列车通信网络5列车控制.ppt

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1、列车通信网络列车通信网络 (5)(5)北京交通大学 电气工程学院微机控制与列车通信网络微机控制与列车通信网络微机控制与列车通信网络微机控制与列车通信网络第一页，编辑于星期六：十七点 二十三分。主要内容主要内容主要内容主要内容o高速列车与动车组-采用通信网络的必要性o工业数据通信基础o计算机网络知识o现场总线与嵌入式系统o微机控制与列车通信网络o网络通信项目实例第二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车控制系统主要作用机车控制系统主要作用机车控制系统主要作用机车控制系统主要作用o调节（分配）机车牵引力、制动力；o调节速度；o故障检测与诊断；o辅助系统的控制；o防空砖、防滑行；o无功功率补偿；o

2、各种保护等。第三页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车控制系统机车控制系统机车控制系统机车控制系统第四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。车载微机的发展历程车载微机的发展历程车载微机的发展历程车载微机的发展历程车载微机的发展可分为三个阶段：1.以单一功能或单一设备的测控为目标的初级阶段；2.以一节车厢（机车、车辆）内的全部可编程设备为对象（例如一台机车的全部控制设备）的中级阶段；3.集整列列车内部测控任务和信息处理任务为一身的高级阶段。第五页，编辑于星期六：十七点 二十三分。主主CPU脉冲控制脉冲控制脉冲放大脉冲放大串行总线接口串行总线接口数数字字信信号号接接口口继继电电器器/光光耦耦隔隔离

3、离模模拟拟信信号号调调整整A/D D/A人机对话人机对话保护监控保护监控电源电源列车总线列车总线其它总线其它总线o基本结构第六页，编辑于星期六：十七点 二十三分。o微机控制机车SS9第七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。电力牵引传动的控制电力牵引传动的控制电力牵引传动的控制电力牵引传动的控制o控制系统的分级管理和功能配置o列车通信网络和交换技术o电动机的控制策略o粘着控制第八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。控制系统的分级管理和功能配置控制系统的分级管理和功能配置控制系统的分级管理和功能配置控制系统的分级管理和功能配置o现代列车控制是由挂在列车通信网络上的多微机系统来实现的n电力机车中的微

4、机系统n电动车组动力车中的微机系统n中间车辆上的微机系统o各自耦合在机车或车辆的本地网络，即机车车辆总线上，通过列车总线相互交换信息和数据。第九页，编辑于星期六：十七点 二十三分。控制系统的分级管理控制系统的分级管理控制系统的分级管理控制系统的分级管理o电力机车和电动车组的电子控制系统，一般可以分为n列车级控制n机车级控制n传动级控制第十页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车调速特性控制技术o传动级：机车控制的最基础一级，即交流传动电机驱动控制。可分为转差频率控制、磁场矢量控制、直接转矩控制；o车辆级：实现对机车整体的控制，传递操纵指令、轨道信号指令、分配牵引力/制动力、优化黏着、监视运行状

5、态、实现人机通信；o列车级：通过总线重联控制来实现，动力车之间、动力车和车辆之间实现全部运行指令、整个列车的牵引/制动，运行方向、牵引力或速度的统一控制、对车门，空调，旅客信息，监视，诊断等的信息交换与控制。第十一页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车级控制列车级控制列车级控制列车级控制o列车级控制涉及与整个列车有关的给定值和控制变量；o输入来自司机台n运行状态指令：牵引 或制动、前进或后退n速度或牵引力给定值；n最重要的输出信号是牵引力或制动力给定值。第十二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车级控制o涉及机车或车辆正常、有效运行的所有功能;o在设有列车级控制装置的机车上，机车控制级的主

6、要任务是优化粘着控制、分级制动力，对牵引力和制动力进行进一步处理后发送给传动级控制装置第十三页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车级控制功能o此外，它还有如下功能n限制冲击，提高运行舒适性;n监视主要设备的过电流、过电压、欠电压、过热、必要时切断主电路；n限制一次电流，作为防止接触网不稳定的预防性措施；n通过保护逻辑保证在接触网分相处的安全运行n通过辅助传动控制装置，实现辅助机械按功率大小提供相应冷却能量的最佳控制方式；n对所测得的实际值进行处理。第十四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。传动级控制o用于实现对每个动力单元的开环和闭环控制：n电动机调节n变流器控制，从而保证提供合适的牵引力和

