 运行 维护
测试阶段
检查一个设备确认它的能力及强制某种操作。 这样避免制造厂开启设备内部接口及编写专 用的试验应用程序。
调试阶段
当网络第一次上电，它的设备是未知的或是 未组态的。网络管理用下列方法使网络投入 工作：
探查所连接的设备和确认它们的能力； 组态站的参量，并下载程序到该站； 为建立消息通信链路设定路由选择索引； 给管理器装周期扫描表； 读变量或强制变量来模拟工作条件或故障条件
网络层
链路层 物理层 链路层 物理层 链路层 物理层
网络层
链路层 物理层
MVB 段
外族段
过程数据 传输
由组态决 定传输关 系 过程变量 会重新组 织，换成 节点地址 ＋偏置
路由功能
功能索引 帧译码
初运行
列车连挂或解挂时，WTB总线主重新组织 总线，确定每个节点位置和方向的过程。 主设备地址为01，主设备定义方向1为“底 部” ，方向2为“顶部” 时间不超过1s
MVB介质分配
特征轮询周期是 基本周期的2n-1倍 N<=10 周期扫描表中定义
数据集
变量名
变量名={通信存储器，端口地址，变量偏置}
消息数据报文
Message_Data是对包含F_code＝12和设 备地址的Master_Frame的响应，其长度固 定为256 bits。Message_Data包含一个 供所有设备译码的12-bit目的地址。




事件仲裁（F=9,13,14)
WTB帧格式
正常运行时的帧摘要
WTB特点
曼彻斯特编码与MVB不同 介质分配类似于MVB， 主设备自己发送数据时，可自轮询 消息数据不采用仲裁，而采用多次轮询的方 法，（WTB最多32个节点，MVB可挂 4096个设备） 总轮询端节点，检查组成的完整性和是否有 变化
物理冗余
信号 信号速率 地址空间 物理地址 有效的帧长度 完整性
双份物理介质
带16-32位前同步码的曼彻斯特编码 1Mbit/s 8 bit地址 点对点及广播 在4-132个字节之间可变 帧FCS-16，帧校验以及曼彻斯特编码
介质分配
主设备权传送
由一台主设备完成
主设备，强主设备或弱主设备
由一台主设备完成
通信存储器中的内容
过程数据采 用逻辑地址 消息数据物 理地址 过程数据可 随时覆盖 消息数据内 容不可覆盖
监督数据报文
对 F_code ＝ 8 、 9 、 13 、 14 或 15 的 Master_Frame 的 响 应 。 其 长 度 总 是 16 bits。 F=15查询设备状态
网络管理
列车网络管理制定了一系列服务，用于列车通信网 的试运行、测试、运行和维护，例如： a）站标识和控制； b）组态控制：列车总线和车辆总线链路层管理； c）路由和拓扑的分布； d）变量的远程读出和强制； e）下载和上载。
所有服务都可被一个经营者进程远程请求。这些服 务在每个站中通过各代理者进程得到执行。
总线主转移（F=8）
令牌转移算法
令牌转移算法
上电或总线主丢失时，超时的策略保证几个总线管理器中只有一个能成为总线 主； 总线主在依次一定时间内执行总线主权； 在轮到它以后，总线主查阅下一个总线管理器并读出它设备状态，该设备状态 指明该设备是否是一个已组态的总线管理器； 总线主只可以把总线主权传给一个已组态的实际有效的总线管理器； 如果该设备不是一个已组态的实际有效的总线管理器，则总线主在下一轮寻 找下一个总线管理器； 如果该设备是一个已组态的实际有效的总线管理器，总线主发送总线主权转移 请求将主权传递给它； 如果设备以它的总线主权转移响应接受了总线主权或是没有回答，起始总线主 成为退休待机的主设备，并监视总线主权递交的总线通信或是总线寂静； 如果其它设备拒绝总线主权，则当前的总线主再执行一轮总线主权，然后再 试图把总线主权交给总线管理器表中的下一个设备； 一个待机状态下的总线管理器如果接收到一个总线主权转移请求或是它检测到 在大于规定的超时时间内无总线活动，它就成为总线主