張偉 賈興強

摘要：高速列車為保證旅客乘車的安全與舒適，需對車輛的各種設備進行可靠地控制、監(jiān)測和診斷而列車網(wǎng)絡系統(tǒng)是一種面向控制、連接車載設備的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，是分布式列車控制系統(tǒng)的核心，其集列車控制系統(tǒng)、故障檢測與診斷系統(tǒng)以及旅客信息服務系統(tǒng)于一體，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)列車各個系統(tǒng)之間的信息交換，最終達到對車載設備的集散式監(jiān)視、控制和管理目的，因此，列車的網(wǎng)絡系統(tǒng)對于車輛的安全可靠運行起著至關重要的作用。本文著重介紹了列車網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構組成、工作原理以及典型故障的分析和處理方法。

關鍵詞：中國標準動車 ? ?列車總線（WTB） ? ?車輛總線（MVB） ? ?通信 ? ?以太網(wǎng) ? ?MBA總線分析儀

一、系統(tǒng)概述

列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)用于動車組的列車級和車輛級的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，并能夠?qū)崿F(xiàn)整車的邏輯控制、故障診斷和狀態(tài)顯示，提供調(diào)試和維護幫助。

1、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)采用兩級總線

列車總線為WTB總線，車輛總線為MVB總線[1]，列車級和車輛級數(shù)據(jù)轉換采用WTB/MVB 網(wǎng)關。WTB總線物理上采用兩根互為冗余的雙絞線，傳輸速率為1Mbit/s，兩個牽引單元之間通過WTB總線和冗余的網(wǎng)關連接，通過網(wǎng)關與本單元的MVB總線相連進行數(shù)據(jù)交換[2]。MVB總線的傳輸介質(zhì)為EMD，物理層上采用兩對冗余的雙絞線總線結構，MVB總線的傳輸速率為1.5Mbit/s。通過MVB總線和輸入輸出模塊實現(xiàn)各子系統(tǒng)與CCU之間的數(shù)據(jù)交換。

2、布設以太網(wǎng)，主要用于傳輸狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)

列車同時布設以太網(wǎng)ETB列車總線，ETB總線的傳輸速率為100Mbit/s。每節(jié)車廂設有ETB交換機，通過以太網(wǎng)交換機與CCU、HMI、無線傳輸裝置等設備相連進行數(shù)據(jù)交換[3]。ETB總線主要用于傳輸狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。同時以太網(wǎng)作為維護網(wǎng)絡，對連接至以太網(wǎng)的車載子系統(tǒng)實現(xiàn)軟件上載和故障下載。

動車組按照牽引單元設置兩個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段設有列車節(jié)點。每個牽引單元為一個或多個MVB網(wǎng)段，當某個MVB網(wǎng)段出現(xiàn)故障時，只影響本網(wǎng)段內(nèi)子系統(tǒng)的通信，不影響動車組其它網(wǎng)段中子系統(tǒng)的通信。

各子系統(tǒng)的控制設備通過MVB通信接口直接連接至車輛總線MVB，連接到車輛總線上的各子系統(tǒng)控制單元主要包括：牽引控制單元、制動控制單元、輔助控制單元、空調(diào)控制單元、門控單元、充電機控制單元、PIS控制單元等。當子系統(tǒng)或子系統(tǒng)控制器不具有MVB通信接口時，子系統(tǒng)的反饋狀態(tài)通過輸入輸出設備接入車輛網(wǎng)絡。

列車總線為WTB，傳輸速率為1Mbit/s，而車輛總線為MVB，傳輸速率為1.5Mbit/s，保證了控制指令的實時性。

二、列車的通訊與控制

1、中央控制單元

中央控制單元主要由網(wǎng)關、CPU處理板卡、IOM管理板卡、MVB通訊板卡、數(shù)字輸入輸出板卡、電源板卡、冷卻風扇、機箱等組成。同時擴展可實現(xiàn)網(wǎng)側電流、變壓器差分電流、網(wǎng)壓、蓄電池電壓等模擬量采集功能?？蓪崿F(xiàn)WTB/MVB/ETH的通訊功能。中央控制單元在通用CPCI總線的技術上加入本控制單元特有的信號，實現(xiàn)了擴展性的CPCI總線技術;除此之外，在背板上還包含數(shù)字和模擬的IO信號;具有MVB、以太網(wǎng)接口。中央控制單元作為動車組網(wǎng)絡控制核心單元，采集與車輛運行狀況有關的各種信息，并對這些數(shù)據(jù)進行邏輯判斷處理后，發(fā)送到牽引、制動、輔助供電、空調(diào)、旅客信息系統(tǒng)、充電機等連接到列車網(wǎng)絡上的各個子系統(tǒng)，從而對各種系統(tǒng)進行控制、監(jiān)視和故障診斷。

2、高壓控制單元

本高壓控制單元主要由CPU處理板卡、IOM管理板卡、MVB通訊板卡、數(shù)字輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出板卡、電源板卡、冷卻風扇、機箱等組成;主要實現(xiàn)高壓系統(tǒng)數(shù)字量輸入輸出監(jiān)視與控制、網(wǎng)側電流、網(wǎng)壓、變壓器差分電流、變壓器油流出入溫度、蓄電池電壓等模擬量采集功能。本高壓控制單元可實現(xiàn)MVB、ETH的通訊功能。

