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[摘 要]介绍了马来西亚城际动车组列车网络控制系统的组成和功能，详细阐述了该系统的网络拓扑结构，分析了该系统的技术特点。
[关键词] 列车通信网络；网络控制系统；可靠性；冗余性
中图分类号：U266.2
0 引言
马来西亚城际动车组为120km/h速度等级车辆，采用基于TCN标准开发的网络控制系统。该网络控制系统是一套完整的、集成的计算机系统，它控制并监控整个列车的子系统，能够实现对各子系统的实时控制、监视、诊断和事件记录。通过贯穿列车的总线进行数据传输和设备控制，不僅有效地实现了对列车的控制和诊断，同时有助于提高列车运行的可靠性和系统维护的可靠性，保证列车安全舒适运行。
1 系统组成与功能介绍
马来西亚城际动车组列车网络控制系统主要由中央控制单元（CCU）、网关模块（GW）、输入/输出模块（I/O）、人机接口（HMI）、MVB总线和WTB总线等组成，其简要构成图见图1。MVB总线与CCU、I/O及各子系统连接，可以与各子系统直接进行数据交换，从而实现对各子系统的控制和诊断功能。当两列车重联时，WTB总线实现两列车的自动编组和重联通信。
马来西亚城际动车组列车网络控制系统的主要功能如下：列车牵引/制动特性控制，列车逻辑控制，列车重联控制，空转/滑行保护控制，轴重转移补偿控制，自动过分相控制，无人警惕控制，制动力的计算与分配，故障诊断与记录，数据转储等。
2 网络拓扑结构
马来西亚城际动车组列车网络控制系统由列车级网络和车辆级网络组成。列车级网络采用WTB总线，车辆级网络采用MVB总线，WTB和MVB通过网关节点连接，集成在CCU中。3节车单元组的网络拓扑图见图2。
2.1 列车级网络
列车级网络采用符合IEC61375标准的绞线式列车总线WTB，以总线方式连接两重联列车的中央控制单元，实现两列车的多个MVB网络数据交换。列车总线的物理介质采用双绞屏蔽线，总线跨度860米，数据交换协议采用HDLC，工作速度为1.0Mbit/s，介质分配由一台主设备完成。列车总线采用双通道冗余设计，单通道故障可以自动切换到另一通道，提高了系统的可靠性。
2.2 车辆级网络
车辆级网络采用符合IEC61375标准的多功能车辆总线MVB，以总线方式连接列车内的所有智能单元，实现CCU与各子系统的控制信息、监视信息、故障诊断信息的传输，完成对各子系统的控制与管理。车辆总线的物理介质采用中距离传输的电介质EMD（变压器耦合），总线跨距小于200m，工作速度为1.5Mbit/s。车辆总线采用双通道冗余设计，单通道故障可以自动切换到另一通道，提高了系统的可靠性。
2.3 数据传输
列车总线和车辆总线上传输三种类型的数据：1）过程数据：如司机指令、列车速度、电机电压和电流等。过程数据是长度较短但比较紧迫的数据，它们传送时间是确定的，因而采用周期性传送。2）消息数据：如故障数据。消息数据是偶然出现的、时限不太紧迫但长度较长的数据，通常采用事件驱动的偶发性传送。3）监视数据：如用于设备状态检查、监视的数据。监视数据是比较短的数据，有的需要周期性传送，有的采用偶发性传送。
2.4 中央控制单元（CCU）
CCU是基于微处理器的控制单元，完成整车逻辑控制和监控任务。CCU由两套冗余的3U插件、一块6U的转换控制板、冷却风扇等组成，内含处理器板、列车总线控制板、车辆总线控制板、数字量输入与输出板、模拟量输入与输出板、电源板、转换控制板等，安装在司机室的电气柜中。CCU通过车辆总线发送牵引、制动、开关门等司机指令和司机控制，并驱动操纵台的信号灯、仪器仪表的显示，接收外围设备与子系统的实时状态和故障信息，完成列车控制、故障诊断与事件记录功能。同时CCU具有总线管理和网关能力。整列车配置两个CCU，采用热备份冗余，当主控CCU失效时，从控CCU自动接替主控CCU的工作，从而提高了系统的可靠性。
2.5 人机接口（HMI）
HMI采用彩色液晶触摸显示屏，内部装有一块MVB网卡进行通信，为司机提供图形化的显示界面，安装在司机室的操纵台上。显示屏下方设有操作按键，初始参数设置等通过键盘操作来实现。HMI显示车辆的运行参数、诊断结果、各系统的状态和故障提示信息，同时可以存储、转储故障信息，便于检修和维护。为了满足操作者不同层次的要求，将各种功能分别放置在运行、维护两种模式下。其中运行模式面向司机操作及技术人员调试，维护模式面向检修人员维护。
