隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的變化，鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛工業(yè)對(duì)列車(chē)微機(jī)控制系統(tǒng)中的車(chē)載數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求，期望建立一個(gè)在機(jī)車(chē)車(chē)輛內(nèi)部及列車(chē)和地面控制系統(tǒng)之間交換控制命令、狀態(tài)、故障診斷信息以及旅客信息等的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。為此，國(guó)際電工委員會(huì)制定了IEC61375—1:1999《列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)》，它包括2種總線，即列車(chē)總線WTB和多功能車(chē)輛總線MVB,分別用來(lái)連接列車(chē)的各個(gè)車(chē)廂和車(chē)廂內(nèi)的電氣設(shè)備。本文結(jié)合“北亞”號(hào)內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組，研究基于TCN技術(shù)的內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組列車(chē)通訊網(wǎng)絡(luò)。
“北亞”號(hào)內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組是一種自帶動(dòng)力、具有載客功能、成組運(yùn)行的軌道交通工具，動(dòng)車(chē)組設(shè)頭尾2輛動(dòng)車(chē)，中間由幾節(jié)拖車(chē)組成。司機(jī)在頭車(chē)操縱，尾車(chē)不配司機(jī)。頭尾2輛車(chē)控制系統(tǒng)完全相同，并相互聯(lián)鎖，尾車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)列車(chē)通訊網(wǎng)絡(luò)接收頭車(chē)操縱指令，頭尾2輛車(chē)同步工作，頭車(chē)的監(jiān)控信息在頭車(chē)直接顯示，尾車(chē)的監(jiān)控信息可以通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)在頭車(chē)司機(jī)臺(tái)顯示，司機(jī)在頭車(chē)上可以操縱2臺(tái)動(dòng)車(chē)的各個(gè)工況。該列車(chē)通訊網(wǎng)絡(luò)可完成頭尾2輛動(dòng)車(chē)的重聯(lián)控制、監(jiān)測(cè)并實(shí)施安全保護(hù)。
1 動(dòng)車(chē)組列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
“北亞”號(hào)內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組采用列車(chē)控制與通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)整列車(chē)進(jìn)行控制，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。按照TCN標(biāo)準(zhǔn)，列車(chē)通訊網(wǎng)絡(luò)分為2級(jí)，第1級(jí)為絞線式列車(chē)總線WTB,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛間的數(shù)據(jù)通信；第2級(jí)為多功能車(chē)輛總線MVB,主要實(shí)現(xiàn)同一車(chē)輛內(nèi)各個(gè)功能控制單元之間的數(shù)據(jù)通信。
每臺(tái)動(dòng)車(chē)由1個(gè)微機(jī)控制裝置和1個(gè)智能顯示單元組成。在頭尾2輛動(dòng)車(chē)上各裝有1臺(tái)控制機(jī)箱，每臺(tái)機(jī)箱中裝有數(shù)字量輸入/輸出單元（DI/DO）、模擬量輸入/輸出單元（AX）、車(chē)輛控制單元（VCU）、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元（GPRS板）、網(wǎng)關(guān)（GW）和智能顯示單元（IDU）。2臺(tái)控制機(jī)箱間采用WTB通訊；每臺(tái)控制箱內(nèi)各單元之間采用MVB通訊，其介質(zhì)采用電氣中距離介質(zhì)EMD。
2 列車(chē)控制與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成
列車(chē)控制與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用通用的EXP機(jī)箱，機(jī)箱為背板式結(jié)構(gòu)。以C8051F040CPU為核心，由開(kāi)關(guān)電源、數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元等組成，各單元通過(guò)MVB總線與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各插件功能介紹如下。
2.1 開(kāi)關(guān)電源
采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，將輸入24V電源變換為+5V和±15V電源，給機(jī)箱、網(wǎng)關(guān)、輸入輸出單元及傳感器供電。
2.2 數(shù)字量輸入/輸出
采用光電隔離技術(shù)，接收司機(jī)控制指令及動(dòng)車(chē)狀態(tài)信號(hào)，完成動(dòng)車(chē)邏輯控制。
2.3 模擬量輸入/輸出
對(duì)動(dòng)車(chē)速度、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、柴油機(jī)潤(rùn)滑油壓力、柴油機(jī)冷卻水溫度信號(hào)進(jìn)行采樣。
2.4 無(wú)線通訊模塊
無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸單元是利用通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS將動(dòng)車(chē)組現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控站，供相關(guān)人員對(duì)機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
2.5 車(chē)輛控制單元VCU
VCU主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制功能，其組成如圖2所示。具有RS—232、RS—485、CAN以及MVB通信接口，其中RS—485和CAN為功能擴(kuò)充預(yù)留。
VCU采用C8051F040單片機(jī)，其速度可達(dá)25MIPS（使用25MHz時(shí)鐘）。具有4352字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM（4K+256）和64KBFLASH。
VCU的主要功能有：
（1）實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組的柴油機(jī)、輔助發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)等設(shè)備的邏輯控制及故障診斷功能。
?。?）頭尾2輛動(dòng)車(chē)的VCU依靠司機(jī)鑰匙檔位定義主控微機(jī)信號(hào)來(lái)確定主控微機(jī)。當(dāng)1臺(tái)VCU被定義為主控微機(jī)時(shí)，則另一臺(tái)VCU為從控微機(jī)。從控微機(jī)不具有MVB總線管理器功能。
?。?）實(shí)現(xiàn)防空轉(zhuǎn)/防滑控制功能。在牽引或制動(dòng)工況下，系統(tǒng)檢測(cè)輪根據(jù)空轉(zhuǎn)或滑行程度的不同，采取撒沙、降功、卸載等保護(hù)措施，以充分利用動(dòng)車(chē)粘著性能，發(fā)揮牽引力。
?。?）具有柴油機(jī)與動(dòng)車(chē)電氣系統(tǒng)保護(hù)功能。動(dòng)車(chē)微機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)柴油機(jī)溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等信號(hào)。若這些信號(hào)超過(guò)正常工作范圍，則根據(jù)故障的不同種類(lèi)分別采取報(bào)警、降功、卸載、停機(jī)等措施對(duì)其進(jìn)行保護(hù)并記錄，確保柴油機(jī)和換檔機(jī)構(gòu)的正常工作。
3 列車(chē)TCN網(wǎng)絡(luò)通信及重聯(lián)控制