畢業(yè)設計--城軌車輛網絡控制系統(tǒng)的分析及故障排除

1、<p>　　2014屆畢業(yè)設計任務書</p><p>　　課題名稱：城軌車輛網絡控制系統(tǒng)的分析及故障排除</p><p>　　專 業(yè) 系 軌 道 交 通 系 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學生姓名 </p>

2、;<p>　　指導老師 </p><p>　　完成日期 2013年 12 月 </p><p>　　2014屆畢業(yè)設計任務書</p><p><b>　　一、 課題名稱：</b></p><p>　　列車網絡控制系統(tǒng)分析及故障排除<

3、;/p><p><b>　　二、 指導老師：</b></p><p>　　三、 設計內容與要求：</p><p><b>　　1、課題概述:</b></p><p>　　隨著牽引動力的交流化和運行速度的提高，列車上采用微機實現智能化控制的部件或裝置也越來越多，各微機系統(tǒng)間的協調和信息交換顯得越來越重要。

4、另外，為提高列車的舒適度，各種輔助裝置的控制和服務裝置的控制都必須納入到這個微機控制系統(tǒng)中來。因此，列車控制也由單臺機車的牽引傳動控制逐漸向網絡控制方向發(fā)展，網絡控制技術已經成為核心技術之一。</p><p>　　本課題基于TCN、ARCNET等常見列車通信網絡，分析其通信原理和通信特點，著重分析高速動車、大功率交傳機車、城軌車輛等多類列車網絡控制系統(tǒng)的拓撲結構、控制功能、硬件組成及工作原理，指出網絡控制系統(tǒng)中常

5、見的故障現象，闡述其故障應急處理方法。</p><p>　　2、設計內容與要求：</p><p><b>　?。?）設計內容</b></p><p>　　本課題下設3個子課題：</p><p>　　CRH動車組網絡控制系統(tǒng)的分析及故障排除</p><p>　　HXD交傳機車網絡控制系統(tǒng)的分析及故障

6、排除</p><p>　　城軌車輛網絡控制系統(tǒng)的分析及故障排除</p><p>　　每個子課題設計的主要內容可包括：</p><p>　　列車網絡控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史及現狀分析</p><p>　　列車網絡控制系統(tǒng)的功能、特點及其與傳統(tǒng)機車微機控制系統(tǒng)的區(qū)別</p><p>　　常見的列車網絡通信標準</p>

7、<p>　　以某個車型為例，從結構、原理、可靠性、實時性等方面詳細分析該車型的網絡控制系統(tǒng)</p><p>　　列車網絡控制系統(tǒng)常見故障的判斷分析與處理</p><p><b>　　結論</b></p><p><b>　?。?）要求</b></p><p>　　通過檢索文獻或其他方式

8、，深入了解設計內容所需要的各種信息；</p><p>　　能夠靈活運用《電力電子技術》、《計算機應用技術》、《機車總體》、《列車網絡控制技術》等基礎和專業(yè)課程的知識來分析城軌列車、大功率機車及高速動車組上的網絡控制系統(tǒng)。</p><p>　　要求學生有一定的電子電路，軌道交通專業(yè)基礎。</p><p><b>　　四、設計參考書</b><

9、/p><p>　　《列車網絡控制技術原理與應用》</p><p>　　《動車組網絡控制系統(tǒng)》</p><p>　　《CRH2型動車組》、《CRH5型動車組》</p><p>　　《HXD大功率機車》</p><p><b>　　五、設計說明書內容</b></p><p><

10、;b>　　封面</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　內容摘要(200-400字左右，中英文)</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　正文（設計方案比較與選擇，設計方案原理、分析、論證，設計結果的說明及特點）</p>

11、;<p><b>　　結束語</b></p><p>　　附錄(參考文獻、圖紙、材料清單等)</p><p><b>　　六、 設計進程安排</b></p><p>　　第1周： 資料準備與借閱，了解課題思路。</p><p>　　第2-3周: 設計要求說明及課題內容輔導。<