7、速度。o包含如下一些基本功能：n输入端四相限脉冲整流器的开环和闭环；n电动机调节，也可能包含空转与滑行保护或粘着优化利用；n电动机侧逆变器的控制；n整个传动单元的故障检测与诊断。第十五页，编辑于星期六：十七点 二十三分。电子控制装置功能组与模块化电子控制装置功能组与模块化电子控制装置功能组与模块化电子控制装置功能组与模块化o牵引/制动控制：处理来自司机台的指令，并使其成为相应动力单元的基本控制指令；o输入/输出：包括模拟量输入/输出口、数字量输入/输出口o电动机给定值处理：负责把来自上一级控制装置的牵引力或制动力给定值处理为电动机闭环控制用的给定转矩值。第十六页，编辑于星期六：十七点 二十三分

8、。电子控制装置功能组电子控制装置功能组o四象限脉冲整流器闭环与开环控制：n使中间直流回路电压保持恒定的同时，控制交流侧电流，使其在牵引时与网压同相，在再生制动时与网压反相，尽可能地减少电流波形失真，保证接触网的功率因数最好，避免对信号和通信系统的干扰；o电动机与逆变器控制：n包括电动机闭环控制和逆变器的PWM控制两个部分。第十七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。电子控制装置功能组电子控制装置功能组o粘着控制n通过轮/轨接触传递的牵引力或制动力的大小，与机车重量、粘着系数以及转矩特性有关；o脉冲生成与分配n是变流器功率部分与控制装置之间的联接单元。第十八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车

9、通信网络列车通信网络列车通信网络列车通信网络TCNTCN第十九页，编辑于星期六：十七点 二十三分。o 列车总线连接各车辆n 车辆总线车辆内部第二十页，编辑于星期六：十七点 二十三分。几种列车组中的 车辆总线第二十一页，编辑于星期六：十七点 二十三分。应用系统第二十二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。绞线式列车总线第二十三页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车通信网络和信息交换技术列车通信网络和信息交换技术列车通信网络和信息交换技术列车通信网络和信息交换技术o列车通信网络将整个列车联成一体，司机对整个列车的控制命令通过列车通信网络送到列车的各个车厢，各个车厢工作状态通过列车通信网络送到司机室

10、显示屏，使整个列车有效和安全的运行。o列车信息系统：n控制信息：列车、机车控制级和传动 控制级；n诊断信息：通过车载诊断和地面诊断的方式来实现；n服务信息：车厢的服务功能以及对这些装置进行监测；n语音信息：向旅客提供服务。第二十四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。信息传输数据类型信息传输数据类型o过程数据：指表征列车状态的变量的值如：n轴速度，电动机电流、制动力等；o消息数据：是根据需要来决定其长度和是否发送变量值。n消息的长度在几到几千字节之间变化，可能大于一个帧，可以把它分成若干包，每个包为一帧。o管理数据：限于同一种总数上装置的状态检查或其他管理功能。第二十五页，编辑于星期六：十七点

11、二十三分。车辆总线车辆总线o其任务是实现机车、动力车或中间车内各控制计算机、诊断计算机、服务计算机的互联，并通过车辆中的节点与列车总线联接；o在欧洲一些交流传动机车上使用多功能车辆总线（MVB），其在机车、车辆或正常运行期间不解列的车组中，均可用作为数据传输载体o多功能车辆总线提供三种不同的物理媒体，它们都以同样的速率工作，传输速率为1.5Mbit/sn短距离（20m）的本地总线，采用RS-485接口；n中距离（200m）总线，采用双绞屏蔽线；n长距离（2000m）和恶劣环境条件，采用光纤作为传输媒体。第二十六页，编辑于星期六：十七点 二十三分。微机控制与通信系统微机控制与通信系统MITRAC

12、 o控制系统采用了模块化结构，每一模块可成为一相对独立的单元，通过MVB接口进行通讯，且每一模块都包含有独立的供电电源，模块可以根据需要确定安装位置;o分布式模块控制系统可以大大减少机车内部的布线，安装于不同柜中的模块采用光纤进行通讯，大大提高了抗电磁干扰的能力。第二十七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。微机控制与通信系统微机控制与通信系统o车辆中央单元计算机VCU与电空制动控制系统BLCU之间的信息交换通过I/O模块来进行；o辅助变流系统也是VCU通过I/O模块与变流器控制系统进行信息交换；o车厢级单元计算机VCU将控制信息通过光纤传输给DCU进行主变流器的控制，同时接收DCU的反馈信号以

13、便进行控制计算。第二十八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。控制与通信系统模块控制与通信系统模块 o网关（gateway）：列车级通过各机车的节点网关GW经WTB进行机车与机车、动车组之间的控制命令及信息的传递，即过程数据及消息数据的传递。动力头车与控制车采用同一种型号的网关；o初始化完成后可在列车网上传递过程数据及消息数据，实现司机控制命令的传递及状态信息的反馈。o车辆控制单元（VCU）：一种通用的处理单元，具有强大的运算处理功能。第二十九页，编辑于星期六：十七点 二十三分。控制与通信系统模块控制与通信系统模块o数字量输入/输出模块（DX）o数字量输入模块（DI）o模拟量输入/输出模块（AX

