花明磊

【摘 要】網(wǎng)絡(luò)控制總線是高速動車組的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在動車的控制、監(jiān)視及保護等方面中起著至關(guān)重要的作用。本論文將簡述CRH高速動車組中網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中各類通信總線的特點，著重介紹CAN、ARCNET、TCN等幾種現(xiàn)場總線在高速動車組中控制網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用情況，強調(diào)在實際應(yīng)用的過程中一定要根據(jù)動車組控制網(wǎng)絡(luò)的具體要求和各種網(wǎng)絡(luò)總線的特點做出最優(yōu)選擇。

【關(guān)鍵詞】CRH 高速動車組 網(wǎng)絡(luò)總線

近年來我國高速動車組迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)總線作為一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線油然而生。因不同型號的高速動車組各有差異故采用不同的網(wǎng)絡(luò)控制總線。高速動車組控制網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用在列車環(huán)境下的特殊的計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通用的網(wǎng)絡(luò)總線均可有合適的應(yīng)用。

1 高速動車組控制網(wǎng)絡(luò)

動車組控制網(wǎng)絡(luò)通過對動車運行和關(guān)鍵車載設(shè)備等相關(guān)信息的集中管理，與地面實時通信，而實現(xiàn)整個列車的安全運行。

1.1 動車控制網(wǎng)絡(luò)具有以下功能

（1）冗余功能：主要包括WTB、MVB總線的冗余和重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的冗余及管理器的冗余。

（2）診斷和控制功能：實現(xiàn)全列車的實時制動、門、軸溫和空調(diào)等監(jiān)視和控制。

（3）人機交互的功能：實時觀測動車的運行狀態(tài)，以保證動車的安全運行。

1.2 技術(shù)特點

開放式控制系統(tǒng)、分層控制系統(tǒng)、實時控制系統(tǒng)。

2 CAN總線

CAN是一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，也是目前國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

2.1 技術(shù)特點

CAN是一種通信介質(zhì)采用雙絞線，協(xié)議采用短幀結(jié)構(gòu)的多主方式串行的通信總線，其系統(tǒng)的實時性較高。此外能對信息進行優(yōu)先權(quán)的分級，使各節(jié)點間的通信信息更實時、可靠。

2.2 CAN總線的應(yīng)用

基于CAN總線的可靠性與實時性強的特點，結(jié)合列車通信的特定環(huán)境，在高速動車組上CAN總線上通常有2種應(yīng)用：一是用于高速動車組通信網(wǎng)絡(luò)的車輛和列車總線上；二是用于動車的車載監(jiān)控系統(tǒng)上。但是CAN總線傳輸長報文大數(shù)據(jù)的能力較低，需將長幀分解成若干短幀之后才能夠發(fā)送，并且總線負荷過大時也會引起仲裁延擱。CRH5動車組采用了CAN總線，主要傳輸車輛級的軸溫檢測、廁所單元及充電器的信息。

3 ARCNET總線

ARCNET總線是基于令牌傳遞協(xié)議的一種現(xiàn)場總線。

3.1 技術(shù)特點

以光纖、雙絞線及同軸電纜為傳輸介質(zhì)，采用星型、總線型等拓撲結(jié)構(gòu)，對介質(zhì)進行訪問控制。其效率高，節(jié)點進退網(wǎng)操作較簡單，總線利用率也較高，但是其實時響應(yīng)性卻較差。

3.2 ARCNET總線應(yīng)用

ARCNET總線主要應(yīng)用于CRH2動車組，是對等性網(wǎng)絡(luò)，支持網(wǎng)絡(luò)的自動重新構(gòu)建，對網(wǎng)絡(luò)變化的適應(yīng)力很強。并且活動節(jié)點的個數(shù)越多、數(shù)據(jù)包節(jié)點的個數(shù)越多以及數(shù)據(jù)長度越長的則其傳輸?shù)乃俾试铰?。CRH2是列車和車輛的兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括兩種類型，其一傳導(dǎo)介質(zhì)為光纖，采用ARCNET雙重網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)，主要傳輸列車信息；其二傳輸介質(zhì)為雙絞線，主要是列車的自我診斷。

4 WTB和MVB總線

IEC將鐵路數(shù)據(jù)通信TCN定義為WTB和MBV等總線。

4.1 WTB總線

4.1.1 技術(shù)特點

以屏蔽雙絞線為通信介質(zhì)，能夠自動編號順序連續(xù)的節(jié)點，并且全部的節(jié)點都能夠識別列車的右側(cè)和左側(cè)。

4.1.2 WTB總線的應(yīng)用

WTB的主要功能是初始運行，通信速率較高，因而其最適宜用于編組經(jīng)常變化的動車總線。例如，在國內(nèi)“熊貓”、“先鋒”、“中原之星”等動車組都應(yīng)用了WTB總線。CRH3動車組中將GW連接到WTB總線上傳輸信息。

4.2 MVB總線

4.2.1 技術(shù)特點

以曼徹斯特為編碼方式，以MAU為通信介質(zhì)，支持多種主幀發(fā)送的方式。并且具有將過程、消息和監(jiān)視的數(shù)據(jù)鏈路層的通信功能。

4.2.2 MVB總線的應(yīng)用

MVB是快速優(yōu)化控制過程的總線，其響應(yīng)速度最佳。既可在固定編組的列車中單獨使用，又可以和WTB總線在車輛總線中一起使用。我國高速動車組大多數(shù)是固定編組，從網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及發(fā)展趨勢來分析，動車組總線采用MVB總線較多。CRH1動車組中采用了MVB通信總線，其網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由3個MVB總線段組成，此外還設(shè)有獨立的MVB總線，主要用于動車的牽引控制。CRH3動車組的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是由兩個牽引控制單元組成的，各自應(yīng)用了MVB總線，用于傳輸信息。CRH5也是由對稱的兩個牽引控制單元組成的，包括三類MVB總線，分別起信號輸出、傳出控制信號和傳輸乘客需求的信息。

5 結(jié)語

高速動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在動車安全運行上起著舉足輕重的作用，CAN，ARCNET，WTB，MVB等總線技術(shù)都在動車控制網(wǎng)絡(luò)中找到了它們最科學(xué)的應(yīng)用場合，發(fā)揮著各自的優(yōu)勢。CAN總線的傳輸速率較高，通信的靈活性也較強，但是也容易受到輸送能力和輸送距離的限制因而只適用于動車控制系統(tǒng)的底層設(shè)備網(wǎng)及以車廂為單元的車輛網(wǎng)，而列車總線則不適用。ARCNET總線的網(wǎng)絡(luò)線路數(shù)量比較少同時數(shù)據(jù)類型也較單一，導(dǎo)致其可靠性不高，只能傳輸高速動車組中的小批量數(shù)據(jù)。MVB總線是專門的動車控制網(wǎng)絡(luò)的通信總線，其響應(yīng)速度最佳，適用于沒有固定編組的動車車輛總線，不足的是總線的利用率偏低。在實際應(yīng)用中，一定要根據(jù)動車控制網(wǎng)絡(luò)的具體要求，結(jié)合各現(xiàn)場總線的特點，做出科學(xué)的選擇。

參考文獻：

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