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摘 要：随着我国铁路交通的迅速发展，基于列车通信网络TCN(Train Communication Network)的网络控制系统代替了原有传统的微机集中式控制方式，在高速列车上得到了广泛应用。列车通信网络是现代列车的关键技术之一，是影响列车安全、可靠运行及其旅客舒适性非常重要的因素。
列车通信网络是一种面向控制、连接车载设备的数据通信系统，是分布式列车控制系统的核心，其集列车控制系统、故障检测与诊断系统以及旅客信息服务系统于一体，以车载微机为主要技术手段，并通过网络实现列车各个系统之间的信息交换，实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化。
中国标准动车组列车网络控制系统的列车总线采用WTB总线和ETB以太网骨干网，车辆总线采用MVB总线和ECN以太网编组网。
本文对中国标准动车组的网络控制系统进行了介绍，阐述了该动车组网络控制系统的拓扑结构，对列车总线WTB和车辆总线MVB进行了分析，介绍了网络控制系统的相关设备及各自功能。
关键字：MVB WTB TCN网络 中国标准动车组
前言：高速动车组列车为保证旅客乘车的安全与舒适，需对机车和车辆的各种设备进行可靠地控制、监测和诊断。随着现场总线技术的发展，这种过程控制已从集中型的直接控制系统发展成为基于网络的分布式控制系统。
为实现车载数据通信的国际标准化，国际电工技术委员会IEC于1999年通过了一项列车通信网络专用标准TCN（IEC-61375-1）。该标准将列车通信网络分成用于连接各节可动态编组的列车级通信网络WTB（绞接式列车总线）和用于连接车辆内固定设备的车辆通信网络MVB（多功能车辆总线）【1,2】。
列车通信网络将列车微机控制系统的各个层次、各个单元之间连接起来，作为系统信息交换和共享的渠道，从而实现全列车环境下的信息交换。列车通信网络是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互连传送控制、检测与诊断信息的数据通信网络。它是用于列车这一流动性大、环境恶劣、可靠性要求高、实时性强、与控制系统紧密相关的特殊的计算机网络。
1、中国标准动车组网络控制系统概述
1.1、列车网络控制系统的发展
在我国，铁路是重要的基础设施和大众交通工具，对我国社会经济发展起着重要作用，我国一直重视高速铁路和列车技术的研究发展。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从上世纪90年代开始，我国对德、曰、法的高铁动车组引进吸收消化，并联合多家企业、高校及其科研院所进行自主创新，突破了一系列高速列车关键技术，推动了高速铁路技术进入一个崭新阶段【3】。2016年7月，国家发展改革委、交通运输部、中国铁路总公司联合发布了《中长期铁路网规划》，勾画了新时期“八纵八横”高速铁路网的宏大蓝图，提出到2025年中国高铁里程数将达到3.8万公里，铁路运输尤其是高铁将迎来巨大发展。随着高速铁路的不断发展，人们对列车网络控制系统的实时性、可靠性和安全性等性能需求也在不断提高，如何分析和提高列车网络控制系统性能受到很多研究者关注。
1.2、中国标准动车组网络控制系统概述
列车网络控制系统是一个基于网络的实时分布式控制系统【4】。
中国标准动车组网络控制系统的列车总线采用WTB总线和ETB以太网骨干网，车辆总线采用MVB总线和ECN以太网编组网。其主要功能如下：1）采集与车辆运行状况有关的信息，并对这些数据进行逻辑判断处理后，对各系统进行控制、监视和故障诊断；2）主要车载设备的数据可传输到显示屏上，司机和机械师可以了解设备的状态，查看车辆故障并进行处理；3）在列车的两个头车车厢安装无线传输装置，收集全列车的故障、实时状态信息，并实时传送到地面。
2、中国标准动车组网络控制系统的结构
