HXD1B、HXD1C、HXN5网络控制系统(part1).ppt

株洲南车时代电气股份有限公司2012年8月,HXD1BHXD1CHXN5网络控制系统,Page2,Page3,Page4,1、部门内员工人均培训时间,1、部门内员工人均培训时间,1、部门内员工人均培训时间,1、部门内员工人均培训时间,1、部门内员工人均培训时间,通常将计算机网络的形成与发展分为4代第一代面向终端的计算机通信网络在20世纪50年代中期至60年代末期，计算机技术与通信技术初步结合，形成了计算机网络的雏形。,Page5,第二代初级计算机网络在20世纪60年代末期至70年代后期，计算机网络在通信网络的基础上，完成了计算机网络体系结构与协议的研究，形成了计算机的初级网络。,Page6,第三代开放式的标准化计算机网络第三代是指20世纪70年代中期至90年代中期这个阶段。即“开放式的标准化计算机网络”。在开放式网络中，所有的计算机和通信设备都遵循着共同认可的国际标准，从而可以保证不同厂商的网络产品可以在同一网络中顺利地进行通信。,Page7,第四代智能化、高宽带和安全的计算机网络在20世纪90年代中期直至现在，这个阶段计算机网络向全面互连、高速和智能化发展，并将得到广泛地应用。,Page8,网络拓扑的设计选型是计算机网络设计的第一步。网络拓扑结构的选择将直接关系到网络的性能、可靠性、成本等因素。常见的拓扑结构有：,Page9,比特率S比特率是指在有效带宽上，单位时间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数。S用比特每秒为b/s、千比特每秒kb/s、兆比特每秒Mb/s、吉比特每秒Gb/s等单位来表示。波特率B波特率是一种调制速率，它是指数字信号经过调制后的速率，即经调制后的模拟信号每秒钟变化的次数。在数据传输过程中，1Baud就表示每秒钟传送一个码元或一个波形。,Page10,比特率与波特率的关系：,n为一个脉冲信号所表示的有效状态数,Page11,误码率Pe误码率是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，又称为“出错率”，其定义式如下：Pe式中：N为传输的二进制位的总数，Ne表示被传错的比特数。,Page12,时延指一个报文或分组从一个网络的一端传送到另一端所需要的时间，其单位是秒s、毫秒（10-3）ms、微秒（10-6）s等。带宽指物理信道的频带宽度，单位为赫兹（Hz）、千赫（kHz）和兆赫（MHz）。,Page13,单工通信（双线制）半双工通信（双线制+开关),Page14,全双工通信（4线制),Page15,非归零编码（NRZ，NonReturntoZero）曼彻斯特编码（manchester）差分曼彻斯特编码（differencemanchester）,Page16,通过在发送方的数据中增加一些用于检查差错的附加位，从而达到无差错传输的目的。这些用于检查差错的附加位被称为检错码。常用的检错码有：奇偶校验码、方块码和循环冗余码等。,Page17,协议定义了网络上的各种设备之间相互通信、数据管理、数据交换的整套规则。通过这些规则（也称为约定），网络上的计算机才有了彼此通信的“共同语言”。,国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization，ISO）于1981年颁布了开放系统互连OSI参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）的格式，通常简称为“七层模型”。,Page18,Page19,物理层（PhysicalLayer）物理层是OSI模型的第1层，该层传输以“位”为单位的数据流，其主要功能用一句话表示就是“确定如何使用物理传输介质，实现两个节点间的物理连接，透明地传送比特位流。”。数据链路层（DataLinkLayer）数据链路层是OSI模型的第2层，该层传输以“帧”为单位的数据单元，其主要功能用一句话表示就是“在物理层服务的基础上，通过各种控制协议，将有差错的实际物理信道变为无差错的、能可靠传输数据的数据链路”。,Page20,网络层（NetworkLayer）网络层是OSI模型的第3层，该层传输以“分组”为单位的数据单元，其主要任务用一句话表示就是“为数据通过网络建立逻辑链接，即该层通过路由选择算法，为报文、或分组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能”。传输层（TransportLayer）传输层是OSI模型的第4层，该层传输以“报文”为单位的数据单元，其主要任务用一句话表示就是“向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输”。