12、;/p><p>　　第4－7周：進行畢業(yè)設計，完成初稿。</p><p>　　第7-10周： 第一次檢查，了解設計完成情況。</p><p>　　第11周： 第二次檢查設計完成情況，并作好畢業(yè)答辯準備。</p><p>　　第12周： 畢業(yè)答辯與綜合成績評定。</p><p>　　七、畢業(yè)設計答辯及論文要求</p

13、><p><b>　　畢業(yè)設計答辯要求</b></p><p>　　答辯前三天，每個學生應按時將畢業(yè)設計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要資料交指導教師審閱，由指導教師寫出審閱意見。</p><p>　　學生答辯時，自述部分內容包括課題的任務、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻、設計的基本內容和主要方法、成果結論和評價。</p>&

14、lt;p>　　答辯小組質詢課題的關鍵問題，質詢與課題密切相關的基本理論、知識、設計方法、實驗方法、測試方法，鑒別學生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。</p><p><b>　　畢業(yè)設計論文要求</b></p><p>　　文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。</p><p><

15、;b>　　圖紙要求:</b></p><p>　　按工程制圖標準制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。</p><p><b>　　曲線圖表要求：</b></p><p>　　所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準用徒手畫，必須按國

16、 家規(guī)定的標準或工程要求繪制。 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著列車網絡控制的發(fā)展，列車網絡控制系統(tǒng)具有越來越重要的意義。同時，列車網絡控制系統(tǒng)是城軌車輛關鍵技術之一。因此建立可靠安全的車載通信網絡是十分必要的。 </p><p>　　本課題主要分析了城軌列車網絡控制系統(tǒng)的故障排除及處

17、理。首先介紹了列車網絡控制系統(tǒng)的生產和發(fā)展，功能與特點，及其與傳統(tǒng)機車的區(qū)別。接著介紹了列車通信網絡的兩條總線,即絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB),并分析了兩層網絡拓撲結構。再根據成都1號線，廣州3號線列車網絡系統(tǒng)的應用,比較了WTB、MVB、LonWorks、CAN等幾種總線的特點。最后，介紹了列車網絡控制系統(tǒng)常見故障的分析及處理。并展望了我國城軌車輛網絡控制系統(tǒng)的發(fā)展前景。</p><p>

18、　　關鍵詞：城軌車輛 列車網絡控制系統(tǒng) 故障分析與排除</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the development of power electronic technology, electric traction drive system gradually took the place of early

19、DC traction drive system, in the city rail transportation has been applied extensively, become the orbit traffic to achieve high speed and heavy haul transportation only option and the main direction of development. The

20、AC drive control system of city rail electric traction drive control is a core component of the system, is the city rail train in the central nervous system. Thro</p><p>　　The main topic of city railway vehi

21、cle AC drive control system in electric traction components and each component is the main function principle, train network control system is introduced as well as the common AC drive control technology, analyzes the co

22、mmon faults and emergency treatment method. And look forward to direction of AC drive technology of China's urban rail vehicle equipment manufacturing industry development prospect.</p><p>　　Key words: U

23、rban rail vehicle Electric traction AC drive Control system</p><p>　　Troubleshooting</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　2014屆畢業(yè)設計任務書- 1 -</p><p>　　第１章 列車網絡控制系統(tǒng)的

24、概述- 7 -</p><p>　　1.1 列車網絡控制系統(tǒng)的概念- 7 -</p><p>　　1.2 列車網絡控制系統(tǒng)的產生和發(fā)展- 7 -</p><p>　　1.3 TCN列車網絡的現狀及發(fā)展趨勢- 10 -</p><p>　　1.4列車網絡控制系統(tǒng)功能與特點- 12 -</p><p>　　1.5

