孟加拉内燃米轨电传动动车组列车网络控制系统

摘 要：孟加拉动车组是唐山轨道客车有限责任公司根据孟加拉铁路要求设计的内燃米轨电传动动车组，其配置结构为2动1拖，并且两列动车组可以联挂运行。本文主要介绍了孟加拉动车组的列车网络控制系统，提出了适用于孟加拉动车组的网络拓扑结构，本系统可以对其它子系统进行控制和监测，并采用冗余技术，提高系统的可靠性，保证列车稳定运行。

关键词：网络；冗余；重联；绞线式列车总线；多功能车辆总线。

中图分类号：U262 文献标识码：A

现代交流传动机车车载网络系统多为多级分布式结构。在列车或机车重联级，有TCN的WTB列车总线、WordFIP列车总线和以太网等；在车辆级有TCN的MVB车辆总线、WoddFIP车辆总线等，同时在各设备之间又有CAN总线、LonWorks总线和RS485总线等。目前我国机车、动车（组）网络控制领域以符合IEC6137

5标准的TCN网络为主。

列车通信网络（Train Communication Network，简称TCN）标准IEC61375是1988年由欧洲发起建立的，并为不同的制造商生产的设备提供统一的通信基础，使不同设备之间可以进行控制、调整、监视和诊断数据的交换等。

1 列车的总体技术参数

孟加拉内燃动车组设计用于孟加拉共和国铁路线路。能够以最高80公里/小时的速度运行。最高试验速度允许达到88公里/小时。

动车组为内燃交流电传动动车组，由3辆车组成。具体配置如下：

・Mc：动车；・T：拖车；・Mc：动车

动车组配置2M1T，两列动车组可以编组连挂运行。列车配置如图1-1所示：

2 列车网络控制系统的组成

列车网络控制系统是列车的高层通信与控制系统，与子系统及列车传统硬线一起构成列车控制系统。

列车通信网络是一个分为两级的通信网络，由绞线式列车总线（Wire Train Bus，简称WTB）和多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，简称MVB）组成。

2.1 网络拓扑

3辆编组的车组称作动车组。每个动车组内有自己的MVB总线。动车组之间通过WTB总线连接，可以实现列车的重联运行。

通过MVB接入列车网络控制系统的设备有：车辆控制单元VCU、司机室人机接口设备HMI、远程输入输出模块RIOM、TCN网关、MVB/CAN/RS485网关。

通过MVB/CAN/RS485网关接入列车网络控制系统的设备有：柴油机控制器、静液压冷却系统、牵引控制单元TCU、门控单元、辅助控制单元ACU、励磁控制单元。

通过RIOM接入列车网络控制系统的设备有：空气制动系统、空压机、充电机、火灾报警装置等。

具有MVB总线接口（MVB/CAN/RS485）的设备需完成下述任务：

子系统控制

处理VCU或其它总线设备的控制信号

处理下级传感器或控制装置报告的信息

通过总线向VCU或HMI报告工作模式

通过总线向VCU报告诊断事件

具体网络拓扑图如2-1所示：

由于静液压冷却系统需要读取柴油机的相关信息，但由于设备接口设计的局限性，两个设备无法直接进行通信，所以，将这两个设备分别与两个网关转换单元进行连接，将柴油机的信息通过网关模块发送到MVB网络上，由VCU读取柴油机信息并将与静液压冷却系统相关的信息再发送到MVB网络上，由静液压系统接收其需要的数据，解决了静液压冷却系统与柴油机通信的问题。

Mc：动车；T：拖车；WTB：列车总线；MVB：车辆总线；VCU：车辆控制单元；HMI：人机接口设备；MVB/CAN /RS485： MVB/CAN J1939网关和MVB/RS485网关；RIOM：输入输出模块；TCU：牵引控制单元；FFR：柴油机控制器；HCU：静液压冷却系统；EDCU：门控单元；FAS火灾报警器；PBS：空气制动系统；EU：发电机励磁控制单元；GW：TCN网关； RIOM：输入输出模块；ACU：辅助控制单元； BC：充电机；CP：空压机。

网关转换单元实现MVB数据与具有CAN J1939或RS485接口的设备进行数据的通信。从MVB角度来看，它是一个1类设备。从CAN J1939或RS485总线来看，是一个可以配置为主或者从的节点。它既可以作为CAN J1939和RS485的主设备，轮询从属设备，也可以作为从属设备来应答主设备的轮询。网关结构框图如图2-2所示：

