华东交通大学 动车组网络技术 4.1 CRH1动车组网络结构讲解
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20 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
21 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
在网络控制系统中，有些设备没有MVB接口，必须 进行协议转换。
图中用椭圆线圈起来的COMC CCU就是装在Mc车 和Tb车上用于与PIS（旅客信息系统）、GPS，Fire det.（烟火探测）等功能部件进行串行通信的接口 部件。
主要内容 学习目标 新课讲授 本节小结 本节习题
1
【主要内容】
4.1 CRH1动车组网络结构
TCMS 总体结构
2
列车网络控制技术
列车控制基本任务
牵引控制
运行控制 制动控制
设备保护
任 务
故障诊断、维修服务
车门控制
服务控制 车内环境控制
旅客信息服务
3
列车网络控制技术
分布式计算机系统的概念
物理输入/输出单元分布到 被监控的目标，只需少量的 电缆连接；
71 Door Control Unit
91,92
HVAC2
DCU1&2
1x
3x
2x
Heat Ventilation Air Conditioning
86
70
2x
Heat Ventilation Air Conditioning 72
HVAC3
1x
PCU2 CCU
40
87
2x Heat Ventilation Air Conditioning
MVB区段之间具有冗余功能。 基本的司机控制功能、高压（网侧）控制功能在列 车两端的Mc车之间可互为冗余，该功能通过列车内 部贯穿整车的冗余MVB总线实现。 如下图中虚线部分所示。 TDS（Train Diagnosis System） CCU：列车诊 断系统中央控制单元 HMI：显示器
23 列车网络控制技术
1x
High Voltage 39,3A,3B
32,33,34
TDS CCU 81**
VCU-Lite
1x
TDS CCU 81*
VCU-Lite
Train Control CCU 80*
VCU-Lite
DX
3x
3x
IDU
IDU
Train Control CCU 80*
VCU-Lite
1x
1x
1x
Remote Control
16 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
列车基本单元TBU的具体划分： TBU1—Mc1（驾驶动车1）-Tp1（带弓拖车1）-M1 （中间动车1）； TBU2—Mc2（驾驶动车2）-Tp2（带弓拖车2）-M2 （中间动车2）； TBU3—M3（中间 动车3）-Tb（带吧台拖车） 其中TBU1和TBU2完全对称，由两动一拖构成； TBU3由一动一拖组成。
9
列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1动车组的网络拓扑结构如图所示，采用基于 WTB和MVB两层总线的TCN协议，利用多功能车 辆总线进行车辆单元内的数据通信，利用列车总线 进行车辆单元间的数据通信。 VCU：车辆控制单元 BC：bus coupler 总线连接
10 列车网络控制技术
84*
GPS
COMC
PIS
1x
4x
Fire Detection
5x A5,B3,B4*
Door Control Unit
93,94
DCU3&4
Door Control Unit
95,96
DCU5&6
Door Control Unit
95,96
DCU5&6
2x
3x 75,76,77
Heat Ventilation Air Conditioning
8
列车网络控制技术
TCMS系统结构的设计目标
尽量使用原型车Regina的设计。 将GSM（全球移动通信系统Global System for Mobile Communication）和GPS（全球定位系统Global Positioning System）的功能用于控制TCMS，与 Regina车相比，风险较低。 将不同的功能分散到专用的中央控制单元， 取代了 Regina车每车一个CCU的模式。 改进列车诊断功能。
VCU-Lite
1x
5x E0-E4
Interior
DX
78,79,7A,7B 5x
C0
AX
1x
Interior
DX
7C,7D,7E,7F,C1 5x
AX
Interior
DX
C0 1x 7C,7D,7E,7F,C1 5x
Interior
DX
1x
78,79,7A,c2
PIS and other Serial
CRH1动车组的网络拓扑结构
PCU（Propulsion Control Unit）：牵引控制单元 LCM（Line Converter Module）：网侧变流器模块 MCM（Motor converter module）：牵引（电机） 变流器模块 ACM（Auxiliary Converter Module）：辅助变流器 模块
1x
83*
Drivers Desk
A8*
E8
ATP CCU 88*
AXS
AX
1x Front, ATC B0,B1,B2,85,8F
DX
5x Drivers Desk
A0-A4
DX
5x Front CabControll
DX
Interior
DX
PCU1 CCU 40
1x F0,F1,F2,F9,F7