25、 列車網絡控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)機車微機控制系統(tǒng)的區(qū)別- 12 -</p><p>　　第2章 列車網絡通信標準- 14 -</p><p>　　2.1 現場總線- 14 -</p><p>　　2.2 TCN列車通信網絡- 19 -</p><p>　　2.3 工業(yè)以太網- 21 -</p><p>　　第3章

26、常見列車網絡控制系統(tǒng)- 25 -</p><p>　　3.1.SIBAS系統(tǒng)- 25 -</p><p>　　3.2. MITRAC.系統(tǒng)- 26 -</p><p>　　3.3. AGATE系統(tǒng)- 28 -</p><p>　　3.4 TIMS管理系統(tǒng)及其結構- 29 -</p><p>　　3.5. TI

27、S信息系統(tǒng)- 30 -</p><p>　　3.6. DETECS系統(tǒng)- 32 -</p><p>　　第4章 城軌列車網絡控制系統(tǒng)- 35 -</p><p>　　4.1 成鐵１號線列車網絡控制系統(tǒng)- 35 -</p><p>　　4.2 廣鐵３號線列車網絡控制系統(tǒng)- 38 -</p><p>　　4.3

28、城軌列車網絡控制系統(tǒng)對比- 40 -</p><p>　　第5章 列車網絡控制系統(tǒng)常見故障的分析與處理- 41 -</p><p>　　5.1 MVB總線通信網絡中斷- 41 -</p><p>　　5.2列車控制和診斷系統(tǒng)- 41 -</p><p>　　5.3總線/列車線信號檢測時間的限制- 42 -</p>&l

29、t;p>　　5.4 軟件設計缺陷- 43 -</p><p>　　5.5北京地鐵10號線故障分析- 43 -</p><p>　　第6章 總結- 45 -</p><p>　　心得體會- 46 -</p><p>　　參考文獻- 47 -</p><p>　　第１章 列車網絡控制系統(tǒng)的概述</p&

30、gt;<p>　　1.1 列車網絡控制系統(tǒng)的概念</p><p>　　網絡控制系統(tǒng)又被稱為基于網絡的控制系統(tǒng)，它是一種完全網絡化、分布化的控制系統(tǒng)，是通過網絡構成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。列車網絡控制系統(tǒng)是列車的核心部件，它包括以實現各功能控制為目標的單元控制機、實現車輛控制的車輛控制機和實現信息交換的通信網絡。列車網絡系統(tǒng)的發(fā)展過程從系統(tǒng)功能來看經歷了由單一的牽引控制到車輛（列車）控制，再到現在已經進入

31、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展階段。</p><p>　　狹義的網絡控制系統(tǒng)是以網絡為基礎，實現傳感器、控制器和執(zhí)行器等系統(tǒng)各部件之間的信息交換，從而實現資源共享、遠程檢測與控制。例如，基于現場總線技術的網絡控制系統(tǒng)可以看成一種狹義的網絡控制系統(tǒng)。廣義的網絡控制系統(tǒng)不但包括狹義的網絡控制系統(tǒng)在內，還包括通過Interner、企業(yè)信息網絡以及企業(yè)內部網絡，實現對工廠車間、生產線以及工程現場設備的遠程控制、信息傳輸、信息管理以

32、及信息分析等。</p><p>　　1.2 列車網絡控制系統(tǒng)的產生和發(fā)展</p><p>　　70年代末至80年代初，車載微機的雛形分別在西門子公司和BBC公司出現。開始僅僅是用于傳動裝置的控制，隨著控制、服務對象的增多，人們把鐵道系統(tǒng)依次劃分為6 個層次：公司管理、鐵路運營、列車控制、機車車輛控制、傳動控制和過程驅動，于是列車通信網絡在初期的串行通信總線的基礎上應運而生，并從原來不同公司