2.6 输入输出模块（I/O）
I/O模块负责车辆开关量、模拟量的采集和控制电路的驱动，为串行设备提供接入网络控制系统的接口。I/O模块将分散的外围设备的模拟量输入输出信号和数字量输入输出信号进行集中控制，通过车辆总线接入列车网络。I/O模块允许对外围设备的输入信号和输出信号直接分配和控制，减少了大量布线与接触器、继电器的使用，提高了系统的可靠性。
2.7 总线中继器（REP）
总线中继器为MVB总线提供中继与隔离，负责对网络上的信号进行整形、放大和隔离。为了确保MVB通信的稳定性和可靠性，每节车根据实际需要配置了不同数量的总线中继器。
3 技术特点
3.1 可靠性
系统的可靠性取决于组成系统的各个子部件的可靠性。为满足系统设备的可靠性性能，在设计过程中采取了下列措施来提高系统的可靠性：1）设备采用模块化设计，可直接从正面进行安装和维护，并可靠接地；2）所有模块的硬件设计符合可靠性规范和电磁兼容性规范；3）通信电缆选用高阻燃、无卤电缆；4）网络控制系统具有诊断功能，通过对各子系统的评估，采取相应措施，如限速、触发紧急制动、牵引封锁等来保证列车运行的安全。
3.2 冗余性
冗余性设计可以提高系统可靠性。在设计过程中采取了下列措施来提高系统的冗余性：1）通信电缆采用双通道冗余，两个通道传输的数据完全相同，单通道故障不影响正常通信；2）关键部件采用热备份冗余，主控部件失效时，从控部件自动接替工作，保证列车正常运行；3）重要输入信号采用硬线冗余，如牵引、制动等，与安全相关的控制指令设有硬线作为冗余，当列车网络控制系统中断或出现重大故障时，可通过冗余的硬线电路进行紧急牵引/制动控制。
4 结束语
马来西亚城际动车组列车网络控制系统在运行过程中发挥了其对各子系统的实时控制、监视、诊断和事件记录功能，极大地提高了乘务人员对动车组的操作性和故障处理能力。该网络控制系统在运行过程中表现出了极高的可靠性，保证了列车的高可靠安全运行。
参考文献：
[1] 吴迎年，张健华，侯围莲.网络控制系统研究综述（I）[J].现代电力。2003（10）：74-81.
[2] IEC61375-1.Electric Railway Equipment--Train Bus Part l：Train Communication Network.First edition.1999.
[关键词] 列车通信网络；网络控制系统；可靠性；冗余性
中图分类号：U266.2
0 引言
马来西亚城际动车组为120km/h速度等级车辆，采用基于TCN标准开发的网络控制系统。该网络控制系统是一套完整的、集成的计算机系统，它控制并监控整个列车的子系统，能够实现对各子系统的实时控制、监视、诊断和事件记录。通过贯穿列车的总线进行数据传输和设备控制，不僅有效地实现了对列车的控制和诊断，同时有助于提高列车运行的可靠性和系统维护的可靠性，保证列车安全舒适运行。
1 系统组成与功能介绍
马来西亚城际动车组列车网络控制系统主要由中央控制单元（CCU）、网关模块（GW）、输入/输出模块（I/O）、人机接口（HMI）、MVB总线和WTB总线等组成，其简要构成图见图1。MVB总线与CCU、I/O及各子系统连接，可以与各子系统直接进行数据交换，从而实现对各子系统的控制和诊断功能。当两列车重联时，WTB总线实现两列车的自动编组和重联通信。
马来西亚城际动车组列车网络控制系统的主要功能如下：列车牵引/制动特性控制，列车逻辑控制，列车重联控制，空转/滑行保护控制，轴重转移补偿控制，自动过分相控制，无人警惕控制，制动力的计算与分配，故障诊断与记录，数据转储等。
2 网络拓扑结构
马来西亚城际动车组列车网络控制系统由列车级网络和车辆级网络组成。列车级网络采用WTB总线，车辆级网络采用MVB总线，WTB和MVB通过网关节点连接，集成在CCU中。3节车单元组的网络拓扑图见图2。
2.1 列车级网络
列车级网络采用符合IEC61375标准的绞线式列车总线WTB，以总线方式连接两重联列车的中央控制单元，实现两列车的多个MVB网络数据交换。列车总线的物理介质采用双绞屏蔽线，总线跨度860米，数据交换协议采用HDLC，工作速度为1.0Mbit/s，介质分配由一台主设备完成。列车总线采用双通道冗余设计，单通道故障可以自动切换到另一通道，提高了系统的可靠性。
2.2 车辆级网络