WTB---列车总线
WTB是处理MVB区段之间数据通信的总线，WTB 可动态配置，也就是说挂在总线上的单元数可变。 CRH1的WTB总线通信速率为 1.0Mbps. 可以通过自动车钩实现扩展，由网关控制。
11 列车网络控制技术
MVB---多功能车辆总线
MVB是处理有限个车辆之间通信的数据总线。 MVB只能静态配置，即挂在MVB总线上的单元数 不可变。如果需要在MVB上挂更多的单元，需要为 智能TCMS 装置下载新的软件。 MVB总线介质为屏蔽双绞线或光纤， 通信速率为1.5Mbps。
1x
1x
TDS CCU 81*
VCU-Lite
1x
IDU
IDU
Train Control CCU
VCU-Lite
80* Drivers Desk A8*
AX
1x
1x
1x E8
1x
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱAX
Interior
DX
C0 1x 7C,7D,7E,7F,C1 5x
Door Control Unit
95,96
DCU5&6
12 列车网络控制技术
13 列车网络控制技术
14 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
15 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1共8辆车，为5M3T编组形式。 包括5辆动车（MC1、M1、Mc2、M2、M3）和3辆 拖车（Tp1、Tp2、Tb）。 动车组有两个受电弓，分别位于Tp1和Tp2车上， 正常工作时只有一个受电弓升起。 牵引传动系统以列车基本单元（TBU）为基本单位。
列车控制管理系统（TCMS） CRH1是以MITRAC通用计算机为核心的列车控制 管理系统（Train Control and Management System）。 TCMS是一种用于控制、监督和管理CRH1动车组 功能的分布式计算机系统。
7 列车网络控制技术
TCMS的组成
TCMS是一种分布式计算机系统，广泛用于控制、 监督和管理CRH1列车大多数功能。 TCMS包括： ①智能设备及其相应列车控制应用软件； ②接口硬件装置，用于把TCMS连接到列车其它系 统； ③列车网络总线，用于将不同的硬件装置连成列车 控制系统。
19 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
这些系统中有些具有复杂的控制功能要求，如牵引 控制系统PCU、制动控制系统BCU等，其内部具有 独立完整的控制功能，通过集成的网络接口连接到 区段内部的MVB总线上。 一些简单控制功能的系统，如照明、司机控制台操 作设备等，通过I/O模块连接到MVB总线上。
Interior
DX
78,79,7A,7B 5x
Door Control Unit
93,94
DCU3&4
2x
Heat Ventilation Air Conditioning 72
HVAC3
1x
2x Heat Ventilation Air Conditioning
71
HVAC2
1x
PCU2 CCU
CRH1动车组的网络拓扑结构
24 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
当处于激活状态的司机室发生故障时，列车不会停 下来，司机的操作通过冗余总线由另一个司机室的 控制设备自动接管，司机可以继续在原来位置操纵 列车，并可在屏幕上看到故障情况，但不会影响列 车运行。
25 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
40
87
VCU-Lite
ATP CCU
88* Front, ATC
B0,B1,B2,85,8F
VCU-Lite
DX
1x
5x
F0,F1,F2, F9, F7 5x
设备统一供电（即蓄电池电 压）；
软件集中在中央单元（中央 处理器）
CPCUPU
I/O I/O I/O
Vehicle bus
CPU
I/O unit
I/O unit
Process
4
列车网络控制技术
分布式计算机系统的优点
功能多：列车控制、设备诊断、辅助维修、旅客信 息服务；
成本低、重量轻、体积小、使用更少/更短的电缆 （布线简单） ；
CRH1动车组的网络拓扑结构
值得注意的是，在本地 MVB 中还有一个功能独立 的重要系统，就是牵引控制系统（PC，Propulsion Control）。 这个系统拥有一个独立的MVB牵引总线，对其下的 单元按分布式总线控制的方式实施控制与监视，如 后图中用椭圆线圈起来的五个部分。
28 列车网络控制技术
COMC ：Communication Controller通信控制器， 实现MVB与RS-485、RS-232总线之间的通信转换。 ATP CCU 装在Mc车上用于与ATP（Automatic Train Protection）（列车自动防护系统）进行串行 通信的接口部件。
22
列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
72
HVAC3
Door Control Unit
93,94
DCU3&4
2x
Hea1txVentilation Air Conditioning 71
PCU2 CCU
40
87
HVAC2
Min System B4*
DX
1x
Min System A8*
AX
1x
