CRH380B型动车组网络控制及诊断

CRH380B型动车组列车通讯与控制长春轨道客车股份有限公司二○一五年四月1.概述列车的高级通讯控制系统、子系统和车辆控制系统共同形成了列车控制系统“列车通讯和控制”概念是以IEC61375中要求的列车通讯网络（TCN）为依据据，IEC61375是1988年在欧洲开始创办的列车通讯网络标准。TCN通讯标准为不同生产商设备的控制、调整、监视和诊断提供了一般数据交换的统一标准。列车通讯和控制的特点是使用了基于TCN模块（应用于多个项目）的清晰结构。2.车辆和列车总线通讯TCN是一个分为两级的通讯网络，由列车总线WTB（列车总线）和车辆总线MVB（多功能车辆总线）组成。这两个系统由带冗余传输线的串行数据总线组成。。传输数据的速率为：MVB1,5Mbit/s；WTB1,0Mbit/s。WTB和MVB可传输过程数据和消息数据。过程数据在所谓的过程数据端口内按一定周期传输到车辆总线（MVB）。过程数据端口由一个MVB设备发出，并可由多个MVB设备接收。例如，过程数据用于传输控制或调整任务信号。所有连接到车辆总线（MVB）的控制装置都可以传送过程数据。根据要求，一些控制装置还可以传输消息数据。消息数据传输受到限制。传输次数取决于当前总线负载。例如，消息数据用于传输对时间要求不高的配置数据。下列装置可传送消息数据：CCU、TCU、网关、司机室和列车乘务员MMI。2.1列车总线WTB列车总线（WTB）是基于列车编组情况可变的拓扑结构的总线。用屏蔽双绞线作为传输介质。两根单独的电缆用做冗余列车总线（WTB）线路。在网关内使用两个独立插头。列车总线（WTB）和车辆总线（MVB）通过网关连接。根据UIC556要求可以实现用于产生传输层的机制。由于高速列车上数据的容量和已经执行的报文数据，所以数据交换则采用专门的报文传输。列车总线（WTB）：最多可连接22个站点、最大传输长度为860米。2.2车辆总线MVB车辆总线（MVB）有一个固定拓扑结构。两根冗余的屏蔽双绞线作为传输介质。为了改进其有效性，车辆总线（MVB）采用了所谓的主链结构。车辆总线(MVB)最多可连接32个站点、最大传输长度为200米。用两对电缆（每对双绞线作为一根）连接主线区域内的车辆总线（MVB）。在中继器和分支段内一根电缆被分为两条双绞线。在车间连接处使用两个独立插头。3列车通讯和控制结构从列车通讯和控制的观点来看，一列8辆编组的动车组分为两个牵引单元（TU）（每个编组由四辆车组成）。每个牵引单元都有自己的车辆总线（MVB=多功能车辆总线）(EC01)一等头车01/(TC02)变压器车02/(IC03)中间动车03/(FC04)中间拖车04/(BC05)二等餐车05/(IC06)中间动车06/(TC07)变压器车07/(EC08)二等头车08/列车中的牵引单元通过列车总线(WTB)相互连接（WTB=列车总线）（1）中央控制单元（CCU）和网关（GATEWAY）；（2）人机接口（MMI）；（3）牵引控制单元（TCU）和辅助控制单元（ACU）；（4）制动控制单元（BCU）；（5）充电机控制单元（BC）；（6）车门控制单元（DCU）；（7）采暖、通风和空调控制单元（HVAC）；（8）旅客信息系统（PIS）；（9）列车控制系统（ETCS）；（10）输入输出模块（CompactI/O、CompactPt100、KLIPStation）通过MVB连接到列车通讯和控制系统的装置连接到车辆总线（MVB）的每个控制装置要完成下列工作（1）子系统控制；（2）处理来自中央控制装置（CCU）或其他MVB设备的MVB控制信号；（3）评估由下级传感器和/或下级控制装置（如，车门控制装置）提供的信息；（4）通过MVB把操作状态反馈到中央控制装置（CCU）；（5）通过MVB把诊断、故障信息传输到动车组中央诊断系统；（1）WC系统；（2）火灾报警系统和烟雾探测器；（3）内门；（4）厨房。