14、）o总线藕合器（BC）o模拟量测量及保护模块（AMP）第三十页，编辑于星期六：十七点 二十三分。o 周期性和偶发性介质访问基本周期MVB 1ms/2msWTB 25ms第三十一页，编辑于星期六：十七点 二十三分。新的发展新的发展新的发展新的发展第三十二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。故障监测、诊断系统故障监测、诊断系统故障监测、诊断系统故障监测、诊断系统第三十三页，编辑于星期六：十七点 二十三分。DJDJ型交流传动电力机车型交流传动电力机车型交流传动电力机车型交流传动电力机车o交直交主传动系统：机车的驱动系统由瑞士Adtranz公司进口，IPM水冷模块组成的大功率主变流器、功率为1225k

15、w的交流牵引电机、分散式MITRAC微机控制系统。第三十四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。微机控制与通信系统 o对于列车级控制，通过网关GATEWAY经列车网WTB实现机车与机车或动车组之间的诸如重联控制、信息交换等；o对于车厢级，主要由车厢中央控制单元VCU与分布在车内各电气屏柜的I/O模块、快速保护AMP模块及显示单元IDU等一起构成，实现诸如机车的特性控制、机车的逻辑控制、冗余控制、ABS防滑控制、机车保护、故障诊断等功能，各模块经车厢总线MVB与VCU进行通信；o对于变流器级控制，由驱动控制单元DCU进行四象限及电机侧逆变器的控制，DCU与VCU经MVB进行数据的交换。第三十五页，

16、编辑于星期六：十七点 二十三分。冗余控制o以往交直传动一般采用了如下两种方式实现系统的冗余：n一种是在模拟控制系统的机车上采用A、B组方式，正常时只有A组工作，B组备用，A、B组之间的转换要靠人工断电转换；n另一种是在微机控制系统的机车上采用独立机箱控制，每一机箱控制相应的转向架，当一个机箱出现故障时，也是通过转换开关进行人工断电转换，由另一机箱进行全车的控制。o随着计算机及其网络技术、微电子技术、自动控制技术的发展，为交流传动机车进行复杂性的功能控制如冗余控制提供了技术保障，同时也为实现高可靠性的交流传动提供了可能。第三十六页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车总线WTB o两台机车或动车

17、组之间在列车级之间的信息的传输是通过列车总线WTB来进行的，列车网的通信控制由网关来处理。o机车的过程数据包括司机控制命令通过列车网WTB传输，这省却了机车间大量重联信号线，而且在WTB上可以传输消息数据，这又是采用重联控制线所不可比拟的。在 DJ交流传动机车上，为防止采用单一列车网出现故障而影响重联控制功能，WTB采用两组：WTB传输通道A、WTB传输通道B。o正常使用时选择通道A，通道B作为热备冗余通道。当检测通道A出现故障时，网关进行自动切换，切换到通道B上进行工作。o在 DJ交流传动机车上，网关不作冗余，当网关本身出现故障时，例如电源故障，这时机车将失去通信控制功能，只能维持操作车的继

18、续运行。第三十七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。车厢总线MVB o根据TCN标准草案，车厢总线MVB分为近程总线和远程总线，近程总线采用电缆连接，远程总线采用光纤连接。当传输距离大于200m，一般采用远程总线即光纤连接。o在 DJ交流传动机车上，在同一个电气柜中各模块之间的MVB连接采用电缆连接，各电气柜间的MVB的连接采用光纤连接。光电或电光之间的转换通过BC总线耦合器或SC星型耦合器进行转换。o对于MITRAC控制系统，其车厢级各模块间的通信是由通讯协议控制专用芯片MVBC来进行。车厢总线MVB 分为MVB通道A及MVB通道B，通道B为通道A的冗余。正常工作时选择通道A，当MVBC检测

19、到通道A出现故障时，由MVBC进行控制切换到通道B上。实际上根据需要可以由软件设定采取冗余的方式或非冗余的方式，对于非冗余的方式由MVB通道A进行工作。由于基于车厢总线MVB传输的可靠性很高，通讯协议控制芯片MVBC从通道A切换到通道B并非十分完善，因此，在DJ交流传动机车上车厢总线MVB采用了非冗余方式。第三十八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。车厢总线MVBo在控制系统中，SC及BC耦合器在车厢总线的连接中起着相当重要的作用。一方面执行光电及电光信号的转换，另一方面起到隔离某段MVB的作用，当由于某一段MVB通道出现故障或某一模块MVBC出现故障时，耦合器可以侦听到故障并隔离相应的该段通

