浅析基于TCN的地铁列车通信网络系统

浅析基于TCN的地铁列车通信网络系统
作者：艾子洋尚磊
来源：《科技风》2018年第33期
摘要：随着科学技术水平的提高和嵌入式微机控制技术的创新发展，现代地铁列车的过程控制逐渐由传统的直接数字控制系统向着分布式控制系统发展。

本文通过对基于TCN地铁列车通信网络系统的分析，从TCN层次结构、TCN网络组态以及TCN控制系统特征三个方面着手，对基于TCN的地铁列车通信网络系统展开深入研究，希望能为相关研究工作的开展提供参考。

关键词：TCN；地铁列车；通信网络系统；分布式控制系统
一、基于TCN的地铁列车通信网络系统概述
列车控制系统、检测系统以及故障诊断系统是当前组成地铁列车车载危机的主要技术手段，在保证地铁列车稳定运行以及服务水平提升方面发挥着重要作用。

网络系统是地铁列车故障诊断与运行控制的核心部分，主要具有冗余功能、安全回路、故障诊断以及数据收集等一系列功能。

基于TCN的地铁列车通信网络系统采用的是TCN网络结构，是由列车总线WTB系统以及车辆总线MVB系统两个部分共同组成，并且列车总线WTB与车辆总线MVB均为两路冗余，同时分为4个MVB网段（即：对应四个牵引单元），牵引单元之间主要是借助TCN网关的WTB总线实现连接。

除此之外，在整个地铁列车通信网络系统中，网络系统还涉及到列车中央控制单元CCU、列车牵引控制单元TCU、列车制动控制单元BCU、列车辅助控制单元ACU等等，而列車人机接口HMI、分布式输入输出模块以及紧凑式输入输出模块等等，在地铁列车通信网络系统中也发挥着重要作用。

二、基于TCN地铁列车通信网络系统结构
（一）TCN层次结构
列车控制与诊断信息数据通信网络简称为列车通信网，即TCN（Train Communication Network），基于TCN的地铁列车通信网络系统可以将地铁列车内部整体微机控制系统中各个层级和各个单元进行紧密联系，并将其作为实现第地铁列车通信网络系统中信息交换与共享的主要渠道。

从某种程度上讲，基于TCN的地铁列车通信网络系统，促进了列车整体网络环境下的信息交换，地铁列车通信网络系统的广泛应用，在很大程度上使得地铁列车控制系统向着分布式控制系统进行发展和优化，同时为地铁列车通信网络系统信息化水平的提升奠定良好的基础。

国内的通信网络系统以及车载网络技术是在现场总线网络技术不断的背景下逐渐发展而来，车载网络主要被分为两级总线的层次结构，也可以将其理解为用于连接列车内部各个节点动态编组的绞线式列车总线WTB，另一种形式主要是用于连接不同车辆以及固定列车内部编组车辆单元的多功能车辆总线，简称为MVB。

列车总线之间所涉及的列车总线节点在整个网络系统中承担着网关的作用，MVB网络总线凭借自身较强的易用性特点以及较低的要求，在网络系统中得以广泛应用。

一般情况下，基于TCN的地铁列车总线与车厢总线属于两个完全独立的通信子网，这两个独立存在的通信子网可以采用不同的网络与协议，所以在地铁列车通信网络系统建立过程中，外来保证网络系统的功能性与可靠性，需要考虑到以下几方面的内容：第一，地铁列车总线可以对列车总线中的各个节点进行命名以及确定基本方位，这种情况下往往会涉及到复杂程度相对较高的硬件以及初始化过程，而然这些对于地铁列车内部相关设备固定的车厢总线而言无疑是多余的；第二，一般情况下，地铁列车车厢总线网络在定时方面的要求要远远高于列车总线对于定时的要求，地铁列车车厢总线网络中的响应时间比列车总线网络的响应事件要快出10倍以上。

（二）TCN网络组态
在分析研究TCN网络组态相关问题时，应该从列车的三种构成方式这一角度出发，关于列车构成方式的定义具体如下：第一，开式列车。

这种列车主要是由一组车辆构成，同时开式列车的组成在列车的正常运行过程中可以进行相应的调整，典型的开式列车有国际铁路联盟列车（UIC）；第二，封闭式列车。

这种类型的列车主要是由一组车辆构成，但是在列车正常运行过程中不支持组成变化，也是地铁列车的基础构成方式；第三，多单元列车。

主要是由多个封闭式列车单元共同构成，在列车运行过程中其单元数量可以改变。

而TCN在地铁列车中的组态可以呈现出多种形式。

比如：在由多个封闭式列车组成的多元列车中，可以使用WIB作为基本的地铁列车总线，如果使用其他方式组态，还可以用MVB总线进行代替。

（三）TCN控制系统特征
基于TCN的地铁列车通信网络系统在实现地铁列车通信信息共享方面起到重要作用，同时在强化网络系统控制功能方面也发挥着积极的作用，TCN控制系统在这一环节中的作用显而易见。

TCN控制系统的应用特征主要体现在以下几个方面：第一，分布性特征。

地铁列车控制系统属于集中控制系统中的一种，其自身具有的分布式特点还具有一定的共性特征。

比如：软件与硬件结构上的模块性、运行方式上的自治性、系统功能方面的并行性以及系统构成上的透明性等；第二，实时性特征。

地铁列车控制系统属于实时系统，其实时性特征主要体现在在线实时响应方面，同时系统还可以对处于运行状态的设备进行实时监测，保证设备运行的安全性与稳定性。

[1]
三、结语
综上所述，基于TCN的地铁列车通信网络系统的建设涉及到多个方面的内容，借助多种总线技术将分布在地铁列车各个位置且具有特定功能的计算机进行紧密联系，在实现通信资源共享、列车分散监控、集中管理与操作以及协同工作等方面发挥着不可忽视的重要作用。

基于TCN的列车网络控制系统是在计算机网络的基础上发展而来，将计算机技术、控制技术以及网络通信技术有机结合，从而为地铁列车的稳定运行提供保障。

参考文献：
[1]陈文翔.基于TCN的CRH3型高速列车控制系统半实物仿真平台设计[D].浙江大学，2012.。