VCU-Lite
HVAC1
VCU-Lite
VCU-Lite
挂在 Tb 车 MVB 总线上的远程访问模块AXS （Remote access unit） CCU可通过GSM 建立 与地面之间的通信信道，贯穿整车的以太网 Ethernet（图中最外围的灰色线）提供列车维护、 服务等方面的通信与接口。
26
列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
27 列车网络控制技术
17 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1列车控制管理系统（TCMS）在网络通信上也 分为3个MVB总线区段：TBU1段，TBU2段，TBU3 段。 基本本地控制按TBU划分。
18 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
在区段内部，TC CCU（Train Control CCU）中央 控制单元：为控制和监控功能的核心。 由TC CCU对单元内部所有模块实施控制和监视， 包括牵引、制动、内外车门、采暖、通风、空调、 烟火报警、照明等系统。
与硬件相比，软件更容易变更，更容易增加功能； 设计/开发时间短 可靠性高（活动连接件少、局部故障不影响列车运
行、可采用冗余设计）
5
列车网络控制技术
4.1.1 CRH1动车组网络控制系统网络拓扑结构
CRH1动车组由青岛四方—庞巴迪-鲍尔铁路运输设 备有限公司（BSP）提供。以庞巴迪公司为瑞典国 家铁路和地方铁路开发的“Regina”动车组为原型 车。 列车网络控制系统主要采用的是加拿大庞巴迪（ CRH1）Bombardier（庞巴迪）公司的MITRAC模块 化产品，（MITRAC计算机系统以摩托罗拉68K微处理 器为基础） 分布在列车的各个控制现场，拥有整个动车组的控 制、各单车的控制、列车诊断、状态监测、事件记 录、人机界面等功能。 该系统属于分布式、模块化的：所有微处理器、输 入/输出单元和显示器通过串行多功能车辆总线列车6网M络控V制技B术
29 列车网络控制技术
30 列车网络控制技术
TCMS 结构，重点标出了带应用软件的MITRAC装置
?? ??: ??
GW
1x 82**
Mc1 Tp1
Tp1 M1
M1 M3
M3 Tb
?? ??: ??
GW
82** 1x
Tb M2
M2 Tp2
Tp2 Mc2
?? ??: ??
GW
1x 82**
IDU
IDU
CRH1动车组的网络拓扑结构
21 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
在网络控制系统中，有些设备没有MVB接口，必须 进行协议转换。
图中用椭圆线圈起来的COMC CCU就是装在Mc车 和Tb车上用于与PIS（旅客信息系统）、GPS，Fire det.（烟火探测）等功能部件进行串行通信的接口 部件。
主要内容 学习目标 新课讲授 本节小结 本节习题
1
【主要内容】
4.1 CRH1动车组网络结构
TCMS 总体结构
2
列车网络控制技术
列车控制基本任务
牵引控制
运行控制 制动控制
设备保护
任 务
故障诊断、维修服务
车门控制
服务控制 车内环境控制
旅客信息服务
3
列车网络控制技术
分布式计算机系统的概念
物理输入/输出单元分布到 被监控的目标，只需少量的 电缆连接；
71 Door Control Unit
91,92
HVAC2
DCU1&2
1x
3x
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Heat Ventilation Air Conditioning
86
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2x
Heat Ventilation Air Conditioning 72
HVAC3
1x
PCU2 CCU
40
87
2x Heat Ventilation Air Conditioning
MVB区段之间具有冗余功能。 基本的司机控制功能、高压（网侧）控制功能在列 车两端的Mc车之间可互为冗余，该功能通过列车内 部贯穿整车的冗余MVB总线实现。 如下图中虚线部分所示。 TDS（Train Diagnosis System） CCU：列车诊 断系统中央控制单元 HMI：显示器
23 列车网络控制技术
1x
High Voltage 39,3A,3B
32,33,34
TDS CCU 81**
VCU-Lite
1x
TDS CCU 81*
VCU-Lite
Train Control CCU 80*
VCU-Lite
DX
3x
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IDU
IDU
Train Control CCU 80*
VCU-Lite
1x
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Remote Control
16 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
列车基本单元TBU的具体划分： TBU1—Mc1（驾驶动车1）-Tp1（带弓拖车1）-M1 （中间动车1）； TBU2—Mc2（驾驶动车2）-Tp2（带弓拖车2）-M2 （中间动车2）； TBU3—M3（中间 动车3）-Tb（带吧台拖车） 其中TBU1和TBU2完全对称，由两动一拖构成； TBU3由一动一拖组成。
