CRH3列车通信网络系统

CRH3列车通信网络系统一、概述列车通信网络（TrainCommunicationNetwork，TCN）系统是实现整个动车组功能的关键，同时也是其监控和诊断的核心。CRH3动车组列车通信网络由绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）组成，均为两路冗余。WTB连接两个牵引单元，使它们之间能进行必要的数据交换；MVB将位于同一车辆或不同车辆中的标准设备连到列车通信网络上。这一切的基础是TCN网关，它负责WTB和MVB两个总线之间的数据转换和路由任务。其通用网络拓扑结构如图示；列车通信网络TCN的主要作用：列车通信网络TCN的特点：网络控制上每4辆为一个单元，每个单元内用MVB贯穿整个单元的4辆车，两个单元之间通过TCN网关再经过WTB连接，完成信息的传递。即MVB构成车辆级总线，WTB为列车级总线。每个MVB单元均有两个互为备份的CCU，承担网络管理器功能。WTB总线WTB在线路连接上采用冗余的双线方案，节点同时向两条线路发送相同的数据，但只从其中一条接受数据，该线为信任线，同时节点监视另一线路，此线路为监视线。WTB总线上的节点有主、从之分，作为主的节点可以按照自己的需要发送数据，其它作为从的节点只有在被主要求时才发送数据。MVB总线CRH3的车厢级通信网络采用MVB车辆总线，它的拓扑结构是固定的，不能动态改变。在传输线路上采用两对屏蔽双绞线用做为传输媒介，并且在车厢内分为两路冗余布线。除端车外，每辆车都有一个MVB分段，并通过中继器连接到整个MVB单元上，在端车有两个MVB分段，分别通过两个中继器连入整个MVB单元。在MVB上传输三种类型的数据：进程数据：源寻址数据的周期性广播,周期可达1ms；消息数据：根据需要,目标寻址的单播或广播；监视数据：为了事件辨别、主权转移、设备状态发送而进行的数据交换。CRH3列车各控制装置间的通信通过由WTB（绞线式列车总线）和MVB（多功能车辆总线）组成的双级通信网络予以实现。根据列车通信和控制可将一个动车组分为两个牵引单元，各牵引单元包括4节车，各牵引单元配有各自的车辆总线MVB。列车组中的牵引单元通过列车总线WTB互相连接。为了提高可用性，将使用一个主链结构实现车辆总线MVB的拓扑结构，MVB分支段通过中继器连接至主线（主链）上。该结构的优点在于如果车内一个MVB分支段出现故障，通常不会对牵引单元其他车的通信产生影响。对动车组以及输入输出设备（CCU、司机MMI、SIBAS-KLIP和MVB袖珍型I/O模块）的可用性很重要的冗余控制和操作设备均位于EC01/EC08车内。因此，EC01/EC08车内安装有两个独立的MVB分支段，冗余设备分给了各分支段，如有必要，冗余设备可用于列车行驶和制动的操作中。二、中央控制单元每个牵引单元有两个TCN网关，位于两端车的司机室中，分别集成在两个中央控制单元（CCU）内，互为冗余，但只有在作为主的中央控制单元中的网关才参与WTB和MVB通信。每个牵引单元的主CCU负责其本牵引单元内的车辆控制，它从车辆总线MVB和列车总线WTB（通过其附属网关）读取命令和信息，并向列车总线WTB和车辆总线MVB发送控制信号和反馈信息；从中央控制单元中网关接通电源但不激活。每个MVB单元均有两个互为备份的CCU，承担网络管理器功能。司机室占用端车上的主CCU不仅和其它端车主CCU一样实现管理本MVB单元的功能，同时还要管理全列网络系统。主CCU的主要功能如下：主断路器和受电弓控制、变压器保护前端自动车钩和开闭机构、整备运行控制、自动速度控制通过附属网关连接到列车总线（WTB），对动车组和联挂列车进行配置确定和检测CCU设备诊断，列车总线和车辆总线通讯诊断从CCU运行和主CCU相同的程序，然而没有主动的过程控制。从CCU监视主CCU的状态，并做好在主CCU发生故障时接过主CCU的工作的准备。