列车通信网络论文

列车通信网络是应用于列车控制系统中的数据通信网络,其本质上属于工业控制局域网的范畴,是应用于列车控制场合的现场总线。下面是小编为大家整理的《列车通信网络论文 (精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

列车通信网络论文 篇1：

以太网技术在列车通信网络中的应用探究

[摘 要]目前，已有列车通信网络无法满足传输信息的需求，在这样的情况下，将同时共存工业以太网和CAN总线的方案提出来具有非常重要的作用。基于此，本文对这种方案和列车通信网络的组成进行了具体的研究与分析。

[关键词]以太网技术;列车通信网络;CAN总线

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.16.066

传统的现场总线已经无法满足当前列车传输信息的要求，所以逐渐将工业现场总线应用在列车系统中，部分国内列车将CAN和RS485等现场总线在已有列车通信网络的基础上引入，但是由于以太网具有特殊的通信机制和复杂的列车环境，导致其应用并不广泛。另外，传统工业现场总线具有较高的实时性和抗干扰性，但依然存在许多问题，如较低的通信速率和较少的传输数据量、只支持单一的网络拓扑，这会在很大程度上影响组网的灵活性，在数据交换中需要专门的网关设备等，这些问题都导致列车信息传输的需求无法得到满足。所以具体研究以太网技术在列车通信网络中的应用具有非常重要的现实意义。

1 共存工业以太网与CAN现场总线的方案

1.1 比较工业以太网总线和CAN总线

应用在不同的工业信息化网络领域，是工业以太网和CAN总线最明显的差别。目前，主要在最上层的企业信息管理网络和中间过程的监控网络中应用工业以太网，这些网络终端设备之间具有相对较长的交换信息的报文和较大的数据吞吐量，所以这就需要很大的网络宽带，但是在实时性方面并没有严格的要求，所以主要由工业以太网组成该部分。一般在底层现场设备层网络应用CAN现场总线，其与工业以太网的要求正好相反，即严格要求通信具有实时性，但是并没有严格的网络传输的吞吐量要求，而且其具有较小的开发难度。信息是CAN总线协议的基础，所以节点模块容易被通信网络增删，不需要改动整个系统。多个节点可以同时收到一组报文信息，其是支持远程工作的，节点可以向别的节点直接请求相应的数据，而且具有严重故障的节点可以从总线中自动退出，并不会影响总线上其他节点的正常工作。在实际的工艺控制现场中，一般控制信号只控制少量的信息，而通过对CAN现场总线系统进行合理应用，不但可以更好地实现实时传输的目标，而且具有很高的传输效率。

1.2 车辆总线网的组成部分

工业底层控制的通信网络主要是CAN总线，其性质和特点与车辆总线的通信要求非常相符，所以一般将CAN总线应用到车辆总线中，系统使用模拟量和数字量两种方式监控这些设备的控制量。

1.3 列车总线网的组成部分

列车编挂的数量往往大于18辆，整个系统需要监控较多的对象，所以具有较大的网络通信量。除此之外，由于会随时调整列车的编组情况，所以要按照设定器中设定的车号和编组情况动态配置网络监控系统，其主要目的是可以与不同列车的编组情况相适应，而以太网技术可以满足这样的要求。

2 列车通信网络的组成要素

在列车通信网络系统中，底层通信网络的通行方式主要以CAN总线为主，其主要是对车厢内的电气控制设备进行连接，上层网络与远程监控主机的连接是通过工业以太网实现的。CAN总线和工业以太网之间的协议转换是通过CAN/以太网网关与CAN现场控制网络和以太网监控网络实现的，通过以太网向监控中心传输通信数据，使实时监控的目标得以实现。

2.1 设计系统硬件

CAN以太网网关是工业以太网和CAN现场总线网络互联的主要依据，主要由CAN数据收发系统和以太网接口电路两部分构成硬件结构，其中前者主要包括DSP芯片、CAN总线控制器等，后者主要包括DSP芯片和以太网控制芯片。两个电路的核心都以DSP芯片为主，由转换以太网和CAN总线通信协议的嵌入式系统共同组成。在整个系统中，CAN总线控制器和以太网控制芯片收发数据的工作、整个系统的正常运行、CAN总线和TCP/IP协议等工作都是由微控制器统一负责的。在该系统中，微控制器主要使用的是TI公司的DSP处理器TMS320F206，以太网控制芯片主要使用的是RTL8019AS。