9
列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1动车组的网络拓扑结构如图所示，采用基于 WTB和MVB两层总线的TCN协议，利用多功能车 辆总线进行车辆单元内的数据通信，利用列车总线 进行车辆单元间的数据通信。 VCU：车辆控制单元 BC：bus coupler 总线连接
10 列车网络控制技术
84*
GPS
COMC
PIS
1x
4x
Fire Detection
5x A5,B3,B4*
Door Control Unit
93,94
DCU3&4
Door Control Unit
95,96
DCU5&6
Door Control Unit
95,96
DCU5&6
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3x 75,76,77
Heat Ventilation Air Conditioning
8
列车网络控制技术
TCMS系统结构的设计目标
尽量使用原型车Regina的设计。 将GSM（全球移动通信系统Global System for Mobile Communication）和GPS（全球定位系统Global Positioning System）的功能用于控制TCMS，与 Regina车相比，风险较低。 将不同的功能分散到专用的中央控制单元， 取代了 Regina车每车一个CCU的模式。 改进列车诊断功能。
VCU-Lite
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5x E0-E4
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78,79,7A,c2
PIS and other Serial
CRH1动车组的网络拓扑结构
PCU（Propulsion Control Unit）：牵引控制单元 LCM（Line Converter Module）：网侧变流器模块 MCM（Motor converter module）：牵引（电机） 变流器模块 ACM（Auxiliary Converter Module）：辅助变流器 模块
1x
83*
Drivers Desk
A8*
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ATP CCU 88*
AXS
AX
1x Front, ATC B0,B1,B2,85,8F
DX
5x Drivers Desk
A0-A4
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5x Front CabControll
DX
Interior
DX
PCU1 CCU 40
1x F0,F1,F2,F9,F7
WTB---列车总线
WTB是处理MVB区段之间数据通信的总线，WTB 可动态配置，也就是说挂在总线上的单元数可变。 CRH1的WTB总线通信速率为 1.0Mbps. 可以通过自动车钩实现扩展，由网关控制。
11 列车网络控制技术
MVB---多功能车辆总线
MVB是处理有限个车辆之间通信的数据总线。 MVB只能静态配置，即挂在MVB总线上的单元数 不可变。如果需要在MVB上挂更多的单元，需要为 智能TCMS 装置下载新的软件。 MVB总线介质为屏蔽双绞线或光纤， 通信速率为1.5Mbps。
1x
1x
TDS CCU 81*
VCU-Lite
1x
IDU
IDU
Train Control CCU
VCU-Lite
80* Drivers Desk A8*
AX
1x
1x
1x E8
1x
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱAX
Interior
DX
C0 1x 7C,7D,7E,7F,C1 5x
Door Control Unit
95,96
DCU5&6
12 列车网络控制技术
13 列车网络控制技术
14 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
15 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1共8辆车，为5M3T编组形式。 包括5辆动车（MC1、M1、Mc2、M2、M3）和3辆 拖车（Tp1、Tp2、Tb）。 动车组有两个受电弓，分别位于Tp1和Tp2车上， 正常工作时只有一个受电弓升起。 牵引传动系统以列车基本单元（TBU）为基本单位。
列车控制管理系统（TCMS） CRH1是以MITRAC通用计算机为核心的列车控制 管理系统（Train Control and Management System）。 TCMS是一种用于控制、监督和管理CRH1动车组 功能的分布式计算机系统。
7 列车网络控制技术
TCMS的组成
TCMS是一种分布式计算机系统，广泛用于控制、 监督和管理CRH1列车大多数功能。 TCMS包括： ①智能设备及其相应列车控制应用软件； ②接口硬件装置，用于把TCMS连接到列车其它系 统； ③列车网络总线，用于将不同的硬件装置连成列车 控制系统。
19 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
