网络控制技术

网络控制技术

作者：张维维张永波宋学毅

来源：《中国科技博览》2013年第17期

[摘要]伴随中国铁路运营速度不断提升，列车网络控制系统做为高速运行列车控制大脑，其可靠性显得尤为重要。列车网络控制系统高可靠运行，更是为列车准时到站、高可靠性、高舒适性提供了基础保证。本文基于TCN网络控制系统，简要介绍了列车的网络控制系统。

[关键词]列车网络

中图分类号：TV549 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-627-01

1 列车网络控制系统概述

列车网络控制与管理系统是建立在总线通讯网络基础上的分布式计算机系统，简称为TCMS（the Train Control & Management System），本文重点介绍TCN网络控制系统，该系统构建基于标准IEC61375- 1。网络控制系统设有冗余的列车控制单元CCU（Center Control Unit），列车通讯分为两级通信，分别为列车总线WTB和车辆总线MVB。两个动力单元间的通讯通过WTB进行数据传输，各动力单元的子系统之间及子系统与列车级控制单元CCU之间同过MVB进行数据传输。

2 列车网络控制系统组成

以一列八辆编组的动车组为例，八辆单车可分为2个由4辆组成的牵引单元，每个牵引单元内部采用MVB通信，两个牵引单元之间通过网关连接，采用WTB通信。每个牵引单元包含如下子系统：

2.1列车控制单元CCU

主要承担的工作有：列车主断路器控制，受电弓控制，牵引力控制，主变压器保护控制，车载电源控制，安全环路控制，轴温监控，整备运行控制，列车总线和车辆总线通讯诊断，列车配置，司机操纵台控制元件命令采集，自动速度控制等。

2.2列车员人机操作界面HMI

司机及列车乘务员的HMI是列车中为驾驶及乘务人员提供与网络设备交互信息的设备。HMI既可以将网络MVB发来的信息进行处理后直接显示给相关人员，也可以提供操作界面，采集操作人员输入的指令并将指令发送给MVB网络等。

2.3牵引变流器控制单元TCU

牵引变流器为列车的动力单元，实现的功能有：调节给定的牵引力或电制动力，调节牵引变流器的中间直流环节电压，生成牵引控制信号，控制内部开关元件，监测和保护变流器、牵引电机及其他牵引部件等。

2.4制动控制单元BCU

对列车的制动系统进行控制和诊断，主要功能有：控制和诊断制动设备，车辆防滑保护，轮轴运行状态监测，撒沙控制，辅助空压机的控制及诊断，转向架穩定特性诊断，停放制动状态诊断，制动试验，制动性能计算，列车制动力分配，主风管压力控制和诊断等。

2.5辅助变流器控制单元ACU

辅助变流器为列车辅助用电设备提供电源，主要功能有：辅助变流器闭环控制，内部接触器和断路器的触发、监控和互锁控制，根据列车控制系统的相关信息控制输入及输出，监控自身的工作状态并向列车控制系统发送信息等。

2.6充电机单元BC

为列车上直流负载提供电源，主要功能有：根据给定的要求控制输出，内部接触器和隔离开关的触发、监控和互锁控制，根据列车控制系统的输入信号控制自身输入输出的状态，监视自身的工作状态，自身设备过载、短路、接地故障保护，自身故障诊断并将诊断数据通过MVB发送给列车控制单元等。

2.7空调控制单元HVAC

列车的采暖、通风和空气调节控制装置主要功能有：司机室及客室的加热和制冷，新鲜空气过滤，客室内空气管道输送和分配，混合气体过滤，进风口及出风口压力保护，各种运行模式（如过隧道模式，整备模式）控制，紧急通风调节及控制，子系统诊断及诊断信息存储等。

2.8门控单元DCU

主要功能有：控制车外门，采集并诊断下级传感器及执行机构的状态，通过MVB接口与列车控制系统通信，实现集中遥控关闭功能，监测门连锁装置，接收相应的速度信号执行安全锁闭等。

2.9旅客信息系统PIS

旅客信息系统主要实现列车人员通信，旅客视听及旅客娱乐。整个系统设置一个系统控制器，实现整列车旅客界面服务、内部故障诊断及通过MVB与列车控制系统进行数据通讯。

3列车网络控制系统信息传输介质

3.1列车总线WTB

列车总线可以设计为可变拓扑的总线，用以实现列车编组控制。WTB为串行数据通信总线，能够实现自动编组。WTB可实现不加任何中继设备传输最长860m的距离，且总线节点能识别其它节点的位置并自动分配设备地址，识别自身节点方向与列车总线节点方向的相对关系。

WTB采用带屏蔽双绞线，信号的传输采用曼彻斯特编码，传输速率为1.0MHz，基本周期为25ms±1ms。

3.2车辆总线MVB

车辆总线的拓扑结构为固定结构，设计完成后不可改变。MVB为串行数据通信的车辆总线。MVB 可寻址4095个设备，其中可允许有256个设备具有消息通信能力。其信号的传输使用曼彻斯特编码，速率为1.5Mbit/s。

车辆总线上传输数据类型有：过程数据；消息数据；监视数据。

同一个WTB网段可包含可以包括一个或多个MVB总线段，总线段的介质构成有以下几种：

（1）电气短距离介质：使用RS- 485 标准的差分传输导线对，无电气隔离的情况下，在20米距离内最大可支持到32个设备；

（2）电气中距离介质（EMD）：使用屏蔽双绞线，在200米的传输距离内最大可支持32个设备，允许使用变压器进行电气隔离；

（3）光纤介质（OGF）：使用光纤，并通过星耦器耦合，传输距离可达2km，主要用于环境恶劣机车上。

参考文献：

[1] 李莎，申萍，王立德.WTB初运行的研究[J]机车电传动，2009（4）.

[2] 倪文波.王雪梅.高速列车网络与控制技术[M].西南交通大学出版社，2008.

作者简介：

张维维，女，工学学士学位，工程师，主要从事轨道车辆研发设计工作。曾参与设计多种车型的车辆设计工作。