CRH1型网络控制系统.ppt

1、第四节 CRH1列车控制和管理系统(TCMS),2020/9/13,2,CRH1的计算机控制系统主要采用的是瑞士Adtranz公司的MITRAC模块化产品 列车控制和管理系统是负责处理和分配列车运行中各种车载数据的系统。 该系统属于分布式、模块化的：所有微处理器、输入/输出单元和显示器通过串行多功能车辆总线MVB实现通讯，通过网关（GW）把各车辆总线连接起来,一、TCMS 的总体情况,2020/9/13,3,TCMS是一种用于控制、监督和管理CRH1列车大多数功能的分布式计算机系统。 TCMS包括： 带列车控制应用软件的智能硬件装置 用于TCMS和列车其它系统连接的硬件接口装置 可以实现不同硬

2、件装置之间通信的数据总线,2020/9/13,4,1-WTB双绞线列车总线； 2-MVB具有冗余电缆的车辆总线 TCN拓扑结构,2020/9/13,5,WTB 列车总线,列车总线 连接列车上MVB区段的双绞线 可以通过自动车钩实现扩展，允许多重操作 由网关控制,2020/9/13,6,MVB 多功能车辆总线,MVB是进行几个车辆之间通信的数据总线 MVB只有静态配置功能，也就是说，挂接在MVB总线上的单元数量不能改变。如果需要在MVB上连挂更多的单元，需要为TCMS装置下载新的软件。 符合IEC标准 使用屏蔽双绞电缆或光缆 通信速率为1.5 Mbps,2020/9/13,7,TCMS可以分为3

3、个MVB区段。这些区段是： Mc1-Tp1-M1车，列车基本单元1 （TBU 1） M3-Tb车，列车基本单元3 （TBU3） Mc2-Tp2-M2车，列车基本单元2 （TBU2）,MVB 多功能车辆总线,2020/9/13,8,在区段内部，TC CCU（Train Control CCU）为控制和监控功能的核心。 由TC CCU控制和监视的所有模块（如列车诊断、制冷空调、充电器等），综合起来就是一些对TC CCU输入或从TC CCU输出的单元模块，由于这些模块本身具有完整的控制作用，即具有智能，所以可以看作是智能I/O。 这些智能I/O由TC CCU来激活、关闭,2020/9/13,9,分区

4、段的MVB总线 ：装在Mc车和Tb车上用于与ATP、PIS、GPS、烟火探测等功能部件进行串行通信的接口部件。,2020/9/13,10,冗余MVB总线,2020/9/13,11,远程无线通信接口及售后服务以太网,2020/9/13,12,独立的牵引MVB总线,2020/9/13,13,CRH1 TCMS 系统结构，全部,2020/9/13,14,Mc车MVB总线所挂的设备,2020/9/13,15,TCMS 硬件,2020/9/13,16,列车计算机系统 MITRAC,由许多不同的单元构成,IDU,GW,VCU,COMC,BC,I/O units,2020/9/13,17,MITRAC 部件

5、缩写含义,GW Gate Way 网关 VCU lite Vehicle Control Unit 车辆控制单元 AXS MITRAC Access Unit MITRAC 接口单元 COMC Communication Controller 通信控制器,IDU Intelligent Display Unit 智能显示单元 DX Digital Input/Output Unit 数字输入/输出单元 AX Analog Input/Output Unit 模拟输入/输出单元 BC Bus Coupler 总线连接,2020/9/13,18,网关 概述,连接MVB总线和WTB总线 处理WTB上

6、列车MVB区段之间的数据通信 进行列车级配置 2个冗余的WTB连接 1个MVB连接 定义识别码 - 带EEPROM的地址插头是可编程的 - 给出网关在一列车中的唯一数字代码,Car identity / Code identification,2020/9/13,19,WTB 网关 (GW) 应用软件的作用是建立起不同物理层上采用不同通信协议的MVB和WTB 总线之间互联，网关可操纵、分析及过滤两种总线间的数据传输。,2020/9/13,20,VCU-车辆控制单元,主车辆控制单元 Motorola 68040 处理器 电源连接 MVB连接 与维修PC的连接 以太网连接 CHE列车上共有2个型号

