动车组列车的车载数据通信网络方案

　　“北亚”号内燃动车组是一种自带动力、具有载客功能、成组运行的轨道交通工具，动车组设头尾2辆动车，中间由几节拖车组成。司机在头车操纵，尾车不配司机。头尾2辆车控制系统完全相同，并相互联锁，尾车控制系统通过列车通讯网络接收头车操纵指令，头尾2辆车同步工作，头车的监控信息在头车直接显示，尾车的监控信息可以通过通讯网络在头车司机台显示，司机在头车上可以操纵2台动车的各个工况。该列车通讯网络可完成头尾2辆动车的重联控制、监测并实施安全保护。

　　1　动车组列车通信网络拓扑结构

　　“北亚”号内燃动车组采用列车控制与通讯网络系统对整列车进行控制，网络拓扑结构如图1所示。按照TCN标准，列车通讯网络分为2级，第1级为绞线式列车总线WTB，实现车辆间的数据通信;第2级为多功能车辆总线MVB，主要实现同一车辆内各个功能控制单元之间的数据通信。

　　每台动车由1个微机控制装置和1个智能显示单元组成。在头尾2辆动车上各装有1台控制机箱，每台机箱中装有数字量输入/输出单元(DI/DO)、模拟量输入/输出单元(AX)、车辆控制单元(VCU)、无线数据传输单元(GPRS板)、网关(GW)和智能显示单元(IDU)。2台控制机箱间采用WTB通讯;每台控制箱内各单元之间采用MVB通讯，其介质采用电气中距离介质EMD。

　　2　列车控制与通信网络系统的组成

　　列车控制与通信网络系统采用通用的EXP机箱，机箱为背板式结构。以C8051F040CPU为核心，由开关电源、数字量输入/输出、模拟量输入/输出、无线数据传输单元等组成，各单元通过MVB总线与CPU进行数据交换。各插件功能介绍如下。

　　2.1　开关电源

　　采用开关电源技术，将输入24V电源变换为+5V和±15V电源，给机箱、网关、输入输出单元及传感器供电。

　　2.2　数字量输入/输出

　　采用光电隔离技术，接收司机控制指令及动车状态信号，完成动车逻辑控制。

　　2.3　模拟量输入/输出

　　对动车速度、柴油机转速、柴油机润滑油压力、柴油机冷却水温度信号进行采样。

　　2.4　无线通讯模块

　　无线数据传输单元是利用通用分组无线业务GPRS将动车组现场采集的数据传输到地面监控站，供相关人员对机车的运行状态进行监控。

　　2.5　车辆控制单元VCU

　　VCU主要实现系统的逻辑控制功能，其组成如图2所示。具有RS—232、RS—485、CAN以及MVB通信接口，其中RS—485和CAN为功能扩充预留。

　　VCU采用C8051F040单片机，其速度可达25MIPS(使用25MHz时钟)。具有4352字节内部数据RAM(4K+256)和64KBFLASH。

　　VCU的主要功能有：

　　(1)实现动车组的柴油机、辅助发电机、空气压缩机等设备的逻辑控制及故障诊断功能。

　　(2)头尾2辆动车的VCU依靠司机钥匙档位定义主控微机信号来确定主控微机。当1台VCU被定义为主控微机时，则另一台VCU为从控微机。从控微机不具有MVB总线管理器功能。

　　(3)实现防空转/防滑控制功能。在牵引或制动工况下，系统检测轮根据空转或滑行程度的不同，采取撒沙、降功、卸载等保护措施，以充分利用动车粘着性能，发挥牵引力。

　　(4)具有柴油机与动车电气系统保护功能。动车微机实时检测柴油机温度、压力、转速等信号。若这些信号超过正常工作范围，则根据故障的不同种类分别采取报警、降功、卸载、停机等措施对其进行保护并记录，确保柴油机和换档机构的正常工作。