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2014届毕业设计说明书课题名称：列车网络控制系统分析及故障排除专业系轨道交通系班级司乘113学生姓名郑博翔指导老师完成日期2014届毕业设计任务书一、课题名称：列车网络控制系统分析及故障排除二、指导老师：陶艳三、设计内容与要求：1、课题概述:随着牵引动力的交流化和运行速度的提高，列车上采用微机实现智能化控制的部件或装置也越来越多，各微机系统间的协调和信息交换显得越来越重要。另外，为提高列车的舒适度，各种辅助装置的控制和服务装置的控制都必须纳入到这个微机控制系统中来。因此，列车控制也由单台机车的牵引传动控制逐渐向网络控制方向发展，网络控制技术已经成为核心技术之一。本课题基于TCN、ARCNET等常见列车通信网络，分析其通信原理和通信特点，着重分析高速动车、大功率交传机车、城轨车辆等多类列车网络控制系统的拓扑结构、控制功能、硬件组成及工作原理，指出网络控制系统中常见的故障现象，阐述其故障应急处理方法。2、设计内容与要求：（1）设计内容本课题下设3个子课题：①CRH动车组网络控制系统的分析及故障排除②HXD交传机车网络控制系统的分析及故障排除③城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除每个子课题设计的主要内容可包括：①列车网络控制系统的发展历史及现状分析②列车网络控制系统的功能、特点及其与传统机车微机控制系统的区别③常见的列车网络通信标准④以某个车型为例，从结构、原理、可靠性、实时性等方面详细分析该车型的网络控制系统⑤列车网络控制系统常见故障的判断分析与处理⑥结论（2）要求通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、①能够灵活运用《电力电子技术》、《计算机应用技术》、《机车总体》、《列车网络控制技术》等基础和专业课程的知识来分析城轨列车、大功率机车及高速动车组上的网络控制系统。②要求学生有一定的电子电路，轨道交通专业基础。四、设计参考书1、《列车网络控制技术原理与应用》2、《动车组网络控制系统》3、《CRH2型动车组》、《CRH5型动车组》4、《HXD大功率机车》五、设计说明书内容1、封面2、目录3、内容摘要(200-400字左右，中英文)4、引言5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、设计进程安排第1周：资料准备与借阅，了解课题思路。第2-3周:设计要求说明及课题内容辅导。第4－7周：进行毕业设计，完成初稿。第7-10周：第一次检查，了解设计完成情况。第11周：第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。第12周：毕业答辩与综合成绩评定。七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求1)答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。2)学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知3)识、设计方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。3、图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。4、曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘要现代列车朝高速化、自动化、舒适化方向发展已经成为必然趋势。列车通信网络已成为高速列车控制系统的关键技术。它能够通过对列车运行及车载设备动作的相关信息进行集中管理,从而保障列车安全高速运行。介绍了列车通信网络的两条总线,即绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB),并分析了两层网络拓扑结构。根据现场总线技术在我国高速列车上的应用情况,比较了WTB、MVB、LonWorks、CAN等几种总线的特点,根据其特点可选取不同的应用领域。关键词：列车通信网络；列车总线；拓扑结构ABSTRACTModerntraintowardsfastpace,automation,comfortablechangedirectiondevelopmenthasbecomeaninevitabletrend.Traincommunicationnetworkhasbecomeahigh-speedtraincontrolsystemkeytechnology.Itcanthroughtotrainoperationandautomotiveequipmentactionrelatedinformationforcentralizedmanagement,thussafeguardingtraioperationsafetyhigh-speedoperation.Introducesthetraincommunicationnetwork,namely,thetwobuswindingtypeWTB)andtrainbus(multi-functionvehiclebus(MVB),andanalyzesthetwolayersofnetworktopology.Accordingtothefieldbustechnologyinourcountry'shigh-speedtrainapplications,comparestheWTB,MVB,LonWorks,CANwaitforafewkindsbuscharacteristics,accordingtoitscharacteristicCANselectdifferentapplications.Abstract：Keywordstraincommunicationnetwork,Trainbus,Thetopologicalstructureof第一章TCN列车通信网络技术现状及发展趋势引言列车通信网络是用于连接车载设备，实现信息共享、控制功能、监测诊断的数据通信系统。