7、： - 单MVB(DCB 0911A )，带RS-485 连接 - 双MVB(DCB 0911B) :有两个隔离的MVB通信接口,2020/9/13,21,VCU Lite (DCB 0911A)的组成 : DC/DC变换器,MVB通信（ESD+）,全双工通信信道,半双工通信信道,4M EEPROM，4M SRAM（带备用电池）,10Base - T通道,RS232通道（仅用于开发）,2020/9/13,22,(1)VCU Lite的供电 直接蓄电池供电，内置的DC/DC变换器能够支持多种蓄电池配置，允许10ms的断电 （2）MVB连接与终结 X1(插头)和X2（插座）为两个9引脚D-SUB连

8、接器，引脚分配相同，但极性相对（“插头”对“插座”），便于网络连接。,2020/9/13,23,几个VCU Lite连到同一个MVB总线上的情况如上图，如果处于网络的终端，需要在空的DSUB连接器上接一个终端电阻连接器。,2020/9/13,24,用于网关的寻址插头12SX02,用与车辆控制单元的寻址插头MOBAD2,MVB/WTB 寻址,可编程的地址插头 车辆控制单元和AXS的MVB寻址插头称为MOBAD2。这个插头包括该模块的电池 网关的WTB地址插头为125X02,2020/9/13,25,（4）MVB服务端口 可以将编程器或电脑用一条MVB电缆，通过MVB服务端口（9针D-Sub插头X

9、6）直接连接到VCU Lite上，对VCU Lite进行编程或测试。 （5）专用RS 485串口 VCU Lite配备两个专用RS485串行接口COM3和COM4，COM3可用于半双工通信，COM4可用于全双工或半双工通信,2020/9/13,26,VCU-Lite有8个LED，其显示含义如下表,2020/9/13,27,TC CCU控制和监视的系统,2020/9/13,28,AXS 远程访问,AXS单元是用于列车上的TCMS和地面站之间无线通信（GSM）的装置。 AXS硬件由VCU车辆控制单元（如前所述）和一个安装在VCU顶部的无线电通信设备（包括无线电通信设备和天线的连接）,2020/9/

10、13,29,COMC 通信控制器,通讯控制器负责MVB和下列通讯协议的转换之间的转换： RS-485 RS-232 上部连接器 MVB bus - sub-D - 9 pol 下部连接器 供电 地址编码 外部串行通信连接 与维修电脑的连接,2020/9/13,30,IDU 智能显示单元,IDU是TCMS用于事件陈述和车辆监视的HMI（人/机界面）。 配有触摸屏 无类似于风扇或硬盘的可移动的部件，无内部电池 连接器 - 以太网连接器 - USB & COM - 供电,2020/9/13,31,智能显示单元 (IDU) 为彩色触摸屏显示，是TCMS的人-机界面（HMI），用以进行事件显示和车辆监控

11、，包括彩色触摸屏、两个10Base-T通讯通道（Ethernet）、USB & COM、处理器和内存等。,2020/9/13,32,IDU的原理框图,2020/9/13,33,DX 数字式输入/输出单元,数字输入/输出 10个数字输入 6个数字输出 上部连接：MVB 下部连接：供电，信号，地址和编码 MC68HC11 处理器 断开输出的延时报警,2020/9/13,34,AX 模拟输入/输出单元,模拟输入/输出 4个输入，可配置10 V 或 20 mA 1个输入，专用与电压测量 2个输出，可配置10 V 或 20 mA 上部连接：MVB 下部连接：供电，信号，寻址和解码 MC68HC11 处理

12、器 断开输出的延时报警,2020/9/13,35,BC 总线连接器,放大（再生）MVB信号 又称 “分区” 当多个单元连接时用于电缆之间的连接 在电缆和光纤之间用于隔离,MVB,Optic fibre,Power supply and error indication,BC,2020/9/13,36,Address: 23,16,8,4,2,1,8,4,2,1,设置地址的连接器,MVB/WTB 寻址,下图所示的装置有MVB地址，由AS，DX，COMC和GW连接器中的带状电缆设置。,2020/9/13,37,TCMS 主控 受控通信，信号路径,2020/9/13,38,TCMS 配置过程，上电,

13、上电后，司机室激活之前，TCMS的配置状态,2020/9/13,39,司机室激活之后TCMS 配置,司机室激活之后TCMS的配置状态，以及配置完成的情况,2020/9/13,40,TCMS Configuration Process, cab changed,TCMS configuration state after the other cab is activated and the configuration is completed,2020/9/13,41,TCMS 编组程序，连挂,连挂之前TCMS的编组状态,连挂之后TCMS的编组状态,Couple 连挂,2020/9/13,42,