20、道，以防干扰整个车厢总线的通信。在这种情况下车厢控制单元VCU会检测出该段相应模块的lifesign信号丢失，此时VCU会选择冗余的机车控制信号及状态信号进行各项控制。o虽然车厢总线MVB没有采用冗余方式，但它一方面是以车厢总线MVB的可靠传输为基础，另一方面，通过对输入及输出模块的信号进行冗余来进行增强系统的可靠性。第三是当MVB某一段通信故障时，控制系统都可以至少能保证一个转向架的工作。第三十九页，编辑于星期六：十七点 二十三分。第四十页，编辑于星期六：十七点 二十三分。车厢控制单元主计算机车厢控制单元主计算机 o车厢控制单元主计算机VCU1是整个控制系统的核心，实现诸如机车的牵引/制动控

21、制、机车的逻辑控制、定速控制等等o在正常工作时，VCU1作为主计算机，执行各项控制功能，VCU3作为冗余计算机，接受信号并进行控制计算，但不输出信号。之所以这样工作是因为在系统启动时，通过程序设置使VCU1首先得到主控令牌信号Token，获得了对整个系统的控制权，VCU3没有得到主控令牌信号，只能处于冗余工作方式。o在系统工作期间，VCU1与VCU3通过MVB交换lifesign信号及其它相关信号。VCU1监听VCU3的lifesign信号及其它相关信号，以确定冗余计算机是否处于正常工作状态，一旦监听到VCU3不正常，VCU1将发出一故障信息送到诊断显示装置。同时VCU3也对VCU1进行监视，

22、一旦发现VCU1不正常，VCU3将获得控制权，即主控令牌，VCU3将担负起整个系统的控制。第四十一页，编辑于星期六：十七点 二十三分。车厢控制单元主计算机o对于总线管理控制，主总线管理控制程序FBV1作为诊断计算机VCU2的成员，冗余总线管理控制程序FBV2作为VCU3的成员。o在正常工作时，FBV1进行总线的管理控制，FBV2处于待命状态。当FBV1出现故障时，FBV2激活进行MVB总线的管理。o没有将FBV1放入VCU1中主要有两个目的：n其一是将主计算机VCU1的CPU负荷量降低了约6%，VCU1只运行控制程序FLG1N，而VCU2的CPU负荷量有较多的裕量。n其二是冗余的水准更高，因为

23、当VCU1出现故障程序不能正常运行时切换到冗余计算机，但总线管理仍由FBV1控制，冗余计算机只运行控制程序FLG1R，FBV2仍处于待命状态，如FBV1放入VCU1中，当VCU1故障切换到VCU3中时将同时运行FLG1R及FBV2，这时CPU的负荷量将上升。第四十二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。输入输入/输出模块及主要控制功能的冗余输出模块及主要控制功能的冗余 o为防止I/O模块的损坏而影响控制功能，作为机车的重要控制命令及反馈信息，采用冗余设置方式，如受电弓升降命令、主断路器闭合及分断命令等，在这里冗余有两种方式。n将一些重要的信号送往不同的模块，特别是司机命令信号。模块将信号采集后送

24、往车厢主计算机。在程序设计时对于重要信号，通常将某一模块接收的该信号作为主控信号，另一模块接收的该信号作为冗余信号。在系统运行时，主计算机不断查询各模块的lifesign信号及模块自检情况，一旦发现接收主控信号的模块故障，主计算机控制程序将自动切换选择冗余信号而不影响控制功能。这种方式的实现，其重要的原因是各模块都挂在MVB上，都经MVB进行通信。n另一种方式是针对司机室主手柄级位控制的冗余设置。如当司机主手柄电位器发生故障不能实现无级调节或者是相应模块发生故障，这时司机可通过转换紧急操纵开关，之后司机可通过主司机控制器的触点保持、上升、下降等信号来调节主手柄级位。第四十三页，编辑于星期六：十

25、七点 二十三分。紧急操作原理图紧急操作原理图 第四十四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。紧急转换操纵紧急转换操纵o处于紧急转换状态时VCU将减少某些次要的控制功能，但能维持机车的继续运行。o处于紧急转换状态时，所有机车信号都选择冗余信号n原因是当主控信号与冗余信号状态不一致而相应的模块均正常，即出现主控信号送入模块的连接故障时，在这种情况下由司机判断进行人工紧急转换选择冗余信号。第四十五页，编辑于星期六：十七点 二十三分。车载微机的发展历程车载微机的发展历程车载微机的发展历程车载微机的发展历程车载微机的发展可分为三个阶段：车载微机的发展可分为三个阶段：1.1.以单一功能或单一设备的测控为目标

