第七章 CRH3列车网络控制系统

中央控制单元（CCU
中央控制单元CCU的任务
• • • • • • • • • • • 主断路器和受电弓控制 牵引控制单元（TCU）的牵引设置点的生成 变压器保护 车载电源控制 前端自动车钩和开闭机构控制 针对各种装置的更高级命令和控制预置值的生成，例如车门、HVAC、照 明等 安全环、火警系统和转向架诊断监视 通过分布式输入/输出站(SIBAS®-KLIP, MVB-Compact I/O)完成数字和 模拟信号输入和输出控制 整备运行控制 CCU设备诊断，列车总线和车辆总线通讯诊断 通过附属网关连接到列车总线（WTB），对动车组和联挂列车进行配置 确定和检测
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十、采暖、通风和空调控制装置HVAC
• CRH3在每辆车上都有一个HVAC控制单 元，并且都通过车辆总线MVB连接到列 车通讯和控制。对空调系统的基本功 能，可通过司机室的司机MMI和餐车的 列车乘务员MMI进行操作。
十一、WC控制系统
• CRH3动车组中的卫生间控制系统，除了控制本子系统 内部的电气元件完成卫生间相应的功能外，还要与列 车网络控制系统进行信息的交互。 • 在带有两个卫生间的车辆中，有一卫生间作为主，负 责与列车网络控制系统交互信息。作为主的卫生间本 身没有与MVB直接通信的能力，它通过SIBAS®-KLIP连 接到列车通讯网络上，主要是一些二进制的状态信息 要反馈到列车网络控制系统，然后这些信息可以在列 车员MMI上显示出来。 • 这些信息主要是：卫生间的错误信息、净水箱空故障 信息、污水箱满95%故障信息、卫生设施的加热系统 温度过高、紧急呼叫信息。
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十二、 旅客信息系统的控制器（PIS-STC）
• 旅客信息系统（PIS）用于旅客视听信息、列 车人员通讯和旅客娱乐。其系统控制器PISSTC是整个信息系统PIS的控制核心，也是PIS 与列车控制网络连接的桥梁。 • 它负责处理来自MVB总线、PIS中的设备，以 及属于该系统的GSM天线、GPS天线、 FM天线 等设备传来的信息，处理后发出相应控制指 令或相关信息到相应目标处。 • 同时在STC 内有掉电保持功能的存储器，可 存储重要的操作数据，同时也使得PIS在电源 出现故障以后可自动恢复到之前的一个状 态。
七、电池充电机控制单元 • CRH3动车组上共有两个电池充电机，分 别位于餐车和一等车，如图7-9所示， 电池充电机控制系统就位于充电机中。 电池充电机的输入电源为3相 AC440 V/60Hz，输出为直流110V，是动车组 110V负载的供电电源。它有两个主要控 制模块，一个是充电机的核心控制模 块，同时还负责和车辆总线MVB进行通 信，另一个是主要用于充电的功率模 块。充电机的基本结构入图7-10所示。
二、分布式输入输出站
• 在动车组中有两种类型的输入输出站，一种 是输入输出点数固定不变的，并且结构非常 紧凑的紧凑式输入输出站，另一种是输入输 出模块可随输入输出通道数量的增减而变化 的智能外围终端SIBAS®-KLIP。 • 其中紧凑式输入输出站有两种类型，一种用 于采集司机室内专用信号的MVB-Compact I/O，例如，来自按钮、开关、指示器、断路 器、编码插头和主控制器的信号；另一种用 于采集PT100温度传感器信号。
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• 维修信息主要通过动车组的诊断系统提供给 列车工作人员和维修人员，整个网络控制的 诊断系统集成在司机和乘务员MMI中，称为“动 车组中心诊断系统”。 • 维修信息可通过MMI显示出来，并可通过无线 通讯接口传输或服务接口下载供相关人员参 考和利用。 • 每个司机室的两个MMI之间可通过专用的以太 网在必要时进行通信。与MVB没有直接接口的 子系统可用I/O模块（SIBAS-KLIP）和中心 EMU诊断中的中央控制单元进行读取。
八、辅助变流器控制单元