在下列情况下，实施CCU故障转换：完全闭锁/阻塞（如操作系统计算机时间监视器的激活）主CCU重要部件（电源装置/中央处理器，I/O模块）故障主CCU的MVB接口，或MVB总线管理器故障，或带有主控CCU的MVB分段故障作为主控CCU组成的网关故障司机室内CCU故障开关动作牵引控制单元TCU在CRH3中共有4个牵引变流器，分别位于两端车及3车和6车车下，在每个牵引变流器中都有一个牵引控制单元。主控CCU通过车辆总线MVB针对牵引系统向牵引控制单元TCU发出设定值，并通过TCU从牵引系统接收状态信息。牵引装置控制的重要信号由TCU直接通过输入/输出通道读入和发出。在中央处理器单元的主存储器中的操作系统负责系统的启动、事件等级的管理、处理器运转异常和硬件中断的处理。同时中央处理器单元还存有应用软件用来执行更高级的牵引控制功能。两个附属信号处理器同样存在着操作系统和应用软件，执行实时牵引控制和变流控制功能，大大减轻了中央处理器的工作量，它们从中央处理器接收变流器的控制预置指令，通过一定的算法确定必须的设置和产生控制脉冲。MVB模块用来和其他MVB设备进行通信，以交互相关信息。在模块内部也需要相应的软件支持其工作。牵引控制单元的主要功能如下：调节给定的牵引力或电制动力，调节牵引变流器的中间直流环节电压，产生牵引控制信号控制开关元件，如预充电接触器和线路隔离开关检测和保护变流器、牵引电机和其它牵引部件车轮滑动/空转保护配有诊断存储器为维修提供支持以及增加可用性通过MVB与CCU、BCU、MMI和辅助变流器等设备交换信息制动控制单元BCU在CRH3中，每辆车都有一个制动控制单元，出于冗余的考虑，如果端车BCU的一个模块故障，另一个模块可替代其部分功能，在拖车内的BCU也有冗余功能。所有的制动控制单元都可执行各自所在车辆控制系统内的控制和诊断，其中包括防滑功能。在端车内的BCU在管理本车制动系统的控制和诊断同时，还担负着本牵引单元内的制动管理任务。BCU主要功能如下：控制和诊断制动设备车辆滑动保护不旋转轴的独立检测辅助压缩机控制和诊断停放制动诊断制动试验、制动性能计算分配整个列车的制动力控制和诊断主风管的压力三、辅助变流器控制单元辅助变流器有两种，有位于2车和7车两变压器车车下的单辅助变流器和位于4车和5车车下的双辅助变流器。其输入端来自于牵引变流器的中间直流环节。辅助变流器由其中心控制系统对其进行控制和诊断，在双辅助变流器中有两个辅助变流器的中心控制控制系统，分别为各自的逆变器单元工作，这两个控制系统之间通过MVB进行连接，并最终连到车辆总线MVB上。辅助变流器控制系统的功能主要如下：辅助变流器的闭环控制，确保在给定的输入变量下可以得到所要求的输出变量根据列控系统的工作状态和输入信息，控制辅助变流器的输入和输出监控变流器本身所有的工作状态并向列控系统发送信息防止其自身设备发生过载、短路、负载失衡、输入和输出的单点或多点接地故障检测外部电源的电压和相序是否正确通过MVB车辆总线，向更列车控制系统发送三相电压输出的短路或过载情况多功能车辆总线中继器MVB-RepeaterMVB-Repeater本身并不具有与MVB总线其它设备进行信息交互的能力，它只是延长MVB总线的通信距离。在CRH3动车组中共有10这样的中继器，其中两个端车内各有2个，其它每个车内各有1个。它同时还有故障隔离的作用，因为每个车的MVB总线上的设备都是通过MVB中继器接入到整个列车通信网络的干线上的，一旦某个车的MVB总线或器设备出现故障，可以方便的进行隔离，不影响其它车MVB总线的正常通信。在一个MVB总线内参与总线通信的设备数超过32个或者传输距离超过200米时候必须使用多功能车辆总线中继器（MVB-Repeater）。当然它的加入是有代价的，就是信号传输时间的延迟，因此不能加入过多的中继器。在CRH3中的MVB中继器，其两路冗余的MVB总线可以分别由两路电源供应，因此具有良好的冗余性。人机显示接口MMI司机和列车乘务员的MMI是动车组车厢网络中最主要与人进行交互信息的设备。