跳线模式、RT模式和PnP模式是RTL8019AS主要的接口模式，其中跳线模式是该系统主要使用的，向高电平直接连接JP，向低电平中连接IOS0-IOS3，300H为设置的I/O基地址，与ISA总线兼容是RTL8019AS总线接口所具备的特征之一，所以其可以直接连接DSP。

2.2 设计系统软件

2.2.1 CAN以太网网关模型

CAN以太网网关模型主要包括两个通信协议和完全不同结构的网络，主要工作是接收封裝的信息传输格式，在这样的情况下，网络需要在开放系统互联OSI的几个层次上运行。国际标准化组织为了实现开放体系系统互联的目标而建立的模型就是OSI，其主要目的是将共同的基础和标准框架提供给异种计算机进行互联是。应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链接层和物理层是OSI从上到下的层数情况，但是以太网和CAN模型只是支持OSI定义的7层结构中的某些层。对于OSI模型中的会话层和表示层，以太网的网络模型中并没有与此相对应的层次，而且其定义的数据链层也区别于OSI模型中所定义的，其主要是由两个子层构成，即扩逻辑链路控制和介质访问控制，其中封装和拆装数据是逻辑链路控制的主要功能，对访问的传输介质进行控制是介质访问控制的主要功能。从标准的CAN总线方面来说，其只是对OSI模型中的最低两层进行支持，其总线的数据链路层与以太网相同，但是CAN总线中对于应用层并没有定义，对于应用层中的协议需要自己定义。从网关方面来说，其需要具备以下几点功能：一是能够读取和发送以太网和CAN网上的数据，因此以太网和CAN网络模型的网络层次是必须具备的;二是其需要重新封装以太网和CAN数据，因此网关的应用层需要对管理协议进行定义。

2.2.2 协议转换过程

操作软件的流程如下所示：当连接在CAN总线上的设备将数据发送到以太网以后，数据首先会被发送到网关，这是通过CAN接口电路实现的，之后通过对应用层中对应层序的合理应用，及时提取需要传送的数据，然后在TCP和IP层所需要的信息中添加相应的数据。经过封装的数据被DSP处理器发送到以太网控制芯片RTL8019AS，由于RTL8019AS是实现物理层和逻辑链路层的主要基础，因此RTL8019AS会自动添加以太网物理层和逻辑链路层需要的相关信息，之后再传送到以太网上，这个过程主要是通过物理接口实现的，这时通过网卡可以接收CAN总线设备传递过来的信息。反之，当监控中心将控制信息发送到总线上时，其会先向控制器RTL8019AS发送数据，TMS320F206接收数据以后，会及时提取实际要传送的数据取，之后进行封装，使其与CAN总线数据格式相符合，最后通过CAN总线向网络中的现场设备发送相关的数据。在这个过程中，CAN以太网的网关协议可以通过开源实时嵌入式操作系统来完成，也可以通过可裁减的1wIP来实现，从而不仅可以为系统的高实效性提供保障，同时可以有效提升网关设计的灵活性。另外，通过对扩展帧报文符进行重新定义，可以使CAN应用层协议得以实现，同时将提出的转换协议根据地址进行转换，可以实现维护协议转换和网络连接的目标。

3 结 语

共存工业以太网与CAN现场总线的方案，不仅具有成本低和快捷的优点，同时也具有较高的可靠性，而且该方案能够充分发挥工业以太网和CAN现场总线的优势，可以更好地实现列车通信网络连接的目标。在研究中发现，这种方案不仅大大提升了设备底层通信中的灵活性、可靠性和实时性，同时可以满足列车总线对大容量数据进行传输的需求，还具有非常方便的组网，同时也非常容易实现与地面以太网的连接，所以在实际工作中应该广泛应用该方案。

主要参考文献

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作者：王中尧

列车通信网络论文 篇2：

我国首项列车通信网络国际标准颁布

据国际电工委员会(IEC)颁布的信息，由中国南车株洲所主导起草的国际标准IEC 61375-2-7《轨道交通电子设备 列车通信网络(TCN) 第2-7部分：列车无线骨干网(WLTB)》(简称WLTB国际标准)，已于近日正式颁布为国际标准。这标志着列车通信网络第一项由中国制定的国际标准诞生，也打破了一直以来由欧洲国家主导列车通信网络国际标准制定的局面。