26、的初级阶段；以单一功能或单一设备的测控为目标的初级阶段；2.2.以一节车厢（机车、车辆）内的全部可编程设备以一节车厢（机车、车辆）内的全部可编程设备为对象（例如一台机车的全部控制设备）的中级为对象（例如一台机车的全部控制设备）的中级阶段；阶段；3.3.集整列列车内部测控任务和信息处理任务为一身的高集整列列车内部测控任务和信息处理任务为一身的高级阶段。级阶段。现状：国外，国内现状：国外，国内第四十六页，编辑于星期六：十七点 二十三分。电力牵引的分级控制电力牵引的分级控制电力牵引的分级控制电力牵引的分级控制o现代列车的电子控制系统，一般可以分为列车级控制、机车级控制和传动级控制，形成三级控制格局。

27、列车总线耦合器显示器控制单元传动控制车辆总线列车总线.第四十七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。三级控制格局三级控制格局三级控制格局三级控制格局o列车级控制n特性控制n速度控制n目标制动n运行状态选择、显示n列车安全防护、故障诊断n重联控制：指令传输，状态反馈o机车级控制n牵引、制动力控制n粘着控制n辅助系统控制n诊断与保护o传动级控制n电机闭环控制n整流器（四象限调节器）控制n逆变器控制n诊断与监视第四十八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车级控制列车级控制列车级控制列车级控制o涉及与整个列车有关的给定值和控制变量。o特别是由多台机车组成的重联控制列车或包括多个动力车的电动车组中，从司

28、机所在的“本务车”发出的控制指令，通过列车控制级处理后传送到其他各机车或动力车中，实现统一指挥。o借助列车级控制的这些指令，司机将不难保持列车的严格运行速度，避免加速或减速时出现冲击，并且在目标制动时，能够迅速、准确地停靠在站台上。第四十九页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车级控制装置的输入输出列车级控制装置的输入输出列车级控制装置的输入输出列车级控制装置的输入输出o列车级控制装置的输入来自司机台，包括运行状态指令：牵引或制动、前进或后退以及速度或牵引力给定值。o最重要的输出信号是牵引力或制动力的给定值。保证各个动力单元的负载分配均匀，无需采取其它的附加措施。n在采用转向架控制方式（即一个

29、转向架上的2个或3个动力单元由唯一的一套电子装置进行控制）n在多机重联控制时，功率和特性不同的各机车之间，应当有最佳的负载分配状态。第五十页，编辑于星期六：十七点 二十三分。ICEICE高速列车的列车控制装置高速列车的列车控制装置高速列车的列车控制装置高速列车的列车控制装置保证控制和诊断数据的处理与传输：o把来自司机台给定值电位器的牵引力给定值加以数字化，并在检查每一根导线完好性和进行规范化之后，继续送到下一级控制装置中去；o在制动过程，当司机从牵引位退出，并操作制动控制器时，发出列车制动力给定值。以微处理器支持的制动控制装置按照存储的优先程序（以无磨耗制动为优先准则）和列车上各种制动（如电制

30、动、盘形制动、涡流制动等）设备的反馈状态信息，计算出分配给这些设备的给定值。第五十一页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车级控制机车级控制机车级控制机车级控制o涉及机车或车辆正常、有效运行的所有功能；o在设有列车级控制装置的机车上，机车控制级的主要任务是优化粘着控制、分配制动力，对牵引力和制动力进行进一步处理后发送给传动级控制装置。第五十二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车级控制机车级控制机车级控制机车级控制它还具有以下功能：o限制冲击。通过限制牵引力或制动力给定值的变化，提高运行的舒适性；o监视主要设备的过电流、过电压、欠电压、过热，必要时切断主断路器；o限制一次电流，作为防止接触网

31、不稳定的预防性措施；o通过保护逻辑保证在接触网分相处的安全运行；o通过辅助传动控制装置，实现按功率大小提供相应冷却能量的最佳控制方式；o对所测得的实际值（如电压、电流、速度、制动压力等）进行处理。第五十三页，编辑于星期六：十七点 二十三分。西班牙国铁西班牙国铁西班牙国铁西班牙国铁S252S252S252S252交流传动机车交流传动机车交流传动机车交流传动机车o这种机车上没有安装列车级控制装置，但在传动级控制装置之上有一个中央控制装置，其实也就是机车级控制装置；o处理来自司机台的或轨道感应装置的指令或给定值，生成传动级控制装置所需要的转矩给定值；o牵-制动自动控制；o负责受电弓、主断路器和辅助传

