CRH5列車網絡控制系統CRH5列車網絡控制系統1CRH5列車網絡控制系統系統組成及功能網絡拓撲結構

冗余性分析

CRH5與CRH2通信網絡比較

4123CRH5列車網絡控制系統系統組成及功能網絡拓撲結構冗余2系統組成及功能

CRH5型動車組網絡控制系統是采用ALSTOM公司AGATE系統設計，通過貫穿整個列車的WTB列車總線來采集和傳輸信息、命令管理著動車組各個子系統設備，為實時統一管理動車組各部分狀態及乘務員操作提供了可靠信息，確保了動車組運行安全。

網絡構架體系系統組成及功能網絡構架體系3系統組成及功能

為與更為復雜的布局實現正確接口，需要根據IEC61375標準配置列車通信線路，所有連接至列車總線（網關）的用戶也將根據IEC61375規范設計。所有GW設備均具有可生成列車布局數據庫的“映射服務器”SW。

網關GW（WTB線和列車接口的連接橋），如右圖1所示。邏輯處理單元MPU（微處理器LC=舒適線即車門,衛生間、暖通空調等；微處理器LT=牽引線即輔助,牽引等)，如圖2所示系統組成及功能為與更為復雜的布局實現正確接口4系統組成及功能

CRH5型動車組網絡控制系統具有傳輸控制指令、實時監控設備狀態、收集跟蹤數據三大類功能。具體功能如下：牽引、輔助、制動指令傳輸；設備控制、復位指令傳輸；指示燈、蜂鳴器指令傳輸；車上試驗功能；數據記錄功能；自我診斷、復位功能；頁面顯示功能；司乘人員支持功能。

網絡控制系統的強大功能，使動車組實時控制的可靠性和智能性得到了很大提高，對動車組各設備狀態進行了有效的實時監控和管理，很大程度的提高了動車組的可操縱性。系統組成及功能 CRH5型動車組網絡控制系統具有傳輸控制指5網絡拓撲結構列車級網絡

列車級網絡完全由列車總線和網關組成。是多車掛接車組以接口正確連接所必需的列車通信線路，以及與列車總線（網關）以接口連接的設備均按照國際標準實現，而且為了保證相互操作性和可擴展性，它們配有負責生成列車編組數據庫的“MappingServer”軟件。標準限制要求每個網關最多控制6節車。為此，對每一編組提供了2個冗余的網關單元,兩個冗余網關單元分別應用于每半列列車，如圖所示：網絡拓撲結構列車級網絡 列車級網絡完全由列車總線和網關組成。6兩個動車組之間的連接通過穿過頭車自動車鉤的“WTB”（列車總線）型冗余鏈路來實現。此總線是TCN網絡的一部分，它在長度因掛鉤/摘鉤操作而發生變化時可以實現網絡的動態重組（網關重新編號）。該總線使用具有可控阻抗的冗余介質，其傳輸的信息速率約為1Mb/s。傳輸距離為860米，22個節點，備用節點有4個。兩個動車組之間的連接通過穿過頭車自動車鉤的“WTB”（列車總7每次列車重新編組或列車連掛初運行，要進行列車總線即WTB總線的配置，對于規范的列車總線WTB，本身具有自動配置功能,操作人員只要按規程操作，最后檢查配置狀態以確認配置是否正確。如果配置不正確，列車總線將不能正常通信。每次列車重新編組或列車連掛初運行，要進行列車總線即WT8網絡拓撲結構車輛級網絡

列車設備之間的通信通過一系列EMD（電氣介質距離）類MVB車輛總線保證。針對與之接口的設備所執行的宏觀功能，每個車組上設有以下3種車輛總線：MVB-A信號線（總線管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-B牽引線（總線管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-C舒適度線（總線管理器：MPU_LC，冗余MPU_LC）。每條MVB線至少配有2個總線管理器。系統還被設置為管理適用標準所規定的熱主控開關。