经过近二三十年的发展，列车网络技术已经走向成熟，并成为现代轨道车辆的关键技术之一。目前，在城市轨道车辆、高速动车组上，无不采用列车通信网络技术。当前，列车网络形式并不统一，专门为列车车载设备通信而量身定制的符合IEC61375标准的TCN（TrainCommunicationNetworks）列车通信网络与其他多种网络形式相比，更能普遍地适应列车通信的要求。基于TCN的列车网络，20年来取得了很大发展，从最初由两三家大公司主导，到现在得到众多公司和单位的支持。随着现代列车的智能化与信息化程度越来越高，也对列车通信网络提出了更高的要求，原有的技术形式已经在有些方面不能满足需求，必然要走向新发展。本章着重介绍了当今TCN列车网络技术的现状，并对其未来的发展趋势作一些分析、预测。1TCN列车网络简介由于世界范围内列车通信网络技术的差异，造成了多种总线技术并存的局面。除TCN标准的列车总线之外，WorldFIP、LonWorks、CAN等其他总线形式也在列车通信网络中有不同程度的运用。上述几种列车网络技术，绝大部分都是在其他领域应用成熟的现场总线技术移植到列车控制系统中来的。它们依据各自的标准，不便进行互联。于是基于制订一种开放式列车通信系统，实现各种轨道车辆相互联挂，车载可编程电子设备统一接口标准而实现互换的构想，TCN列车通信网络标准应运而生。1.1TCN列车网络雏形任何技术都不是凭空而生的，TCN列车网络也正是如此。它是由车载微机系统发展而来，在原有的技术基础上加以遴选、改进和标准化而形成的。其主要参考的模型则是Siemens公司的SIBAS系统和Adtranz公司的MICAS系统。以上两种形式车载微机控制系统的发展已从最初的完成简单的单一功能，发展到现在的多功能集成的列车通信网络，为TCN列车网络技术的起步与成型，以及日后成为国际标准，做出了巨大贡献。在铁路机车动车控制方面，德国Siemens公司早在1981年就研制出了相应的微机控制系统，并命名为SIBAS16，这个系统的样机首次应用在纽伦堡交通运输管理局地铁车辆上。SIBAS16中的数字代表其采用的是16位微处理器，这个系统由中央机、一个或多个子机以及存储单元构成，各计算机之间采用串行通信来实现数据传送。这种机车控制系统形式新颖，扩展性好，可靠性高，使用安装便捷，大有取代传统控制技术的趋势，成为列车微机控制发展中的发轫之作，影响不可不谓之重大。随着技术的不断革新以及SIBAS16的不断完善，Siemens公司不失时机地推出了基于32位控制器和信号处理器的列车微机控制系统SIBAS32，其在性能上较SIBAS16更具优越性，同时也对原有SIBAS16系统在接口上保持了向下兼容。20世纪90年代，列车通信网络国际标准正在制定当中，Siemens公司着眼于控制系统功能的长远发展，其推出的SIBAS32系统是一种多功能通用计算机系统。系统采用网络通信技术，外围设备已经开始标准化、专用化、智能化，基本上可在保持硬件结构不变的情况下便捷地与任意终端相挂接，构成一个对各种机车车辆移植性很好的控制与监控系统。1.2TCN标准制定《IEC61375电子铁路设备列车总线》是专门为铁路设备的数据通信而制定一项国际标准，即TCN标准，它是IEC（国际电工委员会）第9技术委员会（TC9，牵引电气设备分会)委托由来自20多个世界范围内主要铁路运营部门和制造厂家代表以及UIC(国际铁路联盟)的代表组成第22工作组（WG22），以前有着多年运行经验的Siemens的SIBAS系统和Adtranz的MICAS系统等技术为原型的基础上推出的。自1999年推出以来，在世界范围内得到了推广和应用，成为目前采用最广泛、最有应用前景的一种列车网络形式。1988年，以制定应用于铁道车辆、能使铁道车辆相互联挂的开放性通信系统标准为目的，WG22成立。1992年6月，TC9/WG22制定出委员会草案，并向各国征求列车通信网络TCN草案的意见稿。考虑到列车通信网络的特点，WG22在制订TCN标准时，曾在是制定一套全新的标准，还是对原有方案加以标准化这两种思路之间权衡。最后，其根据列车通信网络的要求，对已有的Profibus、LonWorks、Bitbus、FIP、CAN、Tornad等解决方案进行考量，但由于协议不透明，或实时性、可靠性、确定性不能满足列车通信要求等各方面原因而被逐一否定。经过多年的努力，WG22在Siemens和Adtranz公司原有技术方案的基础上，共同开发出了一套标准，并于1999年成为国际标准，即IEC613751TCN列车通信网络国际标准。IEC613751标准的内容如表1所列。该标准中规定典型的TCN网络系统的拓扑结构如图1所示。由图可见，IEC列车网络标准中规定系统分成两层总线结构：列车级的绞线式列车总线WTB和车辆级的多功能车辆总线MVB，两者之间协议转换需要通过网关实现。列车总线WTB最突出的特点是具有列车初运行的功能，即在车辆之间的重联通信时，能自动识别并标识各车辆在列车编组中的位置和方向，这对于需要频繁进行编组的列车而言可谓意义非凡。车辆总线MVB则用于实现车辆内的控制单元及控制设备的互联。TCN标准在列车通信的实时性方面规定，网络采用基于总线管理器的主从式介质访问控制，而在可靠性方面则规定，网络采取介质和总线管理器的冗余技术。IEC613751标准通过后，TC9于2003年成立专门的工作组TAHG(TrainCommunicationNetworkADHocGroup)，致力于研究TCN的改进与发展，并于2007年4月对IEC613751进行了修订，发布了第2版，同时也发布了IEC613752列车通信网络一致性测试标准。此外，工作组还在讨论将CANopen、LonWorks、TEtherne