3、輸入輸出模塊

輸入輸出模塊（IOM）是一種用于采集車輛數(shù)字量輸入信號，同時具有數(shù)字量輸出信號功能的裝置，大量地用于軌道交通運輸車輛。

本輸入輸出模塊主要由CPU板卡、MVB通訊板卡、DC110V數(shù)字量輸入板卡、DC24V數(shù)字量輸入板卡、DC110V數(shù)字量輸出板卡、電源板卡、機箱等組成;具有MVB、ETH接口，可實現(xiàn)MVB、ETH的通訊功能。

4、無線傳輸裝置

采用MVB網(wǎng)絡技術、以太網(wǎng)技術、GSM無線傳輸技術、WLAN無線局域網(wǎng)技術，能夠滿足檢修部門對運行動車組動態(tài)跟蹤控、提供遠程技術支持和故障應急指導并即時組織維修的實際需求。將高速動車組運行途中傳輸?shù)男畔⒎譃閯討B(tài)位置跟蹤信息、基本狀態(tài)信息和故障信息等。動態(tài)位置跟蹤信息主要包括運行動車組位置，如經(jīng)緯度或線路公里標;基本狀態(tài)信息主要有：速度、牽引、制動、車門、軸溫等安全相關信息，以及空調(diào)、衛(wèi)生間等旅客服務設施狀態(tài)信息等;故障信息主要是在車載網(wǎng)絡上傳輸?shù)?、可獲取的故障事件及其相關環(huán)境參數(shù)，用于故障發(fā)生后支持車載故障診斷、分析、排除及動車組檢修。

5、以太網(wǎng)關/交換機

TKD586A/B型以太網(wǎng)網(wǎng)關、交換機包括TKD568A型以太網(wǎng)網(wǎng)關和TKD568B型以太網(wǎng)交換機兩種設備。以太網(wǎng)技術在列車網(wǎng)絡中主要是與現(xiàn)有的MVB總線相結合的模式。

以太網(wǎng)在列車運行過程中起監(jiān)視作用，不參與列車控制，當以太網(wǎng)故障時，列車的運行不受影響。以太網(wǎng)在列車上的應用，大量的故障數(shù)據(jù)、事件記錄、設備運行參數(shù)等都可以通過以太網(wǎng)通訊的方式傳輸給顯示屏和無線車載設備等，然后根據(jù)具體需求對數(shù)據(jù)進行分類存儲、顯示以及發(fā)送至地面監(jiān)視服務器，大大提高了對動車組安全狀態(tài)和故障情況進行監(jiān)控的能力，增加了對網(wǎng)絡設備維護的手段。原來部分通過MVB網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可通過以太網(wǎng)進行傳輸，對傳輸信息可進行更合理的分配，提高了整個網(wǎng)絡通訊帶寬的利用率。

6、MVB中繼器

在列車的TCN網(wǎng)絡中，按照IEC61375-1標準規(guī)定，因受物理層RS-485驅(qū)動能力的限制，MVB總線最多可以連接32個設備，因線纜長度對信號造成衰減以及受物理層RS-485驅(qū)動能力的限制，MVB線纜長度最大不能超過200米，這種限制的存在對MVB網(wǎng)絡設計和應用造成一定限制。為了克服這種限制，標準中提出可采用MVB中繼器設備對MVB的物理層信號進行整形放大。因此在MVB網(wǎng)絡應用中，MVB中繼器得到了廣泛的應用。

MVB中繼器由兩個完全獨立、冗余的主電路組成，每個主電路由接收/發(fā)送電路、FPGA控制邏輯電路以及電源電路三部分組成。

三、結束語

綜上我們了解到列車各控制裝置間的通信通過由列車總線 WTB（絞線式列車總線）和車輛總線 MVB（多功能車輛總線）組成的雙級通信網(wǎng)絡予以實現(xiàn)，列車組中的牽引單元通過列車總線 WTB 互相連接具有通信速率高、實時性好等特點。本文通過對中國標準動車組通信網(wǎng)絡結構組成進行了分析，并通過在實際工作中遇見的典型故障進行了總結分析提煉了解決故障的快速思路和方法，確保了標準動車組的調(diào)試工作質(zhì)量，為旅客的旅途舒適安全保駕護航。

參考文獻

[1] 聶曉波， 王立德，申萍.軌道車輛MVB網(wǎng)絡實時性能分析與優(yōu)化研究.鐵道學報.2011.第33卷第9期：40-44

[2]朱俊，李芳，王麗芳.MVB總線網(wǎng)絡動態(tài)性能的研究.機 車 電 傳 動.2013年第1期：35-38

[3] 劉博，金杰，陳佳凱，韋巍.用工業(yè)以太網(wǎng)描述和替代MVB網(wǎng)絡.工業(yè)控制計算機.2014年第27卷第5期：6-9