MVB傳輸介質是一條連接在設備之間且每一端均進行端接的導線（2個電纜對）。為避免反射問題而選取的拓撲，在存在較長距離線路段沒有進行與節點連接相對應的端接時會造成反射問題。因此對于1號至n號用戶，串行電纜進入一個設備后再引出，在節點內形成一個非常短的T型連接。網絡拓撲結構車輛級網絡 列車設備之間的通信通過一系列EMD（9在車輛級MVB總線上，該體系結構被分為兩個不同的層次：牽引和服務設施,每一層次均使用一對MPU進行管理。這兩個層次的MVB總線通過第三條MVB總線（信號總線）連接在一起。此總線由牽引層的MPU控制。在車輛級MVB總線上，該體系結構被分為兩個不同的層次：10系統冗余性1.網關冗余性只有一個啟用，而另一個處于待機模式，并且可在已啟用的一個發生故障時立即自動開啟。這一轉換過程對應用而言是透明的。為對這種情況進行管理，網關的兩個部分通過一條內部串行總線（CAN）進行通信。同時還通過同一條串行線進行確定誰為主站、誰為從站的仲裁。系統冗余性1.網關冗余性11MVBline“2”MVB1MVB2GATE1FAULTY網關1故障MVB1MVB2MPU“1”MPU“2”I/O1Red.I/O2Red.MVBline“1”I/ONONRed.I/ONON

Red.I/O2Red.I/ONONRed.GATE2INTCNNETWORKI/O1Red.I/ONONRed.GATE1FAULTYMVBline“2”MVB1MVB2GATE1FA12

系統正常情況下，編組中存在的MPU1和2均開啟并運行。網關1（GW-MVB）工作，而WTB線上的網關2則不工作，但它在MVB線上工作。在正常運行中，兩者都采集信號、處理應用邏輯并發送其相應的指令。MPU（主處理單元）“1”是MVB1和2線上的控制器（MASTER），它直接控制I/O“1”輸出，而MPU“2”則直接對I/O“2”輸出發送指令。每個MPU均接收在線路1和線路2上由I/O采集的所有信號。CRH5型動車組網絡控制系統中網關、MPU、I/O模塊等主要設備均采用冗余設計，當其中一個設備發生故障后，系統仍將正常運行，很大程度的提高了系統的穩定性。實際運用中，該系統偶有因多種原因導致單個網關或MPU通訊故障，由于該系統具有良好的冗余性，局部的通訊不暢基本不影響動車組正常運。系統正常情況下，編組中存在的MPU1和2均開啟132、MPU冗余性MPU的冗余類型為熱備冗余。兩個MPU均可管理其MVB總線（單條或多條）。它們讀取相同的輸入，并執行相同的任務。在故障情況下一個會自動接替另一個。同一總線上的所有設備均由同一MPU發送指令。當MPU1故障時，MPU2替代了MPU1作為MVB“1”和MVB“2”線上的主控制器。2、MPU冗余性14CRH5網絡控制系統3解讀課件153、中繼器冗余性只有一個啟用，而另一個處于待機模式，并且可在已啟用的一個發生故障時立即自動開啟。3、中繼器冗余性16

自CRH5型動車組開行以來，其網絡監控系統在動車組運行中充分發揮了其實時監控設備狀態、收集跟蹤數據、重大故障引導處理的功能，極大的提高了動車組的操作性，和司乘人員的故障處理能力，有力的保證了動車組的安全運行。CRH5型動車組網絡控制系統在實際運用也暴露了一些問題，如動車組運行途中，司機室監控屏軸溫報警，經調查分析導致該現象的原因多為信號傳輸線系干擾所致，故建議對今后動車組網絡控制系統設計從多個角度出發，使其功能更加全面，進一步提高系統可靠性。自CRH5型動車組開行以來，其網絡監控系統在動車17CRH5與CRH2通信網絡比較協議標準CRH2型動車組采用的控制網絡標準為ARCNET，為通用的工業網絡標準，具有完全開放，簡單易用，通用性好，二次開發方便等優勢。CRH5采用TCN標準，該標準為專用的列車通信網絡標準，具有功能強、實用性好，運用靈活等優點。總線層次CRH2采用雙環網，加自我診斷信息傳輸線方式，加上光節點與設備和設備之間的鏈接，網絡拓撲結構復雜。CRH5采用非常明晰的雙層總線系統，列車總線和車輛總線在網絡拓撲結構上清晰，總線上設備可在初運行時自動發現。CRH5與CRH2通信網絡比較協議標準18CRH5與CRH2通信網絡比較傳輸介質CRH2采用的傳輸介質為光纖和雙絞線。光纖作為傳輸介質傳輸可靠性高，但是通信設備構成略復雜；CRH5列車總線和車輛總線均采用屏蔽雙絞線，設備連接方便傳輸，性能也可以滿足列車控制的基本要求。光纖屏蔽雙絞線CRH5與CRH2通信網絡比較傳輸介質光纖屏蔽雙絞線19經濟性

由于CRH2采用ACRNET，因此其芯片生產，產品研發等方面具有更好的市場環境，控制系統總體經濟性要好于基于專用的TCN標準的CRH5，也更利于實現設備的國產化。總結：