32、动机械的控制，监视运行状态，人-机通信；o接收、压缩和存储与诊断中心相连接的各种设备上来的诊断信息，经过适当处理后，送到司机台的显示屏上，或者通过诊断接口送到检修厂；o机车级控制装置按冗余原则设计，一个坏了，另一个接入工作，保证机车继续运行。第五十四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。Universal Locomotive S252Universal Locomotive S252第五十五页，编辑于星期六：十七点 二十三分。传动级控制传动级控制传动级控制传动级控制o实现对每个动力单元的开环和闭环控制，包括电动机调节和变流器控制，保证提供合适的牵引力和速度；o尽管在电动机调节方面存在各种各样策

33、略，脉宽调制技术也互不相同，但传动级控制装置总包括如下一些基本功能：n输入端四象限脉冲整流器的开环和闭环控制；n电动机调节（转差与电流反馈法、直接转矩自控制法、磁场定向控制法），也可能包含空转与滑行保护或粘着优化利用；n电动机侧逆变器的控制；n变流器回路的监视与保护；n整个传动单元的故障检测与诊断。第五十六页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车控制网络的列车控制网络的列车控制网络的列车控制网络的发展发展发展发展o70年代末至80年代初，车载微机的雏形分别在西门子和BBC出现，开始仅仅是用于传动装置的控制；o随着控制、服务对象的增多，人们把铁道系统依次划分为六个层次：公司管理、铁路运营、列车控

34、制、机车车辆控制、传动控制和过程驱动，列车通信网在初期的串行总线的基础上应运而生，并从原来不同公司的企业标准推向国际标准，逐步形成了列车通信与控制系统的标准化、模块化的硬件系列和全方位的开发、调试、维护、管理软件工具。第五十七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车通信网络列车通信网络列车通信网络列车通信网络o列车控制、检测、诊断信息通信网络(简称列车通信网络)是一个安装在列车上的计算机局域网络系统，负责对整列车各部分信息的采集与传递，对整列车进行控制、检测、诊断以及为旅客提供信息服务；o列车通信网由列车总线网与车厢总线网两级子网构成。第五十八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车列车列车列

35、车总线总线总线总线o列车总线将一列车的各车厢连在一起，构成整个列车的通信网络。第五十九页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车列车列车列车总线上的数据总线上的数据总线上的数据总线上的数据o远程控制n用于牵引的信息n车辆的照明、车门、空调、倾摆控制等信息o诊断信息n设备故障信息n维修信息o旅客服务信息n报站、意外、转车、定座第六十页，编辑于星期六：十七点 二十三分。车厢总线车厢总线车厢总线车厢总线o车厢总线将本节车厢内的各种可编程设备连接起来；o在车厢总线下边还可以有第三级由限制在一个车厢内的一部分传感/执行总线构成，这一级不受列车控制网络的限制，可被认为是车厢总线设备的一部分。第六十一页，编辑

36、于星期六：十七点 二十三分。列车通信网络的两个标准列车通信网络的两个标准列车通信网络的两个标准列车通信网络的两个标准oo美国电气与电子工程师协会美国电气与电子工程师协会IEEE1473:1999IEEE1473:1999列车通信列车通信协议协议n nT T型：型：IEC61375-1:1999IEC61375-1:1999规定的规定的TCNTCNn nL L型：美国电子工业协会型：美国电子工业协会EIA709.1:1998EIA709.1:1998控制网络协议规范控制网络协议规范及及EIA709.3:1998EIA709.3:1998自由拓扑双绞线信道规范自由拓扑双绞线信道规范规定的规定的Lo

37、nWorksLonWorks型型oo国际电工委员会国际电工委员会IEC61375-1:1999IEC61375-1:1999铁道电气设备铁道电气设备 列列车总线第车总线第1 1部分：列车通信网络部分：列车通信网络(TCN)(TCN)第六十二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车控制网络的应用列车控制网络的应用列车控制网络的应用列车控制网络的应用oo西门子的铁道自动化系统西门子的铁道自动化系统SIBASSIBAS（SIBAS16SIBAS16和和SIBAS32SIBAS32）；）；ooAdtranzAdtranz公公 司司 的的 MICASMICAS（MICAS-SMICAS-S和和MICAS

38、-S2MICAS-S2），MITRACMITRAC；ooALSTOMALSTOM公司的公司的AGATEAGATE（以（以WORLDFIPWORLDFIP总线协议为基础）；总线协议为基础）；oo列列车车通通信信网网络络的的IEC/UIDIEC/UID标标准准化化对对目目前前和和将将来来的的开开发发提提供了一个良好的基础；供了一个良好的基础；ooADtranzADtranz、FiremaFirema、SiemensSiemens和其他多家制造厂的所有新和其他多家制造厂的所有新项目均以项目均以TCNTCN为基础。为基础。第六十三页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车控制网络的介质列车控制网络的介质