• 每节动车都有一个辅助变流器。其电源输入与牵引变流器的中间 电路相连。输入电压标示为DC3000V。辅助变流器有两种一种是单 辅助变流器，位于2车和7车两个变压器车车下；一种是双辅助变 流器，分别位于4车和5车车下。辅助变流器的输入来自于牵引变 流器的中间直流环节输出。 所有辅助变流器同时为一根贯通整列列车的3AC 440V/60Hz 的总 线供电。总线在列车工作期间处于耦合状态。万一总线发生故 障，可以打开双辅助变流器的耦合接触器，从而将各部分隔离 开。总线为各节车厢的所有大负载供电。各辅助变流器单独通过 3AC 440V 60 Hz 总线进行同步。 输出端设置了防空载、短路和过载，且与输入端是电隔离的。输 出端不接地，且在输出变压器的二次侧装有永久接地故障检测装 置（用于诊断目的）。 辅助变流器由其中心控制系统对其进行控制和诊断，在双辅助变 流器中有两个辅助变流器的中心控制系统，分别为各自的逆变器 单元工作，这两个控制系统之间通过MVB进行连接，并最终连到车 辆总线MVB上。
六、制动控制单元
• 在CRH3动车组中，每个车都有一个制动控制单元，出 于冗余的考虑，如果端车BCU的一个模块故障，另一 个模块可替代其部分功能。在拖车内的BCU也有冗余 功能，可以在其中一个模块故障的情况下由另一个模 块带替其部分功能。 • 每节车内的制动控制单元都可执行各自子系统内的控 制和诊断，即对自己所在车辆的制动系统进行控制和 诊断，其中包括防滑功能。在端车内的BCU除管理本 车制动系统的控制和诊断外，还担负着本牵引单元内 的制动管理任务。当承担本牵引单元内的制动管理的 BCU作为列车主控单元时，还担负着列车的制动管理 任务。
图7-4 MVB-Compact I/O
图7-5 MVB-Compact Pt100
图7-6 SIBAS®-KLIP
二、分布式输入输出站
• SIBAS®-KLIP主要由AS318模块、总线模块、 输入/输出模块、电源模块组成。 • AS318是SIBAS®-KLIP与MVB的接口模块，总线 模块是其内部通信的桥梁； • 输入输出模块可以提供16位数字量的输入，8 位数字量的输出或16位的数字量输出，8位的 继电器输出，4通道的模拟输入（±10 V、 ±20 mA、 Pt100），2通道的模拟输出 （±10 V / ±20 mA），电源模块用来将车 上的110V电压转换为24V电压。
中央控制单元CCU的任务
• 从CCU运行和主CCU相同的程序，然而没有主 动的过程控制。从CCU监视主CCU的状态，并 做好在主CCU发生故障时接过主CCU工作的准 备。 • 在CCU发生主-从转换时不但CCU的MVB接口配 置变换，而且它们的附属网关也要转换。原 因就是只有主CCU内的网关才能激活，因此由 于网关的转换，同时就会触发列车总线 （WTB）的初运行。
三、中继器
• MVB-Repeater本身并不具有与MVB总线其 它设备进行信息交互的能力，它只是延 长MVB总线的通信距离。 • 在CRH3动车组中共有10个中继器，其中 两个端车内各有2个，其它车内各有1 个。 • MVB中继器除具有信号转发、放大、整形 作用外，同时还具有故障隔离作用。 • 一旦某个车的MVB分支网络或设备通讯出 现故障，可以方便地进行故障隔离，不 影响其它车MVB总线的正常通信。
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三、车厢通信网络
• CRH3的车厢级通信网络采用MVB车辆总线，它的拓扑 结构是固定的，不能动态改变，一个牵引单元内4辆 车一起构成一个MVB网段。通信采用中距离传输介质 即屏蔽双绞线，在车厢内分为两路冗余布线。 • 一个MVB网段内采用构架式的网络结构，即每辆车形 成一个MVB分支网通过中继器与一牵引单元的MVB主干 网相连接，这种结构的优点是一个MVB分支网的故障 时不致影响其它车辆的MVB分支网，在端车上由于冗 余的原因有两个MVB分段，分别通过两个中继器接入 整个MVB网段，在每个分段的两端都接有终端电阻 （120欧姆） 。
五、牵引控制单元