传输层的目的是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文。,Page21,会话层（SessionLayer）会话层是OSI模型的第5层，它是用户应用程序和网络之间的接口，其主要任务用一句话表示就是“负责维护节点间的传输链接，确保点到点的数据传输与交换”。表示层（PresentationLayer）表示层是OSI模型的第6层，它的主要功能用一句话表示就是“处理节点间或通信系统间信息表示方式方面的问题，如数据格式的转换、压缩与恢复，及加密与解密等”。,Page22,应用层（ApplicationLayer）应用层是OSI参考模型的最高层，即第7层，它提供用户应用程序和网络之间的接口，其主要功能用一句话表示为“直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作”。这一层还为用户提供各种服务，包括文件传送、远程登录、及网络管理等。,Page23,Page24,自80年代中期开始，世界上各大控制厂商及标准化组织推出了多种互不兼容的现场总线协议标准，IEC在1999年12月通过了一个包含了多种互不兼容的协议的标准，即IEC61158国际标准。该标准包括了目前国际上用于过程工业及制造业的8类主要的现场总线协议，包括我们熟悉的Profibus、WorldFIP等。除IEC61158外，IEC及ISO还制定了一些特殊行业的现场总线国际标准，包括CAN、TCN、LonWorks等。,Page25,欧洲模式：其列车通信网络速率较高，实时性较强，支持动态编组。具有代表性的是由西门子、Firema、ABB、AEG等铁路供应商联合开发的TCN（TrainCommunicationNetwork），并已形成IEC61375列车通信网络国际标准。Alstom公司采用了WorldFIP技术作为其网络控制系统的平台。,日本模式：无论是三菱公司的TIS系统、日立公司的ATI系统、东芝公司的TCMS系统都具有相似的结构。网络控制系统主要用于列车及其各个设备的监视、显示、操作提示、信息存储和转储。结构都是在每节车辆上装备一个网络节点,车辆内各设备的状态信息通过硬连线、20mA电流环或RS485等方式汇集在本车辆的节点中。,北美模式：列车控制网络主要采LonWorks和ARCnet技术。,Page26,庞巴迪采用TCN技术，列车总线为WTB，车辆总线为MVB。产品平台有MICAS-S、MICAS-S2到最新的MITRC。采用模块式方案，包括GW、VC、AX、DI、DO等主要部件。,Page27,西门子采用TCN技术，列车总线为WTB，车辆总线为MVB。产品平台为SIBAS16和目前采用的SIBAS32。包括CCU、CIO、KLIPStation等主要部件。,Page28,Alstom采用WorldFIP技术。列车总线为FIPT，车辆总线为FIPV。产品平台为AGATELink系统，包括MPU、RIOM等主要部件。,Page29,三菱列车总线采用ARCnet,车辆内部采用电流环、RS422及HDLC协议点对点的连接各设备。产品平台为MON、TIS及TIMS，包括中央装置、终端装置、显示控制装置等主要部件。,Page30,日立列车总线采用自定义总线,车辆内部采用电流环、RS422及HDLC协议点对点的连接各设备。产品平台为ATI-T、ATI-C、ATI-M等，包括中央局、终端局、显示控制装置等主要部件。,Page31,东芝列车总线采用了令牌以太网技术,车辆内部采用、RS485及HDLC协议点对点的连接各设备。产品平台为TCMS，包括含有Master和Slave的主机系统。,Page32,TEG采用TCN技术，列车总线为WTB，车辆总线为MVB。产品平台为DTECS。包括GWM、VCM、ERM、AXM、DXM、DIM、IDU等主要部件。,Page33,铁标TB/T3035-2002规定了T型和L型网络，分别采用TCN和LonWorks技术。IEC/TC9制定了IEC61375-1999标准，即TCN标准。列车总线和车辆总线分别采用WTB和MVB技术。IEEE制定了IEEE1473标准，规定了1473-T和1473-L两种网络类型，分别采用TCN和LonWorks技术。,Page34,TCN（TrainCommunicationNetwork)由BBC公司的MICAS车辆总线和西门子的DIN43322列车总线发展而来。TCN网络采用MVBWTB两级总线网络结构，网络拓扑图如下图所示。,Page35,按照网络通信功能划分，TCN网络主要包括5类设备，其中1、2、3、4类为MVB设备，TCN网关为5类设备，各设备的功能如下表：,Page36,MVBMVB负责车辆内部的数据通信，采用曼彻斯特编码方式，数据传输速率为1.5MHz。MVB多功能车辆总线支持双线冗余功能，可根据实际需要采用ESD+、EMD双绞线或者OGF光纤。