33、的企業(yè)標準推向國際標準，逐步形成了列車通信與控制系統(tǒng)的標準化、模塊化的硬件系列和全方位的開發(fā)、調試、維護、管理軟件工具。</p><p>　　1988年IEC第9 技術委員會TC9成立了第22工作組WG22，其任務是制訂一個開放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機車車輛能夠相互聯掛，車上的可編程電子設備能夠互換。</p><p>　　1992年6 月, TC9WG22以委員會草案CD（commi

34、ttee Draft）的形式向各國發(fā)出列車通信網TCN（Train Communication Network）的征求意見稿。該稿分成4個部分：第1 部分總體結構，第2 部分實時協議，第3 部分多功能車輛總線MVB，第4部分絞式列車總線WTB。</p><p>　　總體結構把列車通信網規(guī)定為由多功能車輛總線MVB和絞式列車總線WTB組成。MVB的傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纖。在后一種場合，其跨距為2000m

35、，最多可連接256個職能總線站。數據劃分為過程數據、消息數據和監(jiān)管數據。對過程數據的傳輸作了優(yōu)化。發(fā)送的基本周期是lms或 2ms。</p><p>　　WTB的傳輸介質為雙絞線，最多可連接32個節(jié)點，總線跨距860m。WTB具有列車初運行和接觸處防氧化功能。發(fā)送的基本周期是25ms。</p><p>　　1994年5 月至1995年9 月，歐洲鐵路研究所（ERRI）耗資300萬美元，在瑞

36、士的Interlaken至荷蘭的阿姆斯特丹的區(qū)段，對由瑞士SBB、德國DB、意大利FS、荷蘭NS的車輛編組成的運營試驗列車進行了全面的TCN試驗。</p><p>　　1999年6 月，TCN標準草案正式成為國際標準，即IEC61735。該標準對列車通信網絡的總體結構、連接各車輛的列車總線、連接車輛內部各智能設備的車輛總線及過程數據等內容進行了詳細的規(guī)定。列車通信網絡的標準化對目前和將來的開發(fā)設計提供了一個良好的

37、基礎，現已交付或投入運營的采用TCN的車輛達600輛以上，裝備TCN的車輛數量正在迅速增長，Adtranz、Firema、Siemens等車輛制造工廠的所有新項目均以TCN為基礎。</p><p>　　我國列車通信網絡的發(fā)展可以追溯到1991年，株洲電力機車研究所在購買ABB公司的牽引控制系統(tǒng)開發(fā)工具特別是軟件開發(fā)工具的基礎上，聯合路內高被開發(fā)出了建國第一套力機車微機控制裝置，安裝于SS40038 電力機車上。在

38、該裝置中，系統(tǒng)被明確劃分為人機界面顯示級、機車控制級和傳動控制級三級,級與級之間通過串行總線連接，形成了二級總線的雛形。其中連接司機臺顯示器與機車控制級之間的顯示總線在“春城”號動力分散電動車組上擴展為貫穿列車連接各動力車的機車控制級與司機臺顯示器的列車顯示總線：連接機車控制級與傳動控制級的近程控制器總線在“先鋒”號動力分散交流傳動電動車組上擴展為連接動力車節(jié)點與傳動控制單元和ATP的中程控制器總線。</p><p&

39、gt;　　近年來，國內機車車輛工業(yè)發(fā)展迅速，相繼開發(fā)成功了動車組、200公里高速車等產品，以及目前尚處于開發(fā)研制階段的擺式列車、輕軌車等產品。這些產品需要對列車的運行狀況和故障做出快速準確的判斷和處理，而傳統(tǒng)的機車車輛控制技術已不能滿足這方面的要求。同時，隨著電子技術的飛速發(fā)展，應用于車輛上的智能設備也越來越多，如集中軸報、電動塞拉門、電子防滑器、電空制動、信息顯示等系統(tǒng)都裝在K型車上。這些系統(tǒng)需要配備大量的控制線路，且有的系統(tǒng)自成一個