2.2 冗余技术

可靠性是系统重要的质量指标，冗余技术既可以增加系统的可靠性，又可以降低经济成本，有效提高了系统的可靠性指标。

双机热备冗余技术由两个完全相同且独立的单元组成，各单元都能独立完成规定的功能。正常工作时，两个单元都通电工作，但只有主单元的输出能控制被控对象，备用单元的输出无效。一旦主设备故障，从设备在规定的时间内作为主设备实现对车辆的控制，增加了列车控制网络的可靠性。

孟加拉动车组网络设备VCU、HMI、TCN网关均采用热备冗余技术。

以VCU为例，网络控制系统在每辆动车内装有一个车辆控制单元（Vehicle Control Unit，简称VCU）。该装置具有动车组监测功能和动车监控功能，两个动车内的VCU监控功能相互冗余，一个工作在主模式，另一个工作在从模式。重联时，有司机的动车组VCU为列车主VCU，另一动车组VCU为列车从VCU。

默认配置为首先上电的VCU为主VCU，若同时上电，则Mc1车中的VCU作为主设备。

在下列情况下，实施VCU主从转换：

VCU的主要模块发生故障（如电源模块、处理器模块等）

VCU的MVB接口模块发生故障

在发生主从转换时，MVB通信中断时间不得超过6s。在MVB通信中断期间，底层控制装置使用默认值。

VCU作为总线主，在总线上主动地向各从设备发送信息，它可以给某个从设备发送权，以使该从设备在有限时间内发送一个从设备帧。

WTB和MVB均为带有冗余传输线的串行数据总线，传输介质为屏蔽双绞线，采用两路分离的电缆，中间跨接电缆也采用了两个独立连接器。传输速率：MVB为1.5 Mbit/s；WTB为1.0 Mbit/s。

WTB和MVB线路的冗余原理假定设备在A线和B线上同步发送相同的数据，而连接的设备只从其中的一条传输线接收数据，这条传输线称做信任线。同时连接设备也监视另外一条线，称做监视线。双线冗余连接的设备在互为冗余的两条传输线上同时发送数据帧，以保证两个输出信号之间的时滞（时间差）不超过T_skew_t的设定值。总线的布置应保证在总线的任何位置上从A线或B线接收的信号之间的时滞不超过T_skew的设定值。

通过线路的冗余设计，数据在传输过程中可实现冗余传输，减少数据丢失率，增加数据传输的可靠行。

孟加拉网络控制系统采用网络和硬线相结合的控制方式，网络控制信号具有高优先级，即以网络信号为主，当网络出现故障时，可以自动切换到硬线控制模式，确保列车稳定运行。

2.3 重联

孟加拉网络控制系统为分层网络构架，可实现列车级和车辆级通信控制，两列3辆编组动车组可以重联运行。

列车总线（WTB）具有可变的拓扑结构，能够自适应列车编组变化，主要用于经常互相联挂和解编的重联车辆。

列车重联时，列车进行初运行操作，网络上的每个设备被分配一个地址，如图2-3所示。

从总线主开始，方向1的节点按递减顺序编号，开始为63，最后的为底节点；

从总线主开始，方向2的节点按递增顺序编号，开始为02，最后的为顶节点[3]。

结语

孟加拉动车组网络控制系统根据功能需求，采用WTB和MVB总线连接，增加列车重联运行功能，网络设备尽量冗余设计，提高系统的可靠性，加强动车组安全及平稳运行。孟加拉网络控制系统也可以应用于城轨车的设计，具有较好的移植性。

参考文献

[1]张大勇.我国机车电传动技术的发展[J].机车电传动，2007（3）：1-4.

[2]于敏，何正友，钱清泉. 基于Markov模型的可维修双机热备系统可靠性分析[J]. 计算机工程与设计，2009，30（8）：2040-2042.

[3]IEC 61375-1.Electric Railway Equipment Train Bus Part 1：Train Communication Network[S]. 2007.

[4]曹秋芬，陈特放，刘毅斌.列车通信网线路冗余研究[J].计算机测量与控制，2009，17（6）：1199-1200.