通过分布式输入/输出站（SIBASKLIPorMVB-CompactI/O）将下列装置连接到列车通讯和控制系统。4列车通讯设备车辆控制等级实际上通过车辆总线（MVB）和列车总线（WTB）由相互连接的装置（子系统）组成。此外，基于安全和冗余原因考虑，还使用了普通电路的列车控制电缆4.1中央控制单元每辆头车的司机室内，有两个中央控制装置（CCU）。其中一个CCU在主控CCU方式下工作，另一个在从控CCU方式。在主导司机室的主CCU叫做主导主控CCU。☆主CCU功能主CCU负责其本牵引单元内的车辆控制。它从外围和列车总线（WTB）读取命令和信息，并向列车总线（WTB）发送控制信号和反馈信息，在其他情况下，主CCU进行下列工作：（1）主断路器和受电弓控制；（2）牵引控制单元（TCU）的牵引设置点生成；（3）变压器保护；（4）车载电源控制；（5）前端车钩和车钩远端控制；（6）各种装置的更高级命令的发出和控制，例如车门、HVAC、照明等；（7）安全环、火警系统和转向架诊断监视；（8）通过分布式输入/输出网站(SIBAS®KLIP,MVB-CompactI/O)数字和模拟输入和输出的控制；（9）静态检测和自动整备控制；（10）CCU诊断和列车总线和车辆总线（WTB和MVB）的CCU通讯诊断（11）通过辅助网关连接到列车总线（WTB），确定配置和检测动车组和车辆☆从CCU功能从CCU和主CCU的运行程序相同，但没有主动控制过程。从CCU监视主CCU的状态，并在主CCU发生故障时，接管主CCU的工作。但主、从CCU对高压设备硬件的保护功能除外。☆列车主CCU功能除了主CCU的工作之外，列车主CCU还执行整车更高等级的控制：（1）评估司机操作台上的控制元件；（2）整车的牵引设置点生成；（3）速度自动控制；（4）更高等级的列车控制功能，例如司机安全装置（ASD）、中心距离和速度记录（CDS）；（5）列车保护系统与列车控制系统的接口；（6）更高等级的静态检测和自动整备控制；☆CCU的主-从转换正常运行时，在头车的两个控制装置交替作为主CCU功能，即，每次车辆接通电源（电池接通）就主从转换，在下列情况下，可进行主-从转换：（1）电池接通电源后，开始列车通讯和控制时；（2）静态检测和自动整备开始时；（3）在动车组的配置运行时；因而在正常运行时，两个控制装置交替作为主CCU功能，即，每次接通车辆电源后，配置变更。还存在由于故障引起的转换。在下列情况下，实施CCU故障转换：（1）系统堵塞（例如，操作系统的计算机定时监视的激活）；（2）主CCU（电源装置/中央处理器/I/O模块）主要部件的故障；（3）主CCU的MVB接口或MVB总线管理器故障或主CCU的MVB分支故障；（4）作为主CCU的一个网关模块故障；（5）司机室内激活CCU故障开关；CCU之间不同的信号被作为主从定义和确认CCU故障。由于运行的网关总是指向主CCU，所以在主-从转换时不但要把CCU连接的MVB重新配置，还要改变网关。网关的转换引起列车总线（WTB）的初始化。在主-从转换时，MVB和WTB通讯大约中断6秒钟。在中断期间，车辆总线（MVB）上的下级控制装置按缺省值工作。由于主-从转换引起的列车初始化期间，不可能进行列车总线通讯。此时，缺省值用于列车总线的过程数据在主-从转换时，MVB和WTB通讯大约中断6秒钟。在中断期间，车辆总线（MVB）上的下级控制装置按缺省值工作。由于主-从转换引起的列车初始化期间，不可能进行列车总线通讯。此时，缺省值用于列车总线的过程数据。由于主断路器缓解回路打开（主、从CCU在主断路器缓解回路中有金属接触点），CCU主-从转换引起动车组中的主断路器打开。主、从CCU的本地诊断存储器并不相同。在一次CCU主-从转换后，就重新启动CCU诊断系统。因此在新的主CCU的诊断存储器中就为即将开始的事件开通新的通道。在CCU主-从转换后，开始对活动状态与动车组中央诊断系统进行比较。除了进行CCU-MVB通讯连接和MVB总线管理器功能以外，在车辆总线（MVB）和列车总线（WTB）之间连接的网关还形成网架的一部分。