40、小型網絡，使一個車輛有多種網絡存在，各系統(tǒng)間的數據不能共享，信號重復檢測。為解決上述存在的問題，引入列車通信網絡技術將全列車的智能用電設備連接起來，達到數據共享是非常必要的。90年代中期，隨著動車組在我國升溫，對列車通信網絡特別是機車的重聯控制通信的需求十分迫切。一方面，鐵道部開展了列車通信網絡研究課題，另一方面路內外許多單位也先后自發(fā)地開展了自我開發(fā)、聯合開發(fā)或技術引進工作，這些工作主線局域網、現場總線、TCN、通信介質、基于RS48

41、5的通信協議等領域展開。如：上海鐵道大學與株洲電力機車研究所合作開發(fā)的基于ARCNET的列車總線和基于HDLC的車輛總線的列車通信</p><p>　　以上這些研究，有一些成果得到了應用，其中，“新曙光”號是首列采用Lonworks列車總線技術的內燃動車組。在該項目中，Lonworks列車總線網卡插在成熟的內燃機車微機控制裝置EXP機箱中。首尾動力車的重聯通信通過Lonworks列車總線以顯式報文方式實現，而EX

42、P機箱內的主CPU通過機箱背部的并行FE總線訪問網卡上的雙口RAM實現信息交換?！吧裰荨碧朙onworks 列車重聯通信與此類似，但采用了二路，即設置了一路Lonworks冗余通道。</p><p>　　“先鋒”號是首列采用了株洲電力機車研究所的TEC列車通信與控制系統(tǒng)的動力分散交流傳動電動車組。在該項目中，每節(jié)動車或拖車上都有一個列車總線節(jié)點，列車總線貫穿全列車連接各個節(jié)點。在每節(jié)動車或拖車內，各智能控制設備通

43、過MVB或控制器總線與節(jié)點交換信息。在司機臺顯示器上可以選擇查看全列車各個設備的狀態(tài)。</p><p>　　“中原之星”號是第二列采用TEC技術的動力分散交流傳動電動車組。該項目與“先鋒“號項目的主要區(qū)別是采用了MVB光纜連接一個車組單元內三節(jié)車的所有智能控制設備（大部分布置在車輛的地板底下）。 而整列車僅設置了2個列車總線節(jié)點，即每個車組單元只設置1個列車總線節(jié)點。從而從列車總線往下著，好象整個列車是由2 個基

44、本運轉單元構成，簡化了控制信號在列車總線上的傳遞。另外，“中原之星”號的車輛總線、列車總線、列車控制單元、某些重要設備的數字輸入/輸出通通（如繼電器）等采取了冗余措施。</p><p>　　“新曙光”號、“神州”號列車重聯通信的成功，特別是“先鋒”號、“中原之星”號的較為完備的列車通信與控制系統(tǒng)的成功，標志著我國列車通信與控制系統(tǒng)的發(fā)展已經進入實用化的新階段。</p><p>　　列車網絡

45、控制系統(tǒng)的功能主要包括：實現牽引控制，即牽引特性曲線的實現和牽引功能的優(yōu)化；實現列車牽引黏著控制，使列車在各種運用條件下，都能保持輪軌間的牽引力，并盡可能地使機車運用在輪軌間的牽引力實現最大化；實現并聯和電路的連接，即邏輯控制功能；以及實現列車運行過程中的故障信息處理，即進行故障信息的采集、處理、傳輸、顯示和記錄，并為列車乘務提供故障的現場處理和排除信息的提示。還提供列車運行的狀態(tài)信息。</p><p>　　1.