它一方面接受来自MVB上的信息，经过处理后通过显示界面必要的信息给相关人员，同时操作者可根据操作要求通过操作MMI,把自己的意图和信息输入到MMI中，经其处理后，将有关信息存储到本身的存储系统中或是传到MVB网络上。同时，MMI负责整个动车组中心诊断。每个动车组有5个MMI.其中，4个显示器位于司机室中（每个司机室2个司机MMI），1个（乘务员MMI）位于4车(餐车)乘务员室客户支持和服务区。分布式输入输出站动车组上的许多电气元件本身并不能和MVB进行通信，而连接到车辆总线MVB上的分布式输入输出站就起到了中间的桥梁作用，使这些电气元件与车厢通信网络建立数字信号或模拟信号的联系。在动车组中有两种类型的输入输出站，一种是输入输出点数固定不变的，并且在结构上非常紧凑的紧凑式输入输出站，在CRH3上的是输入输出点数可随输入输出模块的增减而变化的智能外围终端SIBAS®-KLIP。电池充电机控制单元BCCRH3上共有两组电池充电机分别位于餐车和一等车，电池充电机控制系统位于充电机中。电池充电机的输入电源为3相AC440V60Hz电压、输出为直流110V，是动车组110V负载的供电电源。它有两个主要控制模块，一个是充电机的核心控制模块，同时还负责和车辆总线MVB进行通信，另一个主要用于控制充电机的功率模块。充电机的主要功能如下：根据给定的要求控制所需输出根据MVB的输入信号要求，控制充电机的输入输出的状态监视充电机本身的工作状态，防止充电机本身的设备过载、短路、单点和多点输入输出接地故障，并向MVB发送相应信息监测预充电和预充电故障时的错误信息通过MVB向列车控制系统传送所有当前充电机的输出和输入电压和电流值在输出接地故障时通过MVB向列控系统发送相应信息通过MVB储存带有时间戳的故障状态，储存故障检测和分析所需的所有参数，以便于进行诊断四、车门控制单元CRH3中除餐车外（餐车没有外门），每辆车的几个外门中都存在一个连接到车辆总线MVB上的主车门控制单元，其它外门的门控制单元通过CAN总线和其联系，然后由该主车门控制单元和车辆总线MVB通信。主车门控制单元的主要功能如下：控制车外门、启动门关闭声音报警读入传感器和执行机构的信息并诊断监测门的运行元件、门联锁装置通过MVB连接门系统与列车控制系统提供遥控关闭功能接收相应的速度信号执行安全锁闭旅客信息系统的控制器PIS-STC旅客信息系统（PIS）用于旅客视听信息、列车人员通讯和旅客娱乐。其系统控制器PIS-STC是整个PIS的控制核心，也是PIS与列车控制网络连接的桥梁；它负责处理来自MVB总线、PIS中的设备以及属于该系统的GSM、GPS、FM天线等设备传来的信息，处理后发出相应控制指令或相关信息到相应目标处。同时，在STC里有掉电保持功能的存储器，可存储着重要的操作数据，使PIS在电源出现故障后可自动恢复到之前的状态。主要交流的信息如下：PIS-STC从MVB总线上得到的信息：配置数据时间、温度和当前运行速度距离起始车站运行的公里数旅客下车的出口侧其它一些与PIS相关的数据STC向MVB总线发送的数据：PIS系统的状态和诊断等数据PIS初始化后的列车和车厢号WC控制系统CRH3中的卫生间控制系统，除控制本子系统内部电气元件完成卫生间相应功能外，还与列车控制系统进行信息交互。作为主的卫生间本身没有与MVB直接通信的能力，它通过SIBAS®-KLIP连接到列车网络，将二进制的状态信息反馈到列控系统，然后这些信息可以在列车员MMI上显示。这些信息主要是：卫生间的错误信息、净水箱空故障信息、污水箱满95%故障信息、卫生设施的加热系统温度过高、紧急呼叫信息等。采暖、通风和空调控制装置HVAC：在CRH3每辆车上都有一个HVAC控制单元，并且都通过车辆总线MVB连接到列车网络，且对空调系统的基本操作功能，通过司机室的MMI和餐车的列车乘务员MMI进行操作。火灾报警和烟雾探测系统：其控制单元接收来自烟雾探测器的信息，