这些系统中有些具有复杂的控制功能要求，如牵引 控制系统PCU、制动控制系统BCU等，其内部具有 独立完整的控制功能，通过集成的网络接口连接到 区段内部的MVB总线上。 一些简单控制功能的系统，如照明、司机控制台操 作设备等，通过I/O模块连接到MVB总线上。
Interior
DX
78,79,7A,7B 5x
Door Control Unit
93,94
DCU3&4
2x
Heat Ventilation Air Conditioning 72
HVAC3
1x
2x Heat Ventilation Air Conditioning
71
HVAC2
1x
PCU2 CCU
CRH1动车组的网络拓扑结构
24 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
当处于激活状态的司机室发生故障时，列车不会停 下来，司机的操作通过冗余总线由另一个司机室的 控制设备自动接管，司机可以继续在原来位置操纵 列车，并可在屏幕上看到故障情况，但不会影响列 车运行。
25 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
40
87
VCU-Lite
ATP CCU
88* Front, ATC
B0,B1,B2,85,8F
VCU-Lite
DX
1x
5x
F0,F1,F2, F9, F7 5x
设备统一供电（即蓄电池电 压）；
软件集中在中央单元（中央 处理器）
CPCUPU
I/O I/O I/O
Vehicle bus
CPU
I/O unit
I/O unit
Process
4
列车网络控制技术
分布式计算机系统的优点
功能多：列车控制、设备诊断、辅助维修、旅客信 息服务；
成本低、重量轻、体积小、使用更少/更短的电缆 （布线简单） ；
CRH1动车组的网络拓扑结构
值得注意的是，在本地 MVB 中还有一个功能独立 的重要系统，就是牵引控制系统（PC，Propulsion Control）。 这个系统拥有一个独立的MVB牵引总线，对其下的 单元按分布式总线控制的方式实施控制与监视，如 后图中用椭圆线圈起来的五个部分。
28 列车网络控制技术
COMC ：Communication Controller通信控制器， 实现MVB与RS-485、RS-232总线之间的通信转换。 ATP CCU 装在Mc车上用于与ATP（Automatic Train Protection）（列车自动防护系统）进行串行 通信的接口部件。
22
列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
72
HVAC3
Door Control Unit
93,94
DCU3&4
2x
Hea1txVentilation Air Conditioning 71
PCU2 CCU
40
87
HVAC2
Min System B4*
DX
1x
Min System A8*
AX
1x
VCU-Lite
HVAC1
VCU-Lite
VCU-Lite
挂在 Tb 车 MVB 总线上的远程访问模块AXS （Remote access unit） CCU可通过GSM 建立 与地面之间的通信信道，贯穿整车的以太网 Ethernet（图中最外围的灰色线）提供列车维护、 服务等方面的通信与接口。
26
列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
27 列车网络控制技术
17 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
CRH1列车控制管理系统（TCMS）在网络通信上也 分为3个MVB总线区段：TBU1段，TBU2段，TBU3 段。 基本本地控制按TBU划分。
18 列车网络控制技术
CRH1动车组的网络拓扑结构
在区段内部，TC CCU（Train Control CCU）中央 控制单元：为控制和监控功能的核心。 由TC CCU对单元内部所有模块实施控制和监视， 包括牵引、制动、内外车门、采暖、通风、空调、 烟火报警、照明等系统。
与硬件相比，软件更容易变更，更容易增加功能； 设计/开发时间短 可靠性高（活动连接件少、局部故障不影响列车运
行、可采用冗余设计）
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列车网络控制技术
4.1.1 CRH1动车组网络控制系统网络拓扑结构
CRH1动车组由青岛四方—庞巴迪-鲍尔铁路运输设 备有限公司（BSP）提供。以庞巴迪公司为瑞典国 家铁路和地方铁路开发的“Regina”动车组为原型 车。 列车网络控制系统主要采用的是加拿大庞巴迪（ CRH1）Bombardier（庞巴迪）公司的MITRAC模块 化产品，（MITRAC计算机系统以摩托罗拉68K微处理 器为基础） 分布在列车的各个控制现场，拥有整个动车组的控 制、各单车的控制、列车诊断、状态监测、事件记 录、人机界面等功能。 该系统属于分布式、模块化的：所有微处理器、输 入/输出单元和显示器通过串行多功能车辆总线列车6网M络控V制技B术
29 列车网络控制技术
30 列车网络控制技术
TCMS 结构，重点标出了带应用软件的MITRAC装置
?? ??: ??
GW
1x 82**
Mc1 Tp1
Tp1 M1
M1 M3
M3 Tb
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