46、3 TCN列車網絡的現狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　在推出TCN國際標準后，基于TCN標準的產品需求增加，對于TCN產品的研制有了越來越多的單位支持，TCN列車網絡在世界范圍內也得到了日趨廣泛的應用。</p><p>　　1.3.1 TCN列車網絡產品主要供應商</p><p>　　目前，TCN標準列車通信網絡的推廣形成以Siemens、Bombardier等大

47、公司主導，日趨增多的第三方廣泛支持的局面。</p><p>　　Bombardier、Siemens等公司推出了一系列符合TCN標準的產品，諸如列車網絡專用芯片(MVBC01、MVBD、AMED)以及網絡實時協議(RTP)軟件等。</p><p>　　此外，一些第三方公司(如Farsystem、Firema、EKE、Duagon、Unicontrol)等也相繼推出了TCN網關和相關網絡產品

48、，用戶可以選擇需要的網絡部件來集成、開發(fā)符合自己要求的TCN網絡控制系統(tǒng)。其他可以提供TCN產品的公司還有：自動控制方面的Holec、Ansaldo、AEG，制動方面的Knorr Electronic、Westinghouse Brakes，門控方面的IFE，采暖通風與空調方面的Hagenuk。另外，一些中小公司也能提供MVB板卡、WTB網關、實時協議文件等。 我國作為TCN標準的制定成員國之一，也對該標準大力支持。在研發(fā)

49、方面，我國南車、北車集團等單位通過自主研發(fā)與技術引進相結合，目前也具有了提供TCN相關產品的能力。鐵道科學研究院、西南交通大學、同濟大學、北京交通大學等研究單位在TCN方面也進行了廣泛研究，取得了一定的成果。</p><p>　　1.3.2 TCN列車網絡產品應用現狀</p><p>　　TCN網絡主要應用在高速動車組、重載列車以及地鐵車輛等軌道交通領域，這些場合對產品的互操作性和控制實時

50、性要求一般很高，只有通過可靠、實時的列車網絡技術才能達到要求。</p><p>　　目前采用TCN方案的國家有德國、法國、英國、瑞士、瑞典、挪威、芬蘭、丹麥、印度、澳大利亞、菲律賓、美國、巴西等，包括高速列車、擺式列車、城市軌道車輛。我國列車網絡技術采用的形式繁多，但TCN技術應用的比重很大，并且采用TCN標準已經成為趨勢，如和諧號動車組CRH1、CRH3、CRH5和CRH380A等車型，各大城市的地鐵（如上海軌

51、道交通1、2、4、9、11號線，北京地鐵15號線、房山線、昌平線、亦莊線，廣州地鐵2、3、8號線等）均廣泛采用。</p><p>　　1.3.3 TCN列車網絡的研究推廣及發(fā)展趨勢</p><p>　　自從TCN國際標準推出以后，得到了越來越廣泛的應用。究其原因，離不開TCN網絡自身的實時、可靠、安全、開放的優(yōu)點，能很好地滿足列車通信需求。當然，更離不開Siemens、Bombardier

52、等大公司不遺余力的研發(fā)和推廣，使得支持和應用TCN產品的公司和國家在十幾年間有了很大的增長。在TCN標準采納以后，世界范圍內很多研究單位積極地設計了相應的電路、仿真軟件和驗證工具，極大地推進了TCN技術的發(fā)展。</p><p>　　從TCN標準推出到今天，已經十余年了，期間各方面科學技術飛速發(fā)展?？梢哉f，盡管TCN標準的推出為解決列車以及車載控制設備之間的相互聯掛的問題貢獻巨大，但總體看來，TCN網絡技術中的核心

53、部分仍基本由若干家大公司所壟斷，技術門檻較高也限制了它更大范圍的應用。TCN并沒有完全滿足列車在所有場合的控制需要，在技術與日俱新的今天，它需要新的發(fā)展。</p><p>　　列車網絡技術已經成熟，也是當代軌道車輛必然采用的核心技術之一。隨著通信網絡技術的應用范圍不斷擴大，用戶對網絡的開放性、性價比、開發(fā)和應用的多樣性及靈活性等方面都提出了更高的要求。由于TCN網絡自身也難免存在一些不足，所以不可能完全取代其他形

