《CRH1型网络控制系统》

1、第四节 CRH1列车控制和管理系统(TCMS)2021-10-132 CRH1的计算机控制系统主要采用的是瑞士的计算机控制系统主要采用的是瑞士Adtranz公司的公司的MITRAC模块化产品模块化产品 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、该系统属于分布式、模块化的：所有微处理器、输入输入/ /输出单元和显示器通过串行多功能车辆总输出单元和显示器通过串行多功能车辆总线线MVBMVB实现通讯，通过网关（实现通讯，通过网关（GWGW）把各车辆总线）把各车辆总线连接起来

2、连接起来 一、一、TCMS 的总体情况的总体情况2021-10-133 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 可以实现不同硬件装置之间通信的数据总线2021-10-1341-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 2021-10-135WTB 列车总线列车总线 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3EST0002040237001.cgmDX62SSEN61MVB-W

3、SPVCULite 82SSEN61DX62VCULite 84DX30DX34DX32RoofMVB-WSPSSEN61DX62VCULite 83DCU/M48ABVD68DCU/M4DDX20DX24DX22DCU/M4CGW85:TDSVCULite 80DX13DX15DX17DX10DX12DX14DCU/A51AX65ABVD66DCU/M49MVB C&CWTBPISRS422DX52RoofDX54AX19RoofCabDX11RS485COMC81ABVD64MVB-WSPAX67AX69RMMPRMPMSSEN61DX62VCULite 84DX30DX34DX32Roo

4、fMVB-WSPSSEN61DX62VCULite 83DCU/M48ABVD68DCU/M4DDX20DX24DX22DCU/M4CGW85:TDSVCULite 80DX13DX15DX17DX10DX12DX14DCU/A51AX65ABVD66DCU/M49MVB C&CWTBPISRS422DX52RoofDX54AX19RoofCabDX11RS485SSEN61DX62MVB-WSPVCULite 82COMC81ABVD64MVB-WSPAX67AX69 MVB ATPCTIUMMIBTIUCOMC30COMC20VDXSDUCOMC40RS485 MVB ATPCTIUMMI

5、BTIUCOMC30COMC20VDXSDUCOMC40RS485WSPWSPWSPWSPWSPWSP2021-10-136MVB 多功能车辆总线多功能车辆总线l MVB是进行几个车辆之间通信的数据总线l 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。l 符合IEC标准l 使用屏蔽双绞电缆或光缆l 通信速率为1.5 Mbps (X3) (X2)M F M F M F M F MVBT T T = Terminator2021-10-137 TCMS可以分为可以分为3个个MVB区段。这些区段是：区段。这些

6、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）M3TbMc1M1Tp1Mc2M2Tp2MVB 多功能车辆总线多功能车辆总线2021-10-138 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

7、闭 2021-10-139 分区段的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。 2021-10-1310 冗余MVB总线 2021-10-1311 远程无线通信接口及售后服务以太网 2021-10-1312 独立的牵引MVB总线 2021-10-1313CRH1 TCMS 系统结构，全部系统结构，全部2021-10-1314 Mc车MVB总线所挂的设备 2021-10-1315TCMS 硬件硬件2021-10-1316列车计算机系统列车计算机系统 MITRAC由许多不同的单元构成由许多不同的单元构成IDUGWVCUCOMCBCI/

8、O units2021-10-1317MITRAC 部件缩写含义部件缩写含义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DXDigital Input/Output Unit 数字输入/输出单元AXAnalog Input/Output Unit 模拟输入/输出单元BCBus Coupler 总线连接2021-10-1318网关网关

9、概述概述l 连接MVB总线和WTB总线l 处理WTB上列车MVB区段之间的数据通信l 进行列车级配置l 2个冗余的WTB连接l 1个MVB连接l 定义识别码l- 带EEPROM的地址插头是可编程的l- 给出网关在一列车中的唯一数字代码Car identity / Code identification2021-10-1319 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。 2021-10-1320VCU-车辆控制单元车辆控制单元 主车辆控制单元主车辆控制单元 Motorola 68040 处

10、理器处理器 电源连接电源连接 MVB连接连接 与维修与维修PC的连接的连接 以太网连接以太网连接 CHE列车上共有列车上共有2个型号：个型号： - 单单MVB(DCB 0911A )，带，带RS-485 连接连接 - 双双MVB(DCB 0911B) :有两个隔有两个隔离的离的MVB通信接口通信接口 2021-10-1321 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） 安装孔 安装孔 散热片 接地端 安装孔 安

11、装孔 2021-10-1322 (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连接器，引脚分配相同，但极性相对（“插头”对“插座”），便于网络连接。 2021-10-1323 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。 2021-10-1324用于网关的寻址插头12SX02用与车辆控制单元的寻址插头MOBAD2MVB/WTB 寻址寻址 可编程的地址插头 车辆控制单元和车辆控制单

