机车网络通信系统方案设计.doc

机车网络通信系统设计方案机车网络通信系统设计方案一、 术语和缩略语表 1序号术语/缩略语描述1微机机车级微机控制系统2DCU传动控制单元3IDU机车显示单元4MVBWTB网关TCN网关5ACU辅交控制单元6EMS柴油机管理系统7BMU蓄电池管理单元8MCC电机控制器9MVB多功能车辆总线10WTB绞线式列车总线11TCN列车通信网络12MVB主网卡ISA总线转MVB主网卡13MVB从网卡ISA总线转MVB从网卡二、 执行标准产品的设计、制造、检验、贮存、运输、使用条件等应符合或优于以下标准（使用标准的优先顺序是：产品订货技术协议的具体要求，专用技术条件，通用技术条件，没有标年号的标准或技术条件，使用最新的同名的标准或技术条件）。TB/T3058-2002 铁路应用-机车车辆设备-冲击和振动试验IEC 60077-1:1999 铁路应用机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件与通用规则IEC 60571:2006 铁路应用 机车车辆电子装置IEC 62236-1:2003 铁路应用 电磁兼容 第1部分：总则IEC 62236-3-2:2003 铁路应用电磁兼容第3-2部分：机车车辆设备IEC 61375：2007 列车通信网络三、 使用条件1.海拔高度不超过1500m；机车运用环境温度-2560； 允许在不低于-45的环境中储存； 周围空气湿度：最湿月月平均最大相对湿度不大于90%（该月月平均最低温度为25），产品应能满足高温高湿、防盐雾、防霉菌的环境要求。2. 相对于正常位置的倾斜不大于10； 机车垂向、横向、纵向存在的频率f为(150)Hz的正弦振动，其最大振动加速度不大于1g；机车最大冲击加速度：垂向1g，横向2g，纵向3g。（g为重力加速度，取值为10m/s2。）3. 风、沙、雨、雪天气状态、多粉尘地区； 产品装于一般工业环境，污染等级按GB14048.1分类为3级。4. 外磁场影响：0.4kA/m。五、机车网络方案设计1. 单台机车网络方案设计混合动力机车控制系统由中央控制系统“微机”和其它9个控制单元构成。在主要控制节点微机和DCU之间组建MVB网络（实现MVB总线双链路自动冗余,速率：1.5Mbps）。在微机上安装一块MVB主网卡，它具有MVB通信功能和MVB总线管理器（BA）功能；在DCU中安装MVB从网卡，实现MVB通信功能。由于IDU、ACU提供的通信接口为RS485，从经济成本和满足应用需求考虑，在微机与IDU、微机与ACU之间分别采用2个RS485接口方式通信，即微机采用多工控制方式进行RS485通信，协议采用Modbus，速率为9.6kbps到115.2kbps ；由于柴油机控制单元（简称EMS）提供的通信接口为CAN接口（协议：J1939），并且经分析CAT公司提供的“SAE J1939 Data Link Broadcast Parameters for 3500B Locomotive”表，得知通过CAN传输的柴油机参数数据和传输速率为：需要传输的总数据为42个字节，其中每个数据传输时间为0.05秒1秒，选用协议转换网关GW7228CAN（J1939协议）转RS485（Modbus RTU协议）：按最低速率9600bps计算，传输42个字节需0.04375秒，而GW7228的传输速率最高可达115200bps，完全可满足应用需求；在微机和BMU之间采用CAN总线；另外，在DCU和4个电机控制器（简称MCC）之间采用CANOPEN接口进行通信，在DCU中需要安装一块CANOPEN主站模块，而MCC中分别配置1个CANOPEN从站模块（OPT-C6，此模块随主变频器配置）。网络方案参见图一。图一 单台机车网络方案图2机车重联网络方案设计机车重联方案：采用MVBWTB网关进行机车动态重联，机车之间采用WTB网络（WTB总线双链路自动冗余，速率：1.0Mbps），不需更改每台机车的网卡地址和通信程序。在单台机车网络方案的基础上，增加一台WTB/MVB网关，并将微机的MVB主网卡换成MVB从网卡。机车重联网络方案参见图二。图二 机车重联网络方案图六、机车网络通信系统部件产品方案设计合作方式开发TCN网络产品，包括：1块MVB主网卡（具有管理MVB总线的功能）、1块MVB从网卡和1台用于机车重联的TCN网关（单套）， 公司同时与上述两家公司签订“关于ISA总线定义和技术规范的保密协议” 。1. ISA总线转MVB网卡1.1 内部接口方案：按照 公司提供的微机主板ISA插槽接口（48个孔）设计出带48根针的网卡，微机主板接口和网卡内部接口分别参见图一和图二：图一 微机主板ISA插槽（48个孔）图二 ISA总线转MVB网卡接口（48根针）1.2 外部接口 ISA总线转MVB网卡外部带2个MVB总线DB9接口（1个母头，1个公头），2个MVB总线接口位于盖板上，通过MVB专用连接插头连接至其它设备。1个RS232（或USB）管理接口。2. TCN网关方案设计2.1 TCN网关功能通过TCN网关实现机车固定或动态重联，内从联和（或）外从联。网关具备如下功能：l 列车级控制：以WTB总线为主干，针对列车总线进行控制，实现WTB总线主节点的选择、WTB列车总线的通信判断及故障时的自动切换、重联控制，传送本车微机控制单元发送给它车的指令，反馈它车的状态信息，实现远程诊断及故障信息的传输等。l 车辆级的控制：网关作为MVB总线的管理器，以机车内的MVB总线为主干，完成本车的各项控制功能。它通过接收列车级信息或本车司机控制指令执行控制功能，并将有关重要状态信息及故障信息传送到列车级。2.2 TCN网关对外接口TCN网关提供了4个WTB接口、2个MVB接口、1个RS-232接口、1个USB接口，主要完成网络通信和各种数据处理。TCN网关对外接口图参见图三。X1,X2,X3,X