MVB支持过程数据、消息数据和监视数据3种数据类型。MVB过程数据为周期性源寻址数据，由MVB总线主按主帧表的配置周期性发送过程数据主帧，用于传送对实时性要求严格的数据，如控制命令等。MVB消息数据为非周期性数据，用于传送数据量大但对时间不敏感的数据，如故障诊断数据。MVB监视数据主要实现设备状态查询、事件仲裁和总线主权转移。,Page37,MVB特性摘要,Page38,WTBWTB负责列车车辆间的数据通信,数据传输速率为1MHz，通信介质为屏蔽双绞线。WTB最显著的特色,是它的以连续顺序给节点自动编号和让所有的节点识别何处是列车的左侧或右侧的能力。每当列车组成改变时(例如连挂或摘除车辆),列车总线各节点执行初运行过程,该过程在电气上将各节点连接起来,并给每个节点分配连续地址。初运行后,所有车辆均可以获得整个的列车结构信息。,Page39,WTB特性摘要,Page40,基于1977年美国datapoint公司提出的令牌传输协议。定义为ANSI/ATA878.1。数据传输速率最高为2.5MHz，采用令牌机制仲裁总线使用权，数据的传输具有确定性。网络具有自动重构功能，网络具有较好的扩展性。支持总线型、星型、以及分布式星型拓扑结构，支持同轴电缆、双绞线、光纤等传输介质,Page41,采用SIBAS32控制系统和TCN列车通讯网络,还另外安装了Locotrol动力分布控制系统和CCBII制动系统。,Page42,CCU机车安装有两个CCU,分别工作为主、从模式,互为热备份,安装在司机室后墙柜的上方。包括：TCN6UGateway(6U网关)CPUCard(CPU板)PCS(电源板)Fansubassembly(风扇层),Page43,CCU主要功能：实现列车级的重联控制;控制受电弓、主断、牵引系统及电制动;管理列车通信网TCN,设置命令及给定值;实现整车故障诊断，收集相关维护信息;实现系统自检及库内动车功能。,Page44,CIO安装在司机室副台下柜,用于读取或输出司机指令。包括：32路二进制输入8路二进制输出20路数字量输入,Page45,CIO主要功能输出司机指令，例如:升弓、合主断信号；司控器的格雷码信号输入，如牵引/制动级位、速度给定等；控制指令输入，如方向、工况等；（注：格雷码一种可靠性编码，在任意两个相邻数之间转换时，只有一个数位发生变化，可以大大消除数字变化时的混淆）,Page46,KLIPStation,Page47,KLIPStation(SKS3)安装在机械间的低压柜内。SKS3由MVB接口模块、数字输入模块DI、数字输出模块DO、模拟输出模块AO及电源模块组成,模块安装在标准导轨上,各模块之间采取扁平电缆内部总线连接。机械间内各个开关的状态信号或有关电信号通过较短的电缆连接到SKS3的模块,SKS3与CCU通过MVB总线进行通讯,使得机车布线很简洁。,Page48,基于TEG成熟的、模块化设计的DTECS产品平台，软件开发依照CMMI-3级标准与规范。系统采用模块式方案，不同的功能模块构成了CCU、CIO、MIO等子系统，与IDU、TCU、ACU、BCU等部件采用MVB连接，预留了Locotrol动力分布控制系统接口。,Page49,DTECS(DistributedTrainElectricalControlSystem)是专门为干线机车、动车组、地铁等应用设计的网络控制系统；具有完全自主知识产权，拥有多项核心专利；系统由一系列的功能模块组成，各功能模块通过WTB、MVB总线进行连接，完成列车控制、信息传输、状态监视、故障诊断等功能；-系统完全符合TCN标准，支持冗余的WTB、MVB总线及总线主，可以实现故障无缝切换。,Page50,CCU:中央控制单元，包括网关、总线主、机车控制、事件记录CIO:司机室信号采集单元MIO：电器间信号采集单元TCU：传动控制单元ACU：辅助控制单元IDU:智能显示单元,CCU:中央控制单元，包括网关、总线主、机车控制、事件记录CIO:司机室信号采集单元MIO：电器间信号采集单元TCU：传动控制单元ACU：辅助控制单元IDU:智能显示单元,Page51,网关，MVB5类设备接口：冗余的WTB冗余的MVBESD+以太网、USB、串口处理器：MPC5200B,533MHz操作系统：VxWorks,Page52,VCM：车辆控制模块，MVB4类设备。具有MVB总线管理器功能。接口：冗余的MVBESD+以太网、USB、串口处理器：MPC5200B,533MHz操作系统：VxWorks,Page53,ERM：事件记录模块，MVB3类设备。接口：冗余的MVBESD+以太网、USB、串口存储器容量：256MB-8GB处理器：MPC5200B,533MHz操作系统：VxWorks,Page54,AXM：模拟量I/O模块，MVB1类设备接口：冗余的MVBESD+8路模拟量输入4路模拟量输出采集精度：全程1%,Page55,DXM：数字量I/O模块，