日系CRH2動車組中央裝置和終端裝置由光纖連接，采用不易發生故障的雙向環形環路傳輸信息。當發生2處以上的線路故障時，可繼續由其他連接線路傳輸。另外，還設有備份傳輸線(自我診斷傳輸線)，當環形網絡發生故障時傳輸控制指令，控制各設備。

歐洲系列CRH5動車組中，2個動車組之間的連接通過穿過頭車自動車鉤的"WTB"（列車總線）型冗余鏈路來實現。此總線是TCN網絡的一部分，它在長度因掛鉤/摘鉤操作而發生變化時實現網絡的動態重組（網關重新編號）。車輛總線MVB使用阻抗受控的冗余介質，每個車組有3條總線：牽引、車內設施和信號。專用協議應用性能穩定完備，系統組織靈活、功能強大。兩種動車組通信網絡在使用中其性能各有優勢。CRH5與CRH2通信網絡比較經濟性CRH5與CRH2通信網絡比較20ThankYou!ThankYou!21CRH5列車網絡控制系統CRH5列車網絡控制系統22CRH5列車網絡控制系統系統組成及功能網絡拓撲結構

冗余性分析

CRH5與CRH2通信網絡比較

4123CRH5列車網絡控制系統系統組成及功能網絡拓撲結構冗余23系統組成及功能

CRH5型動車組網絡控制系統是采用ALSTOM公司AGATE系統設計，通過貫穿整個列車的WTB列車總線來采集和傳輸信息、命令管理著動車組各個子系統設備，為實時統一管理動車組各部分狀態及乘務員操作提供了可靠信息，確保了動車組運行安全。

網絡構架體系系統組成及功能網絡構架體系24系統組成及功能

為與更為復雜的布局實現正確接口，需要根據IEC61375標準配置列車通信線路，所有連接至列車總線（網關）的用戶也將根據IEC61375規范設計。所有GW設備均具有可生成列車布局數據庫的“映射服務器”SW。

網關GW（WTB線和列車接口的連接橋），如右圖1所示。邏輯處理單元MPU（微處理器LC=舒適線即車門,衛生間、暖通空調等；微處理器LT=牽引線即輔助,牽引等)，如圖2所示系統組成及功能為與更為復雜的布局實現正確接口25系統組成及功能

CRH5型動車組網絡控制系統具有傳輸控制指令、實時監控設備狀態、收集跟蹤數據三大類功能。具體功能如下：牽引、輔助、制動指令傳輸；設備控制、復位指令傳輸；指示燈、蜂鳴器指令傳輸；車上試驗功能；數據記錄功能；自我診斷、復位功能；頁面顯示功能；司乘人員支持功能。

網絡控制系統的強大功能，使動車組實時控制的可靠性和智能性得到了很大提高，對動車組各設備狀態進行了有效的實時監控和管理，很大程度的提高了動車組的可操縱性。系統組成及功能 CRH5型動車組網絡控制系統具有傳輸控制指26網絡拓撲結構列車級網絡

列車級網絡完全由列車總線和網關組成。是多車掛接車組以接口正確連接所必需的列車通信線路，以及與列車總線（網關）以接口連接的設備均按照國際標準實現，而且為了保證相互操作性和可擴展性，它們配有負責生成列車編組數據庫的“MappingServer”軟件。標準限制要求每個網關最多控制6節車。為此，對每一編組提供了2個冗余的網關單元,兩個冗余網關單元分別應用于每半列列車，如圖所示：網絡拓撲結構列車級網絡 列車級網絡完全由列車總線和網關組成。27兩個動車組之間的連接通過穿過頭車自動車鉤的“WTB”（列車總線）型冗余鏈路來實現。此總線是TCN網絡的一部分，它在長度因掛鉤/摘鉤操作而發生變化時可以實現網絡的動態重組（網關重新編號）。該總線使用具有可控阻抗的冗余介質，其傳輸的信息速率約為1Mb/s。傳輸距離為860米，22個節點，備用節點有4個。兩個動車組之間的連接通過穿過頭車自動車鉤的“WTB”（列車總28每次列車重新編組或列車連掛初運行，要進行列車總線即WTB總線的配置，對于規范的列車總線WTB，本身具有自動配置功能,操作人員只要按規程操作，最后檢查配置狀態以確認配置是否正確。如果配置不正確，列車總線將不能正常通信。每次列車重新編組或列車連掛初運行，要進行列車總線即WT29網絡拓撲結構車輛級網絡