列车通信网络是面向控制的一种连接车载设备和各车辆的数据通信系统，是分布式列车控制和诊断系统的核心组成部分。其主要功能是作为沟通各个控制、诊断单元的信息通道，将列车上众多由计算机控制的部件互相联网通信，实现信息交流，从而达到统一控制与诊断和资源共享的目的。

列车通信网络国际标准的制定备受各国关注，各国均派出专家参加制定列车通信网络的工作组IEC/TC9/WG43。该工作组负责制定列車通信网络的13项国际标准，涵盖列车骨干以太网(ETB)、多功能车辆总线(MVB)、绞线式列车总线(WTB)、编组以太网(ECN)和无线骨干网(WLTB)等，其专家数量达69人，是IEC最为庞大的工作组之一。

据悉，作为IEC/TC9国际标准的国内技术唯一归口单位，中国南车株洲所现已主导制定了4项国际标准。

作者：俞慧友

列车通信网络论文 篇3：

基于CRH3型动车组的列车通信网络系统构架分析

【摘 要】CRH3型动车组每列车上一共有2个牵引单元，每个牵引单元内又包括多个设备、模块，这些设备和模块通过MVB连在一起，MVB通过中央控制单元CCU中的网关GW实现了与WTB的连接，实现了整组列车的互联互通。

【关键词】列车通信网络;TCN;列车网络控制系统;SIBAS32

随着我国铁路客运专线和既有线提速的运输要求，列车动车组在我国日益得到关注与重视，而列车通信网络作为动车组监控管理的重要组成部分，其重要性非常显著。

一、车组通信网络组成及系统结构

1.动车组通信网络拓扑结构。在目前已经投入运行的系统中，基本上采用了总线型网络拓扑结构。每一节车厢作为一个独立的监控单元，各车厢之间通过列车总线(Train Bus)通信。每一监控单元内根据需求不同，所需节点数量也不同，同一单元内各节点通过车辆总线(Vehicle Bus)相连。通过在每一监控单元内安装一个代理节点来完成本单元内网络节点的管理，同时也提供本单元同列车总线及其他单元的接口。在司机室或发电车内有一监控主机，通过网卡模块与列车总线相连，负责数据的显示、存贮等工作。

2.通信网络控制结构。机车计算机控制装置与人机交互部分(一般采用显示器LCD)组成动车组通信网络。动车的机车计算机控制单元是整个控制系统的核心，完成全部信号采集、控制与通信管理功能。机车计算机控制装置按功能又可分为机车计算机控制单元LCU(Locomotive Control Unit)、通信网络和人机接口三部分。

二、CRH3型动车组列车通信网络架构

1.牵引单元。每列CRH3型动车组都由8辆车编组而成，可进一步分为两个分别由4辆车组成的牵引单元。牵引单元一包括EC01/TC02/IC03/BC04，牵引单元二包括EC08/TC07/IC06/FC05，车厢号为01一08。每个牵引单元内用车辆总线MVB连接单元内4辆车及同一车厢内的车内设备、传感器、执行机构，牵引单元内各车的拓扑结构固定不变。两个牵引单元之间由列车总线WTB连接，车辆总线和列车总线二者通过网关实现通信。CRH3列车编组情况如图1所示。

2.列车通信网络总线组成。CRH3采用SIBAS 32列控系统，列车通信网络基于国际标准ICE61375，即TCN列车通信网络包括多功能车辆总线MVB和绞线式列车总线WTB。这两种总线在设计时都采用了冗余设计方法，在列车正常工作过程中，MVB和WTB各只有一条处于工作状态，另一条总线处于备用状态，在工作总线发生故障时接替其工作，保障列车的正常运行，如图2所示。除了列车总线WTB和车辆总线MVB，列车上还使用了另一种总线——CAN总线。在CRH3中，网络控制系统中的某些二级系统中用了CAN总线，包括火灾报警和烟雾探测系统、电池充电机以及车门控制单元。火灾报警和烟雾探测系统中光电感烟探测器和烟探测控制器之间通过CAN实现通信;电池充电机的两个重要控制模块之间也用了CAN总线进行连接;车门控制单元中主门控制单元通过CAN和其他外门控制单元连接起来。