12、元和AXS的的MVB寻址插头称为寻址插头称为MOBAD2。这个插头包括该模块的电池这个插头包括该模块的电池 网关的网关的WTB地址插头为地址插头为125X022021-10-1325 （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X6）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 2021-10-1326 VCU-Lite有8个LED，其显示含义如下表 LED名称名称颜色颜

13、色描述描述（亮时亮时）POW绿色电源正常TX黄色在RS 232上或10base-T上传输数据RX黄色在RS232上或10base-T上接收数据ERR红色检测到错误MVB黄色MVB通信信道上的活动S C黄色服务串口上的活动WA黄色警告RTS黄色运行时间系统2021-10-1327 TC CCU控制和监视的系统 2021-10-1328AXS 远程访问远程访问 AXS单元是用于列车上的单元是用于列车上的TCMS和地面站之间无线通和地面站之间无线通信（信（GSM）的装置。）的装置。 AXS硬件由硬件由VCU车辆控制车辆控制单元（如前所述）和一个单元（如前所述）和一个安装在安装在VCU顶部的无线电顶部

14、的无线电通信设备（包括无线电通通信设备（包括无线电通信设备和天线的连接）信设备和天线的连接）2021-10-1329COMC 通信控制器通信控制器 通讯控制器负责通讯控制器负责MVB和下列通讯协和下列通讯协议的转换之间的转换：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2021-10-1330IDU 智能显示单元智能显示单元 IDU是是TCMS用于事件陈用于事件陈述和车辆监视的述和车辆监视的HMI（人（人/机界面）。机界面）。 配有触摸屏配有触摸屏 无类似于风扇或硬盘

15、的可无类似于风扇或硬盘的可移动的部件，无内部电池移动的部件，无内部电池 连接器连接器 - 以太网连接器以太网连接器 - USB & COM - 供电供电2021-10-1331 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，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。 2021-10-1332 IDU的原理框图 2021-10-1333DX 数字式输入数字式输入/输出单元输出单元 数字输入数字输入/输出输出 10个数字输入 6个数字输出 上部连接：上部连接：MVB 下部连接：供

16、电，信号，地址和下部连接：供电，信号，地址和编码编码 MC68HC11 处理器处理器 断开输出的延时报警断开输出的延时报警2021-10-1334AX 模拟输入模拟输入/输出单元输出单元 模拟输入模拟输入/输出输出 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：上部连接：MVB 下部连接：供电，信号，寻址和解下部连接：供电，信号，寻址和解码码 MC68HC11 处理器处理器 断开输出的延时报警断开输出的延时报警2021-10-1335BC 总线连接器总线连接器 放大（再生）放大（再生）MVB信号信号 又称 “分区” 当多

17、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MVBOptic fibrePower supply and error indicationBC2021-10-1336Address: 231684218421设置地址的连接器MVB/WTB 寻址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。2021-10-1337TCMS 主控主控 受控通信，信号路径受控通信，信号路径 CCU Master GW KM KL DX DX KL DX KL DX Slaves KL DX Light on/off 2021-10-1338TCMS 配置过程，上电配

18、置过程，上电上电后，司机室激活之前，上电后，司机室激活之前，TCMS的配置状态的配置状态2021-10-1339司机室激活之后司机室激活之后TCMS 配置配置司机室激活之后司机室激活之后TCMS的配置状态，以及配置完成的情况的配置状态，以及配置完成的情况2021-10-1340TCMS Configuration Process, cab changedTCMS configuration state after the other cab is activated and the configuration is completed2021-10-1341TCMS 编组程序，连挂编组程序，连

19、挂连挂之前连挂之前TCMS的编组状态的编组状态Tp1Mc1M1M3TbTbM2Mc2Tp2E8,F5,F8 3xAXA8*,63,B8Front, ATC, Break3xE0-E45xDXA0-A4Drivers Desk5xF0,F2,F9,F7,F6 5xDXB0,B2,85,8F,64Front, ATC, Break 5xGW?: ? 1x 82*GW? ?: ? 1x 82*GW? ?: ? 1x 82*IDUIDU 1xE0-E45xDXA0-A4Drivers Desk5xE8,F5,F8 3xAXA8*,63,B8Front, ATC, Break3x F0,F2, F9,

20、F7, F6 5xDXB0,B2,85,8F,64Front, ATC, Break 5xIDUIDU 1xIDUIDU 1xVCU-LiteTDS CCU81*1xVCU-LiteTDS CCU81*1x88*VCU-LiteTDS CCU81*1x88*Mc1Mc2Train Control CCU(VCU-Lite)Train Control CCU 80*1xMasterApplicationLocalApplicationDefinition &ConfigurationTrain Control CCU (VCU-Lite)Train Control CCU 80*1xMaster

21、ApplicationLocalApplicationDefinition &ConfigurationTrain Control CCU (VCU-Lite)Train Control CCU 80*1xMasterApplicationLocalApplicationDefinition &ConfigurationTp1Mc1M1M3TbTbM2Mc2Tp2E8,F5,F8 3xAXA8*,63,B8Front, ATC, Break3xE0-E45xDXA0-A4Drivers Desk5xF0,F2,F9,F7,F6 5xDXB0,B2,85,8F,64Front, ATC, Bre