列車設備之間的通信通過一系列EMD（電氣介質距離）類MVB車輛總線保證。針對與之接口的設備所執行的宏觀功能，每個車組上設有以下3種車輛總線：MVB-A信號線（總線管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-B牽引線（總線管理器：MPU_LT，冗余MPU_LT）；MVB-C舒適度線（總線管理器：MPU_LC，冗余MPU_LC）。每條MVB線至少配有2個總線管理器。系統還被設置為管理適用標準所規定的熱主控開關。

MVB傳輸介質是一條連接在設備之間且每一端均進行端接的導線（2個電纜對）。為避免反射問題而選取的拓撲，在存在較長距離線路段沒有進行與節點連接相對應的端接時會造成反射問題。因此對于1號至n號用戶，串行電纜進入一個設備后再引出，在節點內形成一個非常短的T型連接。網絡拓撲結構車輛級網絡 列車設備之間的通信通過一系列EMD（30在車輛級MVB總線上，該體系結構被分為兩個不同的層次：牽引和服務設施,每一層次均使用一對MPU進行管理。這兩個層次的MVB總線通過第三條MVB總線（信號總線）連接在一起。此總線由牽引層的MPU控制。在車輛級MVB總線上，該體系結構被分為兩個不同的層次：31系統冗余性1.網關冗余性只有一個啟用，而另一個處于待機模式，并且可在已啟用的一個發生故障時立即自動開啟。這一轉換過程對應用而言是透明的。為對這種情況進行管理，網關的兩個部分通過一條內部串行總線（CAN）進行通信。同時還通過同一條串行線進行確定誰為主站、誰為從站的仲裁。系統冗余性1.網關冗余性32MVBline“2”MVB1MVB2GATE1FAULTY網關1故障MVB1MVB2MPU“1”MPU“2”I/O1Red.I/O2Red.MVBline“1”I/ONONRed.I/ONON

Red.I/O2Red.I/ONONRed.GATE2INTCNNETWORKI/O1Red.I/ONONRed.GATE1FAULTYMVBline“2”MVB1MVB2GATE1FA33

系統正常情況下，編組中存在的MPU1和2均開啟并運行。網關1（GW-MVB）工作，而WTB線上的網關2則不工作，但它在MVB線上工作。在正常運行中，兩者都采集信號、處理應用邏輯并發送其相應的指令。MPU（主處理單元）“1”是MVB1和2線上的控制器（MASTER），它直接控制I/O“1”輸出，而MPU“2”則直接對I/O“2”輸出發送指令。每個MPU均接收在線路1和線路2上由I/O采集的所有信號。CRH5型動車組網絡控制系統中網關、MPU、I/O模塊等主要設備均采用冗余設計，當其中一個設備發生故障后，系統仍將正常運行，很大程度的提高了系統的穩定性。實際運用中，該系統偶有因多種原因導致單個網關或MPU通訊故障，由于該系統具有良好的冗余性，局部的通訊不暢基本不影響動車組正常運。系統正常情況下，編組中存在的MPU1和2均開啟342、MPU冗余性MPU的冗余類型為熱備冗余。兩個MPU均可管理其MVB總線（單條或多條）。它們讀取相同的輸入，并執行相同的任務。在故障情況下一個會自動接替另一個。同一總線上的所有設備均由同一MPU發送指令。當MPU1故障時，MPU2替代了MPU1作為MVB“1”和MVB“2”線上的主控制器。2、MPU冗余性35CRH5網絡控制系統3解讀課件363、中繼器冗余性只有一個啟用，而另一個處于待機模式，并且可在已啟用的一個發生故障時立即自動開啟。3、中繼器冗余性37

自CRH5型動車組開行以來，其網絡監控系統在動車組運行中充分發揮了其實時監控設備狀態、收集跟蹤數據、重大故障引導處理的功能，極大的提高了動車組的操作性，和司乘人員的故障處理能力，有力的保證了動車組的安全運行。CRH5型動車組網絡控制系統在實際運用也暴露了一些問題，如動車組運行途中，司機室監控屏軸溫報警，經調查分析導致該現象的原因多為信號傳輸線系干擾所致，故建議對今后動車組網絡控制系統設計從多個角度出發，使其功能更加全面，進一步提高系統可靠性。自CRH5型動車組開行以來，其網絡監控系統在動車38CRH5與CRH2通信網絡比較協議標準CRH2型動車組采用的控制網絡標準為ARCNET，為通用的工業網絡標準，具有完全開放，簡單易用