中国标准动车组网络总线结构采用TCN总线架构+以太网总线架构。
2.1、TCN总线
TCN总线架构采用WTB作为列车总线、MVB作为车辆总线，主要承担控制数据、状态数据、故障诊断数据的传输工作【5】。两个牵引单元之间通过WTB总线和冗余的网关连接，通过网关与本单元的多功能车辆总线(MVB)相连进行数据交换。
TCN总线有以下特点：1）每一牵引单元上有两个互为冗余的中央控制单元(CCU)，它们共同负责对本单元车辆的控制、监视和诊断；2）每一牵引单元有冗余的WTB/MVB网关（可集成在CCU中），负责两个牵引单元之间及重联时列车之间的数据交换；3）在每个车辆上设有冗余的输入输出模块，负责数字量的输入输出；4）在每个司机台装有2个显示屏，在机械师室装有1个显示屏，用于显示列车状态、故障诊断信息；5）在两个头车上装有无线传输装置，用于记录状态和故障诊断数据，并实现数据的远程传输；6）每节车厢上安装了中继器模块；7）牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元、受电弓控制单元等通过MVB总线连接到列车网络控制系统上。
2.2、以太网总线
以太网总线架构采用ETB总线作为列车总线，ECN总线作为车辆级总线，主要用于传输故障诊断、事件记录、显示信息等。
以太网总线有以下特点：1）在每节车厢装有以太网交换机，用于ETB总线之间的连接，可以传输故障诊断、事件记录、显示等数据；2）网络硬件通过以太网总线连接至各车以太网交换机；3）其它具有以太网接口的子系统通过以太网总线连接至各车的以太网交换机；4）ETH/MVB网关可以通过MVB总线串行接入MVB网络，获取MVB网络中的信息；5）以太网可作为维护网络，对连接至以太网的车载子系统实现单点维护；6）以太网目前仅作为监视网，不参与控制，故障时不影响动车组运行。
3、系统配置
中国标准动车组网络控制系统的主要网络设备包括中央控制单元、人机接口单元、输入输出模块、无线传输装置、TCN网关、以太网网关、以太网交换机等。
中央控制单元具有对本动力单元或动车组的控制、监视和诊断功能，当检测出总线或网络设备通信故障时应提示信息或采取必要的措施使动车组运行不受影响或导向安全。
输入输出模块对不具有车辆总线接口的输入输出信号进行采集，并依据网关\中央控制单元控制指令进行输出控制。
人机接口单元可对列车重要设备状态进行显示、故障提示和存储，通过人机接口单元实现牵引设备切除、空调调节温度、照明关闭等功能。
无线传输装置能够采集MVB车辆总线/以太网总线的数据，也能将本地数据发往地面服务器，从而动态跟踪监控列车状态，对车上各设备提供诊断和指导检修。
4、总结
本文对中国标准动车组的网络控制系统进行了介绍，阐述了该动车组网络控制系统的拓扑结构，对列车总线WTB和车辆总线MVB进行了分析，介绍了网络控制系统的相关设备及各自功能。总的来说，网络控制系统是中国标准动车组各个部件联系在一起的纽带，是动车组实现稳定控制的基石，更是动车组安全运营的保证。
参考文献
[1] 陈佳凯.列车网络通信模式优化与可靠性分析研究[D].浙江大学，2015.
[2] 余健.以太网与MVB相结合的TCN网关的设计与实现[D].浙江大学，2014.
[3] 金犇.列车控制网络技术的现状与发展趋势[J].山东工业技术，2015(8):282-283.
[4] 杨瀛露,郭丹丹.车辆总线分析[J].山东工业技术，2015(13):2112-2113.
[5] 李洋涛.TCN列车网络技术现状与发展[J].单片机与嵌入式系统应用，2012(1):4-7.
论文作者:温峥
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第03期
论文发表时间:2019/5/27
标签：总线论文; 列车论文; 车组论文; 控制系统论文; 以太网论文; 网络论文; 单元论文; 《工程管理前沿》2019年第03期论文;