CRH3列车通信网络系统...ppt
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1、一、概述一、概述列车通信网络(列车通信网络(Train Communication Network, TCN)系统是实现整个动车组功能的关键,同时也是其监)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。控和诊断的核心。CRH3动车组列车通信网络由动车组列车通信网络由绞线式列车总线(绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(和多功能车辆总线(MVB)组成,均为两路冗余。)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;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将位于同一车辆或不同车辆中的标准设
2、备连到列车通信网络上。这一切的基础是信网络上。这一切的基础是TCN网关网关,它负责,它负责WTBWTB和和MVBMVB两两个总线之间的个总线之间的数据转换和路由数据转换和路由任务。任务。其通用网络拓扑结构如其通用网络拓扑结构如图示;图示;列车通信网络列车通信网络TCN的的主要作用主要作用:列车通信网络列车通信网络TCN的的特点特点:网络控制上每网络控制上每4 4辆为一个单元,每个单元内用辆为一个单元,每个单元内用MVBMVB贯穿贯穿整个单元的整个单元的4 4辆车,两个单元之间通过辆车,两个单元之间通过TCN网关网关再经过再经过WTBWTB连接,完成信息的传递。即连接,完成信息的传递。即MVBM
3、VB构成车辆级总线,构成车辆级总线,WTBWTB为列车为列车级总线。每个级总线。每个MVBMVB单元均有两个互为备份的单元均有两个互为备份的CCUCCU,承担网络管,承担网络管理器功能。理器功能。WTB总线总线WTBWTB在线路连接上采用在线路连接上采用冗余的双线冗余的双线方案,节点同时向两方案,节点同时向两条线路发送相同的数据,但只从其中一条条线路发送相同的数据,但只从其中一条接受数据接受数据,该线为,该线为信任线,同时节点监视另一线路,此线路为信任线,同时节点监视另一线路,此线路为监视线监视线。WTBWTB总线上的节点有总线上的节点有主、从主、从之分,作为主的节点可以按之分,作为主的节点可
4、以按照自己的需要发送数据,其它作为从的节点只有在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被主要求时才发送数据。时才发送数据。MVB总线总线CRH3的车厢级通信网络采用的车厢级通信网络采用MVB车辆总线,它的拓车辆总线,它的拓扑结构是扑结构是固定固定的,不能动态改变。在传输线路上采用两对屏的,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,并且在车厢内分为蔽双绞线用做为传输媒介,并且在车厢内分为两路冗余两路冗余布线布线。除端车外,每辆车都有一个。除端车外,每辆车都有一个MVB分段,并通过分段,并通过中继器中继器连连接到整个接到整个MVB单元上,在端车有两个单元上,在端车有
5、两个MVB分段,分别通过分段,分别通过两个两个中继器中继器连入整个连入整个MVB单元。单元。在在MVBMVB上传输三种类型的数据:上传输三种类型的数据: 进程数据:进程数据:源寻址数据的周期性广播源寻址数据的周期性广播, , 周期可达周期可达1ms1ms; 消息数据消息数据:根据需要:根据需要, ,目标寻址的单播或广播;目标寻址的单播或广播; 监视数据监视数据:为了事件辨别、主权转移、设备状态发送:为了事件辨别、主权转移、设备状态发送而进行的数据交换。而进行的数据交换。 CRH3CRH3列车各控制装置间的通信通过由列车各控制装置间的通信通过由WTBWTB(绞线式列(绞线式列车总线)和车总线)和
6、MVBMVB(多功能车辆总线)组成的双级通信网络予(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两个牵引单元单元,各牵引单元包括,各牵引单元包括4 4节车,各牵引单元配有各自的车辆节车,各牵引单元配有各自的车辆总线总线MVBMVB。列车组中的牵引单元通过列车总线。列车组中的牵引单元通过列车总线WTBWTB互相连接。互相连接。为了提高可用性,将使用一个为了提高可用性,将使用一个主链结构主链结构实现车辆总线实现车辆总线MVBMVB的的拓扑结构,拓扑结构,MVBMVB分支段通过中继器连接至主线(主链)上。分支段通