• 在CRH3动车组中共有2个牵引单元在每一个牵引单元 中有两个动力单元。4个牵引变流器，分别位于两个 端车以及3车和6车车下，在每个牵引变流器中都有一 个牵引控制单元。 • 四个牵引电动机并联提供牵引。每个牵引变流器主要 由两个四象限斩波器（4QC），一个带有串联谐振电 路的中间电压电路，一个制动斩波器（BC）和一个脉 冲宽度调制变频器（PWMI）构成。 • 中间电源回路给列车供电模块提供电源，列车供电模 块位于牵引逆变器箱外部，它给列车辅助供电系统和 车载设备包括牵引系统的辅助设备如泵、风扇等供 电。
二、列车通信网络
• WTB的作用就是连接两个牵引单元，使两个牵引单元之间能进行 必要的列车级数据交换。完成列车网WTB和车辆网MVB之间数据 交换的基础是TCN网关，它负责WTB和MVB两个总线之间的数据转 换和路由任务。每个牵引单元有两个网关，位于端车（即1车和 8车）的司机室右柜中，分别集成在两个中央控制单元（CCU） 内，互为冗余，但只有在作为主的中央控制单元中的网关才参 与WTB和MVB通信。从中央控制单元中网关接通电源但不激活。 在CRH3动车组联挂和解编时，通过WTB能够动态识别网络终端和 网络拓扑的特点，实现WTB节点动态地址分配，自动完成列车级 的相关配置。在配置完成时，所有列车总线设备都获得一个明 确的TCN地址（牵引单元激活的网关）。
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九、车门控制单元
• CRH3中除餐车外（餐车没有外门），每辆车的几个外门中都存 在一个连接到车辆总线MVB上的主车门控制单元，其它外门的门 控制单元通过CAN总线和其联系，然后由该主车门控制单元和车 辆总线MVB通信。 主车门控制单元的主要功能如下：
– – – – – – – – – 控制车外门 读入传感器和执行机构的信息并诊断 监测门的运行元件 通过MVB连接门系统与列车控制系统 提供遥控关闭功能 监测门联锁装置 接收相应的速度信号执行安全锁闭 维持操作数据 启动门关闭声音报警
第七章 CRH3列车网络控制系 统
第一节 CRH3列车网络控制系统的总体结构
• • 一列CRH3动车组为固定配置的8车动车组，两列8车动车组联挂 成一列长编组。 8车动车组分为2个由4辆车组成的牵引单元，每个牵引单元内用 MVB贯穿单元内4辆车，两个牵引单元之间通过TCN网关的WTB连 接，完成列车级信息的传递，即CRH3动车组车辆级总线采用 MVB，列车级总线采用WTB。 每个牵引单元内的MVB网段均设有两个互为冗余的中央控制单元 CCU（以下简称CCU），除此之外在MVB网段上还有牵引控制单元 TCU、制动控制单元BCU、辅助控制单元ACU、以及充电机单元 BC、空调控制单元HVAC、门控制单元、旅客信息中央控制器 PIS—STC、人机显示接口MMI、分布式输入输出站SIBAS KLIP STATION (SKS) 和紧凑式输入输出站MVB COMPACT IO 等。
十一、WC控制系统 • WC控制系统主要的功能如下：
– 列车与卫生间系统之间的电、气连接 – 集成和分配给卫生间系统范围内所有电气 元件的电源 – 控制卫生间系统内各个电气子系统的功能 – 通过已定义的输入输出信号与列车控制系 统进行通信 – 用作列车乘务人员和维护人员进行故障检 查、诊断和维护的接口
第二节 CRH3列车网络控制系统设备及控 制对象
一、中央控制单元CCU • 每辆端车的司机室内，都有两个中央控制装置（CCU），即每个 牵引单元有两个CCU。其中一个CCU在主方式下工作，另一个工 作在从方式。在司机室占用端的CCU叫做列车主CCU，除了进行 主CCU的工作外，它还负责整个列车的的网络控制。其它牵引单 元的主CCU称为被引导主CCU。 • 每个牵引单元的主CCU负责本牵引单元内的车辆控制。它从车辆 总线MVB和列车总线WTB（通过其附属网关）读取命令和信息， 并向列车总线WTB和车辆总线MVB发送控制信号和反馈信息。
四、人机接口设备MMI • 司机和列车乘务员的MMI是动车组车厢 网络设备中主要与人进行交互信息的设 备。它一方面接受来自MVB上的信息， 经过处理后通过显示界面将必要的信息 显示给相关人员，同时操作者可操作 MMI,把自己的意图和信息输入到MMI 中，经其处理后，将有关信息存储到本 身的存储系统中或是传到MVB网络上。