花明磊

【摘 要】網(wǎng)絡(luò)控制總線是高速動(dòng)車組的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在動(dòng)車的控制、監(jiān)視及保護(hù)等方面中起著至關(guān)重要的作用。本論文將簡述CRH高速動(dòng)車組中網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中各類通信總線的特點(diǎn)，著重介紹CAN、ARCNET、TCN等幾種現(xiàn)場(chǎng)總線在高速動(dòng)車組中控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用情況，強(qiáng)調(diào)在實(shí)際應(yīng)用的過程中一定要根據(jù)動(dòng)車組控制網(wǎng)絡(luò)的具體要求和各種網(wǎng)絡(luò)總線的特點(diǎn)做出最優(yōu)選擇。

【關(guān)鍵詞】CRH 高速動(dòng)車組 網(wǎng)絡(luò)總線

近年來我國高速動(dòng)車組迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)總線作為一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線油然而生。因不同型號(hào)的高速動(dòng)車組各有差異故采用不同的網(wǎng)絡(luò)控制總線。高速動(dòng)車組控制網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用在列車環(huán)境下的特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通用的網(wǎng)絡(luò)總線均可有合適的應(yīng)用。

1 高速動(dòng)車組控制網(wǎng)絡(luò)

動(dòng)車組控制網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)動(dòng)車運(yùn)行和關(guān)鍵車載設(shè)備等相關(guān)信息的集中管理，與地面實(shí)時(shí)通信，而實(shí)現(xiàn)整個(gè)列車的安全運(yùn)行。

1.1 動(dòng)車控制網(wǎng)絡(luò)具有以下功能

（1）冗余功能：主要包括WTB、MVB總線的冗余和重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的冗余及管理器的冗余。

（2）診斷和控制功能：實(shí)現(xiàn)全列車的實(shí)時(shí)制動(dòng)、門、軸溫和空調(diào)等監(jiān)視和控制。

（3）人機(jī)交互的功能：實(shí)時(shí)觀測(cè)動(dòng)車的運(yùn)行狀態(tài)，以保證動(dòng)車的安全運(yùn)行。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

開放式控制系統(tǒng)、分層控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

2 CAN總線

CAN是一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，也是目前國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

CAN是一種通信介質(zhì)采用雙絞線，協(xié)議采用短幀結(jié)構(gòu)的多主方式串行的通信總線，其系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較高。此外能對(duì)信息進(jìn)行優(yōu)先權(quán)的分級(jí)，使各節(jié)點(diǎn)間的通信信息更實(shí)時(shí)、可靠。

2.2 CAN總線的應(yīng)用

基于CAN總線的可靠性與實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合列車通信的特定環(huán)境，在高速動(dòng)車組上CAN總線上通常有2種應(yīng)用：一是用于高速動(dòng)車組通信網(wǎng)絡(luò)的車輛和列車總線上；二是用于動(dòng)車的車載監(jiān)控系統(tǒng)上。但是CAN總線傳輸長報(bào)文大數(shù)據(jù)的能力較低，需將長幀分解成若干短幀之后才能夠發(fā)送，并且總線負(fù)荷過大時(shí)也會(huì)引起仲裁延擱。CRH5動(dòng)車組采用了CAN總線，主要傳輸車輛級(jí)的軸溫檢測(cè)、廁所單元及充電器的信息。

3 ARCNET總線

ARCNET總線是基于令牌傳遞協(xié)議的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。

3.1 技術(shù)特點(diǎn)

以光纖、雙絞線及同軸電纜為傳輸介質(zhì)，采用星型、總線型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)介質(zhì)進(jìn)行訪問控制。其效率高，節(jié)點(diǎn)進(jìn)退網(wǎng)操作較簡單，總線利用率也較高，但是其實(shí)時(shí)響應(yīng)性卻較差。