7、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该结构的优点在于如果车内一个MVBMVB分支段出现故障,分支段出现故障,通常通常不会不会对牵引单元其他车的通信产生对牵引单元其他车的通信产生影响影响。对动车组以及。对动车组以及输入输出设备(输入输出设备(CCUCCU、司机、司机MMIMMI、SIBAS-KLIPSIBAS-KLIP和和MVBMVB袖珍型袖珍型I/OI/O模块)的可用性很重要的冗余控制和操作设备均位于模块)的可用性很重要的冗余控制和操作设备均位于EC01/EC08EC01/EC08车内。因此,车内。因此,EC01/EC08EC01/EC08车内安装有两个独立的车内安装有两
8、个独立的MVBMVB分支段,冗余设备分给了各分支段,如有必要,冗余设分支段,冗余设备分给了各分支段,如有必要,冗余设备可用于备可用于列车行驶和制列车行驶和制动的操作中。动的操作中。二、中央控制单元CCU 每个牵引单元有每个牵引单元有两个两个TCNTCN网关网关,位于两端车的,位于两端车的司机室司机室中,中,分别集成在两个中央控制单元(分别集成在两个中央控制单元(CCUCCU)内,)内,互为冗余互为冗余,但只,但只有在作为主的中央控制单元中的网关才参与有在作为主的中央控制单元中的网关才参与WTBWTB和和MVBMVB通信。通信。每个牵引单元的主每个牵引单元的主CCUCCU负责其负责其本牵引单元内
9、本牵引单元内的车辆控制,它的车辆控制,它从车辆总线从车辆总线MVBMVB和列车总线和列车总线WTBWTB(通过其附属网关)(通过其附属网关)读取命令读取命令和信息和信息,并向列车总线,并向列车总线WTBWTB和车辆总线和车辆总线MVBMVB发送控制信号和反发送控制信号和反馈信息;馈信息;从中央控制单元中网关接通电源但不激活。从中央控制单元中网关接通电源但不激活。每个每个MVBMVB单元单元均有两个均有两个互为备份互为备份的的CCUCCU,承担,承担网络管理网络管理器器功能。司机室占用端车上的主功能。司机室占用端车上的主CCUCCU不仅和其它端车主不仅和其它端车主CCUCCU一一样实现管理本样实
10、现管理本MVBMVB单元的功能,同时还要单元的功能,同时还要管理全列网络系统管理全列网络系统。主主CCUCCU的主要功能如下:的主要功能如下:主断路器和受电弓控制、变压器保护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、自动速度前端自动车钩和开闭机构、整备运行控制、自动速度控制控制通过附属网关连接到列车总线(通过附属网关连接到列车总线(WTBWTB),对动车组和联),对动车组和联挂列车进行配置确定和检测挂列车进行配置确定和检测CCUCCU设备诊断,列车总线和车辆总线通讯诊断设备诊断,列车总线和车辆总线通讯诊断 从从CCUCCU运行和主运行和主CCUCCU相同的程序,然
11、而相同的程序,然而没有主动没有主动的过程的过程控制。从控制。从CCUCCU监视监视主主CCUCCU的状态,并做好在主的状态,并做好在主CCUCCU发生故障时发生故障时接过主接过主CCUCCU的工作的准备。的工作的准备。在下列情况下,实施在下列情况下,实施CCUCCU故障转换:故障转换:完全闭锁完全闭锁/ /阻塞(如操作系统计算机时间监视器的激活)阻塞(如操作系统计算机时间监视器的激活)主主CCUCCU重要部件(电源装置重要部件(电源装置/ /中央处理器,中央处理器,I/OI/O模块)故模块)故障障主主CCUCCU的的MVBMVB接口,或接口,或MVBMVB总线管理器故障,或带有主控总线管理器故
12、障,或带有主控CCUCCU的的MVBMVB分分 段故障作为主控段故障作为主控CCUCCU组成的网关故障组成的网关故障 司机室内司机室内CCUCCU故障开关动作故障开关动作牵引控制单元牵引控制单元TCU在在CRH3CRH3中共有中共有4 4个个牵引变流器,分别位于两端车及牵引变流器,分别位于两端车及3 3车车和和6 6车车下,在每个牵引变流器中都有一个车车下,在每个牵引变流器中都有一个牵引控制单元牵引控制单元。主控主控CCUCCU通过车辆总线通过车辆总线MVBMVB针对牵引系统向牵引控制单元针对牵引系统向牵引控制单元TCUTCU发出设定值,并通过发出设定值,并通过TCUTCU从牵引系统接收状态信