3.绞线式列车总线WTB。(1)列车总线WTB的基本性能。列车总线WTB在CRH3中用于连接两个牵引单元，使用的傳输介质是屏蔽双绞线，其传输速度为1.0Mbps。总线总长可达860米，可以连接的节点数多达32个。WTB最大的特点是可以进行WTB初运行。(2)WTB帧结构。WTB帧分为两种：主设备发出的主帧和从设备对其响应时发送的从帧，二者组合在一起，形成一个WTB报文。所有的帧格式固定，具有相同的编码结构，需要遵从HDLC(ISO/IEC3309)规范。

4.多功能车辆总线MVB。(1)车辆总线MVB主要特征。车辆总线MVB接同一牵引单元中的各种车载设备和传感器，使用的传输介质是双绞线，其传输速度为1.5Mbps。(2)MVB帧结构。MVB帧分为两种：主设备发出的主帧、从设备对其响应时发送的从帧，二者组合在一起，形成一个MVB报文。主帧具有固定的数据长度33bits，从帧的数据长度不唯一，包含5种可能的尺寸：33、49、81、153、297bits。MVB的信号编码采用曼彻斯特编码正向定义传输数据，定义从低到高表示为“0”，从高到低表示为“1”。同时，MVB增加了两个非数据符编码：“NH”和“NL”。MVB帧结构包括3大部分：9位设备源起始分界符，中间部分的帧数据以及最后固定的8位校验序列。

三、动车组通信网络控制功能

1.网络通信规范。网络通信规范如下：拓扑结构为总线拓扑，传输介质为双绞屏蔽线，介质访问控制方式为CSMA/CD，通信错误检测方式为CRC，数据编码为差分曼彻斯特编码，传输速率为78Kbps，通信方式采用半双工，主CPU与网络通过双口RAM交换数据。主CPU采用轮询方式，定时从双口RAM输入缓冲区读取网络节点信息并校验，当校验正确时，返回正确标志，将数据提供给本车使用;反之，若校验出错，则返回错误标志，将所收到的数据丢弃。正常情况下，两个网络节点是同时工作的，当主CPU检测到一路通信故障时，由软件识别并自动切换到另一路，并在显示器上提示该路网络通信故障。

2.列车重联控制功能。首车将司机控制指令及机车状态信号传送给尾车，控制尾车运行，可实现尾车无人驾驶。尾车检测机车状态信号，传送给首车，以便司机了解它车运行情况，确保列车工况一致。(1)首尾车监控数据的通信功能。首尾车实时检测机车及柴油机的速度、电流、电压、温度、压力等信号，通过网络传递给它车供显示器显示，以便司机及时了解运行信息，确保正常运行。(2)列车重联控制逻辑。操纵端设置为防止机车控制逻辑错误，首先必须抢占控制权，即进行操纵端设置，抢得控制权者为首车，另一动车为尾车。若两动车同时设置为首车，则显示“操纵端设置错误”提示司机，两车控制均处于无效状态，计算机不加载。

3.系统监视和保护。网络控制系统周期性地采集动车组各关键设备的状态，实现对设备的实时保护，主要有以下几种保护控制。(1)液力传动系统油温高报警以及控制。车辆控制单元周期性地读取“液力油温报警”信号，一旦该信号有效，车辆控制单元将自动封锁本动车的牵引输出，同时输出卸载指令，在显示屏上报警。(2)动车组停放制动保护控制。当Me车检测到“停放制动”信号有效时，系统自动封锁所有动车的牵引输出，同时输出卸载指令。

以CRH3动车组为分析对象，对该型号动车组的列车通信网络系统构架进行分析，对目前在我国使用较多的列车通信网络TCN进行了介绍，可以指导相关岗位上的工作人员更好地对列车通信网络进行使用、维护与调试，同时对于相关专业的学生学习列车通信网络也具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]刘琼会.TG/CL150-2018和谐3型动车组高级修检修规程[J].机车电传动，2014，(6)：7—11.

[2]马德锐.铁路高速列车网络控制系统及其电磁兼容性研究[J].广西大学学报(自然科学版)，2014，(3)：251—255.

(作者单位：中车唐山机车车辆有限公司)

作者：许丽媛 宋嘉健