3.2 ARCNET總線應(yīng)用

ARCNET總線主要應(yīng)用于CRH2動(dòng)車組，是對(duì)等性網(wǎng)絡(luò)，支持網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)重新構(gòu)建，對(duì)網(wǎng)絡(luò)變化的適應(yīng)力很強(qiáng)。并且活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)越多、數(shù)據(jù)包節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)越多以及數(shù)據(jù)長度越長的則其傳輸?shù)乃俾试铰?。CRH2是列車和車輛的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括兩種類型，其一傳導(dǎo)介質(zhì)為光纖，采用ARCNET雙重網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)，主要傳輸列車信息；其二傳輸介質(zhì)為雙絞線，主要是列車的自我診斷。

4 WTB和MVB總線

IEC將鐵路數(shù)據(jù)通信TCN定義為WTB和MBV等總線。

4.1 WTB總線

4.1.1 技術(shù)特點(diǎn)

以屏蔽雙絞線為通信介質(zhì)，能夠自動(dòng)編號(hào)順序連續(xù)的節(jié)點(diǎn)，并且全部的節(jié)點(diǎn)都能夠識(shí)別列車的右側(cè)和左側(cè)。

4.1.2 WTB總線的應(yīng)用

WTB的主要功能是初始運(yùn)行，通信速率較高，因而其最適宜用于編組經(jīng)常變化的動(dòng)車總線。例如，在國內(nèi)“熊貓”、“先鋒”、“中原之星”等動(dòng)車組都應(yīng)用了WTB總線。CRH3動(dòng)車組中將GW連接到WTB總線上傳輸信息。

4.2 MVB總線

4.2.1 技術(shù)特點(diǎn)

以曼徹斯特為編碼方式，以MAU為通信介質(zhì)，支持多種主幀發(fā)送的方式。并且具有將過程、消息和監(jiān)視的數(shù)據(jù)鏈路層的通信功能。

4.2.2 MVB總線的應(yīng)用

MVB是快速優(yōu)化控制過程的總線，其響應(yīng)速度最佳。既可在固定編組的列車中單獨(dú)使用，又可以和WTB總線在車輛總線中一起使用。我國高速動(dòng)車組大多數(shù)是固定編組，從網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及發(fā)展趨勢(shì)來分析，動(dòng)車組總線采用MVB總線較多。CRH1動(dòng)車組中采用了MVB通信總線，其網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由3個(gè)MVB總線段組成，此外還設(shè)有獨(dú)立的MVB總線，主要用于動(dòng)車的牽引控制。CRH3動(dòng)車組的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是由兩個(gè)牽引控制單元組成的，各自應(yīng)用了MVB總線，用于傳輸信息。CRH5也是由對(duì)稱的兩個(gè)牽引控制單元組成的，包括三類MVB總線，分別起信號(hào)輸出、傳出控制信號(hào)和傳輸乘客需求的信息。

5 結(jié)語

高速動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在動(dòng)車安全運(yùn)行上起著舉足輕重的作用，CAN，ARCNET，WTB，MVB等總線技術(shù)都在動(dòng)車控制網(wǎng)絡(luò)中找到了它們最科學(xué)的應(yīng)用場(chǎng)合，發(fā)揮著各自的優(yōu)勢(shì)。CAN總線的傳輸速率較高，通信的靈活性也較強(qiáng)，但是也容易受到輸送能力和輸送距離的限制因而只適用于動(dòng)車控制系統(tǒng)的底層設(shè)備網(wǎng)及以車廂為單元的車輛網(wǎng)，而列車總線則不適用。ARCNET總線的網(wǎng)絡(luò)線路數(shù)量比較少同時(shí)數(shù)據(jù)類型也較單一，導(dǎo)致其可靠性不高，只能傳輸高速動(dòng)車組中的小批量數(shù)據(jù)。MVB總線是專門的動(dòng)車控制網(wǎng)絡(luò)的通信總線，其響應(yīng)速度最佳，適用于沒有固定編組的動(dòng)車車輛總線，不足的是總線的利用率偏低。在實(shí)際應(yīng)用中，一定要根據(jù)動(dòng)車控制網(wǎng)絡(luò)的具體要求，結(jié)合各現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，做出科學(xué)的選擇。

參考文獻(xiàn)：

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