13、息。牵引装从牵引系统接收状态信息。牵引装置控制的重要信号由置控制的重要信号由TCUTCU直接通过输入直接通过输入/ /输出通道读入和发出。输出通道读入和发出。在在中央处理器单元中央处理器单元的主存储器中的操作系统负责的主存储器中的操作系统负责系统系统的启动、事件等级的管理、处理器运转异常和硬件中断的启动、事件等级的管理、处理器运转异常和硬件中断的处的处理。同时中央处理器单元还存有应用软件用来执行理。同时中央处理器单元还存有应用软件用来执行更高级的更高级的牵引控制功能牵引控制功能。两个两个附属信号处理器附属信号处理器同样存在着操作系统和应用软件,同样存在着操作系统和应用软件,执行执行实时牵引控制
14、和变流控制实时牵引控制和变流控制功能,大大功能,大大减轻减轻了中央处理器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,的工作量,它们从中央处理器接收变流器的控制预置指令,通过一定的算法通过一定的算法确定确定必须的设置和必须的设置和产生产生控制脉冲。控制脉冲。MVBMVB模块用来和其他模块用来和其他MVBMVB设备进行通信,以交互相关信设备进行通信,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。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: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调节给定的牵引力或电制动力,
15、调节牵引变流器的中间直流环节电压,产生牵引控制信号流环节电压,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检测和保护变流器、牵引电机和其它牵引部件 车轮滑动车轮滑动/ /空转保护空转保护 配有诊断存储器为维修提供支持以及增加可用性配有诊断存储器为维修提供支持以及增加可用性 通过通过MVBMVB与与CCUCCU、BCUBCU、MMIMMI和辅助变流器等设备交换信息和辅助变流器等设备交换信息制动控制单元制动控制单元BCU 在在CRH3CRH3中,每辆车都有一个中,每辆车都有一个制动控制单元制动控制单
16、元,出于,出于冗余冗余的考虑,如果端车的考虑,如果端车BCUBCU的一个模块故障,另一个模块可替代的一个模块故障,另一个模块可替代其部分功能,在拖车内的其部分功能,在拖车内的BCUBCU也有冗余功能。所有的制动控也有冗余功能。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制单元都可执行各自所在车辆控制系统内的控制和诊断控制和诊断,其,其中包括防滑功能。在端车内的中包括防滑功能。在端车内的BCUBCU在管理本车制动系统的控在管理本车制动系统的控制和诊断同时,还担负着制和诊断同时,还担负着本牵引单元内本牵引单元内的制动管理任务。的制动管理任务。BCUBCU主要功能如下:主要功能如下: 控制和诊
17、断制动设备控制和诊断制动设备 车辆滑动保护车辆滑动保护 不旋转轴的独立检测不旋转轴的独立检测 辅助压缩机控制和诊断辅助压缩机控制和诊断 停放制动诊断停放制动诊断 制动试验制动试验 、制动性能计算、制动性能计算 分配整个列车的制动力分配整个列车的制动力 控制和诊断主风管的压力控制和诊断主风管的压力三、辅助变流器控制单元三、辅助变流器控制单元辅助变流器有两种,有位于辅助变流器有两种,有位于2 2车和车和7 7车两变压器车车下车两变压器车车下的的单辅助变流器单辅助变流器和位于和位于4 4车和车和5 5车车下的车车下的双辅助变流器双辅助变流器。其输。其输入端来自于牵引变流器的入端来自于牵引变流器的中间
18、直流环节中间直流环节。辅助变流器由其中。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工作,这两个控制系统之间通过MVBMVB进行连接,并最终连到进行连接,并最终连到车辆总线车辆总线MVBMVB上。上。辅助变流器控制系统的功能主要如下: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得到所
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