39、列车控制网络的介质列车控制网络的介质ooTCNTCN推荐：推荐：n n列车总线用双绞屏蔽线列车总线用双绞屏蔽线n n200200以内车厢总线用双绞屏蔽线以内车厢总线用双绞屏蔽线n n大于大于200200米车厢总线用光纤米车厢总线用光纤oo光纤：抗电磁干扰能力强，传输速率高；光电转换接口透镜不能沾上灰光纤：抗电磁干扰能力强，传输速率高；光电转换接口透镜不能沾上灰尘和油污，价格高尘和油污，价格高oo双绞屏蔽线：特性阻抗、衰减率、机械强度双绞屏蔽线：特性阻抗、衰减率、机械强度n n特性阻抗：特性阻抗：(12012)(12012)，全列车的列车总线和车厢总线的特性阻抗，全列车的列车总线和车厢总线的特性

40、阻抗必须一致必须一致n n衰减率：车厢总线要求在衰减率：车厢总线要求在0.50.5 2 2倍工作频率内，两设备间由介质引起的倍工作频率内，两设备间由介质引起的总衰减不超过总衰减不超过8dB8dB；列车总线的主干电缆不超过；列车总线的主干电缆不超过10dB/km10dB/kmn n机械强度机械强度：第六十四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。TGVTGV车载微机及其网络系统车载微机及其网络系统车载微机及其网络系统车载微机及其网络系统TORNADTORNAD数据传输网数据传输网每辆动车每辆动车4 4个微机，每辆拖车个微机，每辆拖车1 1个个微机，环路式布置微机，环路式布置第六十五页，编辑于星期六：

41、十七点 二十三分。国内采用通信技术的车型国内采用通信技术的车型国内采用通信技术的车型国内采用通信技术的车型第六十六页，编辑于星期六：十七点 二十三分。机车的微机控制网络机车的微机控制网络机车的微机控制网络机车的微机控制网络CCUTCU机车控制级TCU机车控制级显示屏专用检测工 具TCU变流器控制级TCU变流器控制级列车总线AB控制器总线列车控制级车辆控制级功能控制级注：图中专用检测工具只在需要时才连上，总线上用虚线表示第六十七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。动力分散型电动车组微机控制系统动力分散型电动车组微机控制系统动力分散型电动车组微机控制系统动力分散型电动车组微机控制系统春城号春城号春

42、城号春城号春城号春城号中原之星中原之星中原之星中原之星先锋号先锋号先锋号先锋号先锋号先锋号第六十八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。电动车组的发展电动车组的发展电动车组的发展电动车组的发展o我国电动车组最早起始于20世纪80年代o早期应用在广深线的x2000”新时速”以租用方式从瑞典进口；o取得成功经验后，“蓝箭”投入使用o“春城”、“中原之星”、“先锋”n“春城”号于99年昆明世博会投入商业运营；n2001年研制成功“先锋”（运营速度200km/h，广深线）和“中原之星”（运营速度160km/h，郑州-武昌）第六十九页，编辑于星期六：十七点 二十三分。160km/h160km/h动力分散型

43、交流动车组动力分散型交流动车组动力分散型交流动车组动力分散型交流动车组第七十页，编辑于星期六：十七点 二十三分。160km/h动力分散型交流动车组动力分散型交流动车组第七十一页，编辑于星期六：十七点 二十三分。160km/h160km/h动力分散型交流动车组动力分散型交流动车组动力分散型交流动车组动力分散型交流动车组o160km/h动力分散型交流传动电动车组是为了满足人们对舒适、快捷的旅客运输越来越高的要求而诞生的。o动车组的编组在考虑确保各车辆重量均衡的前提下，结合国内研制的牵引变流设备的容量，采用动力分散方式。o动车组在牵引功率、动力配置和控制方式上都与地铁车辆相同。o全列车由两个完全相同

44、的动力单元组成，主传动系统采用交直交传动方式。第七十二页，编辑于星期六：十七点 二十三分。主要技术参数主要技术参数主要技术参数主要技术参数o列车编组型式 =MC+TP+M+M+TP+MC=总载客量 548人 轴式（一个动力单元）Bo-Bo+2-2+Bo-Bo 最大轴重（1.5倍定员载荷）17t 牵引功率 3200 kW 最高运行速度 160 km/h 起动牵引力 215 kN 列车起动加速度（0-36km/h）0.5 m/s2 电传动方式 交直交 调速方式 VVVF 动力制动方式 再生制动 电制动功率 3600 kW 微机控制 分散式微机控制系统 常用制动 模拟式空气制动系统，具有空电混合制动