22、ak 5xGW?: ? 1x 82*GW? ?: ? 1x 82*GW? ?: ? 1x 82*IDUIDU 1xE0-E45xDXA0-A4Drivers Desk5xE8,F5,F8 3xAXA8*,63,B8Front, ATC, Break3x F0,F2, F9, F7, F6 5xDXB0,B2,85,8F,64Front, ATC, Break 5xIDUIDU 1xIDUIDU 1xVCU-LiteTDS CCU81*1xVCU-LiteTDS CCU81*1x88*VCU-LiteTDS CCU81*1x88*Mc1Mc2Train Control CCU(VCU-Lite)

23、Train Control CCU 80*1xMasterApplicationLocalApplicationDefinition &ConfigurationTrain Control CCU (VCU-Lite)Train Control CCU 80*1xMasterApplicationLocalApplicationDefinition &ConfigurationTrain Control CCU (VCU-Lite)Train Control CCU 80*1xMasterApplicationLocalApplicationDefinition &Configuration=

24、 In-active software= Active software= Active master software= Slave GW= Strong master GW= Weak master GW连挂之后连挂之后TCMS的编组状态的编组状态Couple连挂2021-10-1342TCMS 的冗余的冗余 冗余概念在冗余概念在TCMS内部使用，用于提高列车的可内部使用，用于提高列车的可靠性。（靠性。（TCMS硬件的可靠性也很高。如硬件的可靠性也很高。如GW的的MTBF是是2.7*10e6 小时）小时） 如果如果TCMS的关键硬件装置发生故障，的关键硬件装置发生故障，TCMS系系统会自动

25、激活硬件和软件的冗余功能，以保证在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。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。证关键的驾驶功能正常使用。2021-10-1343TCMS 冗余概念冗余概念 次主控次主控即使在即使在TCMS主要硬件故障的状态下，次主控冗余也能提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。次主控的工作情况。2

26、021-10-1344TCMS 冗余概念冗余概念 网侧电压网侧电压下图描述了下图描述了TCMS中与网侧电压元件的控制和监视相关中与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的装置在正常模式下的工作情况 Tp1 Mc1 M1 Tp1 M3 M1 Tb M3 M2 Tb Tp2 M2 Mc2 Tp2 E0-E4 5x DX A0-A4 Drivers Desk 5x GW ? ?: ? 1x 82* GW ? ?: ? 1x 82* E0-E4 5x DX A0-A4 Drivers Desk 5x 32,33,34 3x DX 39,3A,3B High Voltage 3x 3C

27、 1x DX 3C High Voltage 1x 32,33,34 3x DX 39,3A,3B High Voltage 3x VCU-Lite Train Control CCU 80* 1x VCU-Lite Train Control CCU 80* 1x = Software with Line voltage control active = Software without Line voltage control active 2021-10-1345TCMS 冗余概念冗余概念 网侧电压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。网侧电压冗余能为网侧电压元件的控

28、制提供丰富的冗余。下图描述了在下图描述了在DX模块故障的情况下，网侧电压的冗余情况模块故障的情况下，网侧电压的冗余情况 Tp1 Mc1 M1 Tp1 M3 M1 Tb M3 M2 Tb Tp2 M2 Mc2 Tp2 E0-E4 5x DX A0-A4 Drivers Desk 5x GW ? ?: ? 1x 82* GW ? ?: ? 1x 82* E0-E4 5x DX A0-A4 Drivers Desk 5x 32,33,34 3x DX 39,3A,3B High Voltage 3x 3C 1x DX 3C High Voltage 1x 32,33,34 3x DX 39,3A,3

29、B High Voltage 3x VCU-Lite Train Control CCU 80* 1x VCU-Lite Train Control CCU 80* 1x = Software with Line voltage control active = Software without Line voltage control active 2021-10-1346TCMS 冗余概念冗余概念 IDU如果激活的司机室内的如果激活的司机室内的IDU发生故障，智能显示单元冗余发生故障，智能显示单元冗余能通过下列方式提供冗余，支持实现报警功能能通过下列方式提供冗余，支持实现报警功能 如果列车

30、上发生主要的报警事件，首先会在司机室发出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。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，司机台上的有报警声，司机台上的“停车故障停车故障”指示灯也会亮起指示灯也会亮起 这些司机室内指示灯和报警声不论这些司机室内指示灯和报警声不论IDU是否有故障都会是否有故障都会工作工作 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

31、过乘务员室或非工作的司机室内的里的其它够通过乘务员室或非工作的司机室内的里的其它IDU，监视事件的状态监视事件的状态2021-10-1347Battery蓄电池CRH1列车上列车上TCMS的各种系统接口的各种系统接口TCMSLine 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 & Coupler 前部和车钩Toilet 厕所ATPTrain Diagnostics列车诊断系统PIS 旅客信息系统MotorFire detection 烟火探测器Hotb