14、TCMS 的冗余,冗余概念在TCMS内部使用，用于提高列车的可靠性。（TCMS硬件的可靠性也很高。如GW的MTBF是2.7*10e6 小时） 如果TCMS的关键硬件装置发生故障，TCMS系统会自动激活硬件和软件的冗余功能，以保证在将有故障的硬件拆卸修理之前，列车能继续运行。 在冗余模式下，车辆的性能会受到限制，但能保证关键的驾驶功能正常使用。,2020/9/13,43,TCMS 冗余概念 次主控,即使在TCMS主要硬件故障的状态下，次主控冗余也能提供重要的驾驶功能，以保证列车的安全运行。下图描述了次主控的工作情况。,2020/9/13,44,TCMS 冗余概念 网侧电压,下图描述了TCMS中与

15、网侧电压元件的控制和监视相关的装置在正常模式下的工作情况,2020/9/13,45,TCMS 冗余概念 网侧电压,网侧电压冗余能为网侧电压元件的控制提供丰富的冗余。下图描述了在DX模块故障的情况下，网侧电压的冗余情况,2020/9/13,46,TCMS 冗余概念 IDU,如果激活的司机室内的IDU发生故障，智能显示单元冗余能通过下列方式提供冗余，支持实现报警功能 如果列车上发生主要的报警事件，首先会在司机室发出报警声，或者司机台上的指示灯会亮起，显示列车上正有警报发出。 如果涉及列车安全的重大故障发生，激活的司机室内会有报警声，司机台上的“停车故障”指示灯也会亮起 这些司机室内指示灯和报警声不

16、论IDU是否有故障都会工作 司机也可以使用旅客信息系统和乘务员交流，乘务员能够通过乘务员室或非工作的司机室内的里的其它IDU，监视事件的状态,2020/9/13,47,Battery蓄电池,CRH1列车上TCMS的各种系统接口,TCMS,Line voltage网侧电压,Propulsion 牵引,Brake 制动,Air Supply 供风,Auxiliary Electrical 辅助供电,HVAC 暖通空调,Doors 门,Train operation & DSD 列车操作系统,Drivers instruments/HMI 司机操作工具,Lighting 照明,Front & Cou

17、pler 前部和车钩,Toilet 厕所,ATP,Train Diagnostics列车诊断系统,PIS 旅客信息系统,Motor,Fire detection 烟火探测器,Hotbox 轴箱,RVVMS 后视镜,Catering 电网,2020/9/13,48,CRH1的TCMS系统中的单一故障导致什么后果？ WTB 自动切换到其它并行 WTB，无后果. MVB - 仅与列车基本单元本地MVB相连的所有单元不活动。由于操纵台的部分和受电弓的控制是备用的，车组列车仍能够驱动。 TC CCU - 仅与列车基本单元当地MVB相连的所有单元不活动。由于驾驶台的部分和受电弓的控制是备用的，车组列车仍能

18、够驱动. TDS CCU - 列车基本单元无有效的诊断数据。同一列车基本单元中的IDU也不活动。 ATP CCU - 与ATP系统无串行通信 AXS 车组和地面站之间无远程访问通讯. COMC - 与GPS接收器、PIS和火灾探测无串行通讯,2020/9/13,49,DCU 除了紧急开门之外，本地的外门无操作. GW - MITRAC系统与列车总线无联系,影响列车驱动的功能，如：制动和牵引无效。本地的车厢功能，如照明和气候控制仍然工作。 PCU 该车厢无牵引可用. HVAC 无制热或制冷. BCU 该车厢无常用制动. 紧急刹车仍然可用。 DX/AX - 与故障单元相连的系统不活动，也不受该单元控制或监督。如果该单元为备用控制，无后果。 BC - 该单元另一侧的MVB区段不活动，意味着该区段无MITRAC受控或受监督。 IDU 与 VCU无联系. 后果是: 实际驾驶室中与列车诊断系统（TDS）无联系,2020/9/13,50,思考题,描述CRH1动车组列车网控系统的主要结构及特点。 从列车级、车辆控制级、车辆诊断级对CRH1动车组、CRH2动车组和CRH5动车