45、功能 基础制动 动力车轮盘制动具有储能停放制动功能 拖车轴盘制动具有储能停放制动功能 第七十三页，编辑于星期六：十七点 二十三分。“春城号春城号春城号春城号”动力分散型电动车组动力分散型电动车组动力分散型电动车组动力分散型电动车组oo微机控制系统是在微机控制系统是在SS8SS8机车微机控制装置的基础上研机车微机控制装置的基础上研制的；制的；oo编组方式采用编组方式采用3 3动动3 3拖：拖：3(M+T)+T3(M+T)+T，中间预留有可能，中间预留有可能插入插入1 1个单元的位置。动车主电路采用四段经济桥相个单元的位置。动车主电路采用四段经济桥相控调压，控调压，4 4台牵引电机台牵引电机2 2

46、串串2 2并的方式；并的方式；oo电传动部分采用微机控制，电传动部分采用微机控制，3 3单元互相独立。微机单元互相独立。微机控制系统具有牵引控制系统具有牵引/制动特性控制、空转制动特性控制、空转/滑行保护、滑行保护、空电联合制动、列车供电控制、自动过分相及故障诊断、空电联合制动、列车供电控制、自动过分相及故障诊断、显示和保护等功能显示和保护等功能。第七十四页，编辑于星期六：十七点 二十三分。控制系统的构成控制系统的构成控制系统的构成控制系统的构成oo电动车组每单元有电动车组每单元有1 1个微机控制柜。在两端司机台各个微机控制柜。在两端司机台各装有装有1 1个个 TFT TFT 彩色液晶显示屏，

47、通过列车总线互连成彩色液晶显示屏，通过列车总线互连成通信网络交换信息通信网络交换信息(RS-485(RS-485通信通信)，在显示屏上显示，在显示屏上显示正常运行及故障的信息；正常运行及故障的信息；oo一个插件箱中含有一个插件箱中含有1212种种1313块插件，它带有块插件，它带有6 6个边插，个边插，用于与用于与5656芯插座间的连接。芯插座间的连接。3 3个单元插件箱的硬件和软个单元插件箱的硬件和软件完全相同，只在机箱布线上区分机箱号。件完全相同，只在机箱布线上区分机箱号。第七十五页，编辑于星期六：十七点 二十三分。列车总线通信和显示列车总线通信和显示列车总线通信和显示列车总线通信和显示o

48、o通信采用通信采用 RS485 RS485 标准，一点对四点分时通信，操作端的标准，一点对四点分时通信，操作端的显示屏为主机，通信周期显示屏为主机，通信周期 120 ms(120 ms(预备中间可能插入预备中间可能插入一单元的位置一单元的位置)，非操作端的显示屏不工作；，非操作端的显示屏不工作；oo显示屏的显示分为一级显示和二级显示。一级显示主要显示屏的显示分为一级显示和二级显示。一级显示主要是面向司机，二级显示面向维修人员。是面向司机，二级显示面向维修人员。第七十六页，编辑于星期六：十七点 二十三分。司机指令的传送司机指令的传送司机指令的传送司机指令的传送oo司机指令信号为一司机指令信号为一

49、0 015 V15 V的模拟信号；的模拟信号；oo调制解调插件将操作端的司机控制器指令调制成幅值调制解调插件将操作端的司机控制器指令调制成幅值 110 V110 V、频率、频率 555 Hz555 Hz、脉宽与指令成比例的、脉宽与指令成比例的 PWMPWM波，波，通过列车重联线传送到其他单元；通过列车重联线传送到其他单元；oo其他单元的调制解调插件接收其他单元的调制解调插件接收PWM PWM 信号后，解调成信号后，解调成本单元控制所需的司机指令信号，以保证各单元司机指令本单元控制所需的司机指令信号，以保证各单元司机指令的一致性，提高指令信号传输的抗干扰性能。的一致性，提高指令信号传输的抗干扰性

50、能。第七十七页，编辑于星期六：十七点 二十三分。中原之星中原之星中原之星中原之星o采用变频调速异步传动（交直交）技术，IGBT模块风冷变流器；o多单元重联控制的微机控制系统：FSK列车总线及技术的多级控制，列车总线用两对绞线，单元内用光纤连接；o采用DC600V集中争流、各车厢分散逆变的辅助供电系统；o轴重轻，16t；比功率大，8.47kW/t；启动加速度达到0.4m/ss以上，最高运行速度160km/h；第七十八页，编辑于星期六：十七点 二十三分。主变流器传动控制单元主变流器传动控制单元主变流器传动控制单元主变流器传动控制单元DCUDCUo在交流传动技术中，主变流器传动控制单元是其核心技术之