列车的中央控制单元CCU按照IEC60571,EN50155,EN50124-1以及EN50121-3-2的要求生产制造。☆CCU硬件结构（SIBAS®32）动车组的每个牵引单元已经分配了两个SIBAS®32系统的冗余可编程逻辑控制器，作为中央控制装置（CCU），形成列车通讯和控制的基础。每个牵引单元有两个网关，但只有指定给主CCU的网关才参与WTB和MVB通讯。从CCU网关不工作。网关负责从列车总线（WTB）到车辆总线（MVB）的过程数据编组和消息数据发送。网关进行初始化工作，包括“TCN初始化”和“逻辑初始化”（UIC初始化），并提供经计算验证的配置。4.2网关通过连接到车辆总线（MVB）的分布式输入和输出站，可控制输入、输出车辆通信和控制系统的数字和模拟处理信号的接口。SIBAS®KLIP站（KLIP=智能外围终端）：带有许多不同数字I/O通道（110VDC）和模拟输入模块的分布式输入、输出站。4.3分布式输入/输出站MVB-CompactI/O：作为具有许多固定的输入和输出通道的集成装置：分布式输入和输出站，用于接收司机室内的专门信号，例如，来自按钮、开关、指示器、断路器、编码插头和主控制器。一个MVB-CompactI/O网站有2x16二进制输入、1x8二进制输出以及两个数字式位置编码器接口的数字输入，如主控制器（10个通道）。信号电压为24VDC。MVB-CompactPT100:用于记录PT100温度传感器的分布式输入站的集成装置。每车有一个MVB服务插座，用于调试和服务（如MVB通讯检查）。4.4MVB服务插座司机和列车乘务员的MMI（显示）承担下述任务：动车组的人机接口（MMI）；为动车组和牵引单元提供诊断系统；在司机室发出声音信号，在听觉上通知司机有关列车控制方面的特殊情况4.5司机和列车乘务员的MMI每个动车组有5个显示屏（人机接口，MMI），用于列车乘务人员间的通信以及列车的通信和控制。在司机室中有4个（每个司机室2个MMI），还有1个MMI位于乘务员室内。向MMI转移部分控制功能已大大地减少了司机室内的控制元件的数量。司机和列车乘务员的MMI连接到车辆总线（MVB）。此外，司机室内的两个司机的MMI通过以太网接口相互连接。☆动车组运行等级动车组是具有许多分散控制装置的复杂系统。诊断系统的工作是检测早期故障，尽可能准确的确定功能和位置以及结果显示在动车组上结果。诊断概念是与其结果一起用来判明、记录、评估和发出可能的故障信号。☆诊断系统统一的列车诊断的目的在于：1.增加列车可用性；2.减少维护工作；连接到车辆总线（MVB）的所有列车电气系统都包括在诊断系统之中。对于没有连接到车辆总线（MVB）的系统（如，接触器、断路器或火灾报警系统），通过SIBASKLIP网站读出相应信息，并由CCU进行故障诊断。（1）子系统的自诊断（2）动车组中央诊断作为一个诊断系统集中在司机/列车乘务员的MMI之中。司机/列车乘务员的MMI中的子系统和动车组中央诊断系统通过车辆总线（MVB）经常交换数据。冗余的司机MMI间通过以太网交换数据，并进行数据比较。在动车组的司机室内的司机MMI中的诊断系统通过WTB与列车总线连接。动车组中央诊断系统允许目标组的子系统向列车员（司机和列车乘务员/列车工程师）和向维修站发出诊断信息。主要包括下列功能部分。集中在司机/列车乘务员的MMI之中的诊断系统包括下列主要成分：（1）动车组中央诊断系统（通过子系统处理全部诊断事件的输入）（2）信息系统和目测装置（用于司机、列车乘务员和维修人员的故障观察）（3）人工故障输入；（4）通过GSM移动无线电系统提前将诊断情况报告（远距离数据传输）给维修部门车门控制装置连接到每辆车的车辆总线（MVB）。它包括到内、外车门下一级控制装置的连接。车门控制装置执行内、外车门的全部控制功能。4.6车门控制系统HVAC也通过每辆车的MVB连接到列车通讯和控制系统，用于中央控制和诊断。空调系统的基本功能通过司机室的