车辆级网络采用符合IEC61375标准的多功能车辆总线MVB，以总线方式连接列车内的所有智能单元，实现CCU与各子系统的控制信息、监视信息、故障诊断信息的传输，完成对各子系统的控制与管理。车辆总线的物理介质采用中距离传输的电介质EMD（变压器耦合），总线跨距小于200m，工作速度为1.5Mbit/s。车辆总线采用双通道冗余设计，单通道故障可以自动切换到另一通道，提高了系统的可靠性。
2.3 数据传输
列车总线和车辆总线上传输三种类型的数据：1）过程数据：如司机指令、列车速度、电机电压和电流等。过程数据是长度较短但比较紧迫的数据，它们传送时间是确定的，因而采用周期性传送。2）消息数据：如故障数据。消息数据是偶然出现的、时限不太紧迫但长度较长的数据，通常采用事件驱动的偶发性传送。3）监视数据：如用于设备状态检查、监视的数据。监视数据是比较短的数据，有的需要周期性传送，有的采用偶发性传送。
2.4 中央控制单元（CCU）
CCU是基于微处理器的控制单元，完成整车逻辑控制和监控任务。CCU由两套冗余的3U插件、一块6U的转换控制板、冷却风扇等组成，内含处理器板、列车总线控制板、车辆总线控制板、数字量输入与输出板、模拟量输入与输出板、电源板、转换控制板等，安装在司机室的电气柜中。CCU通过车辆总线发送牵引、制动、开关门等司机指令和司机控制，并驱动操纵台的信号灯、仪器仪表的显示，接收外围设备与子系统的实时状态和故障信息，完成列车控制、故障诊断与事件记录功能。同时CCU具有总线管理和网关能力。整列车配置两个CCU，采用热备份冗余，当主控CCU失效时，从控CCU自动接替主控CCU的工作，从而提高了系统的可靠性。
2.5 人机接口（HMI）
HMI采用彩色液晶触摸显示屏，内部装有一块MVB网卡进行通信，为司机提供图形化的显示界面，安装在司机室的操纵台上。显示屏下方设有操作按键，初始参数设置等通过键盘操作来实现。HMI显示车辆的运行参数、诊断结果、各系统的状态和故障提示信息，同时可以存储、转储故障信息，便于检修和维护。为了满足操作者不同层次的要求，将各种功能分别放置在运行、维护两种模式下。其中运行模式面向司机操作及技术人员调试，维护模式面向检修人员维护。
2.6 输入输出模块（I/O）
I/O模块负责车辆开关量、模拟量的采集和控制电路的驱动，为串行设备提供接入网络控制系统的接口。I/O模块将分散的外围设备的模拟量输入输出信号和数字量输入输出信号进行集中控制，通过车辆总线接入列车网络。I/O模块允许对外围设备的输入信号和输出信号直接分配和控制，减少了大量布线与接触器、继电器的使用，提高了系统的可靠性。
2.7 总线中继器（REP）
总线中继器为MVB总线提供中继与隔离，负责对网络上的信号进行整形、放大和隔离。为了确保MVB通信的稳定性和可靠性，每节车根据实际需要配置了不同数量的总线中继器。
3 技术特点
3.1 可靠性
系统的可靠性取决于组成系统的各个子部件的可靠性。为满足系统设备的可靠性性能，在设计过程中采取了下列措施来提高系统的可靠性：1）设备采用模块化设计，可直接从正面进行安装和维护，并可靠接地；2）所有模块的硬件设计符合可靠性规范和电磁兼容性规范；3）通信电缆选用高阻燃、无卤电缆；4）网络控制系统具有诊断功能，通过对各子系统的评估，采取相应措施，如限速、触发紧急制动、牵引封锁等来保证列车运行的安全。
3.2 冗余性
冗余性设计可以提高系统可靠性。在设计过程中采取了下列措施来提高系统的冗余性：1）通信电缆采用双通道冗余，两个通道传输的数据完全相同，单通道故障不影响正常通信；2）关键部件采用热备份冗余，主控部件失效时，从控部件自动接替工作，保证列车正常运行；3）重要输入信号采用硬线冗余，如牵引、制动等，与安全相关的控制指令设有硬线作为冗余，当列车网络控制系统中断或出现重大故障时，可通过冗余的硬线电路进行紧急牵引/制动控制。
4 结束语
马来西亚城际动车组列车网络控制系统在运行过程中发挥了其对各子系统的实时控制、监视、诊断和事件记录功能，极大地提高了乘务人员对动车组的操作性和故障处理能力。该网络控制系统在运行过程中表现出了极高的可靠性，保证了列车的高可靠安全运行。
参考文献：
[1] 吴迎年，张健华，侯围莲.网络控制系统研究综述（I）[J].现代电力。2003（10）：74-81.
[2] IEC61375-1.Electric Railway Equipment--Train Bus Part l：Train Communication Network.First edition.1999.