54、式的控制網絡，完全滿足鐵路用戶的所有應用需求。因此，在將來，列車網絡技術不可能是TCN的天下，必然是多種網絡技術的融合。列車控制網絡技術的發(fā)展趨勢可能會是以TCN為主，在軌道車輛的高速動車組、地鐵車輛等高端市場應用；其他各種形式的總線形式作為列車網絡的重要補充，在各種適用的場合找到應用的空間。這些通用網絡技術在今后一段時間內將和原有TCN網絡共同發(fā)展，取長補短并相互融合，形成有機的整體。</p><p>　　另外

55、，隨著列車通信要求的不斷提高，TCN自身方面的改進是必要的。如在可靠性方面，目前對列車通信網絡的可靠性進行量化的評估在國內外還是鮮見的，對于可靠性要求高的列車網絡，全面引入可靠性工程的分析、評價、設計及驗證的方法是必要的；在安全性方面，近些年提出了功能安全通信的理念，并在2007年推出了《IEC617843用于工業(yè)網絡功能安全通信行規(guī)》國際標準，隨后很多種用于工業(yè)控制的總線標準也應用該標準，對自身的協議加以完善，添加了功能安全通信層來保

56、證通信網絡的功能完整性等級。那么，列車通信網絡對安全性如此強調的總線形式，是否要執(zhí)行功能安全標準，是非常值得考慮的問題。隨著列車服務質量水平和乘客需求的不斷提高，列車信息化服務的要求也越來越高，TCN在此方面顯然是不能滿足的。因此，為乘客提供優(yōu)質的信息娛樂服務，包括移動電視、移動網絡等，也必將是TCN未來的方向。</p><p>　　1.4列車網絡控制系統(tǒng)功能與特點</p><p>　　列

57、車通信網絡是用于列車這一流動性大、環(huán)境惡劣、可靠性要求高、實時性高、與控制系統(tǒng)緊密相關的特殊環(huán)境的計算機局域網絡，它屬于控制網絡的范疇。</p><p>　　列車網絡控制系統(tǒng)是列車的核心部件。它包括以實現各種功能控制為目標的單元控制機、實現車輛控制的車輛控制機和實現信息交換的通信網絡。</p><p>　　其功能主要包括以下方面：</p><p>　　1.實現牽引控

58、制，即牽引性曲線的實現牽引功能的優(yōu)化。</p><p>　　2.實現列車牽引的黏著控制，使列車在各種運行條件下，都能保持輪軌間的牽引力，并盡可能地使機車運用在輪軌間的牽引力實現最大化。</p><p>　　3.實現列車運用過程中各種可能需要的功能關聯和電路連接，即邏輯控制功能。</p><p>　　4.實現列車運行過程中的故障信息處理，即進行故障信息的采集、處理、傳

59、輸、顯示和記錄，并為列車乘務員提供故障的現場處理和排除的信息提示。</p><p>　　5.提供列車運行的狀態(tài)信息。</p><p>　　網絡控制適用于大范圍區(qū)域的控制，系統(tǒng)包含大量的相互交換信號信息的設備。網絡控制系統(tǒng)的特征是通過一系列的通信信道構成一個或多個控制閉環(huán)，同時具備信號處理、優(yōu)化決策和控制操作的功能，控制器可以分散在網絡中的不同地點。與傳統(tǒng)的點對點控制系統(tǒng)相比，網絡控制系統(tǒng)具

60、備共享信息資源、遠程監(jiān)與控制，減少系統(tǒng)布線、易于擴展和維護、增加了系統(tǒng)的靈活性和可靠性等特點。</p><p>　　1.5 列車網絡控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)機車微機控制系統(tǒng)的區(qū)別</p><p>　　傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用一對一的設備連線，按控制回路的信號傳遞需要連線。位于現場的測量變送器與位于控制室的控制器之間，控制器與位于現場的執(zhí)行器、開關、電動機之間均為一對一的物理連接。網絡化控制系統(tǒng)則借助網絡在傳

61、感器、控制器、執(zhí)行器個單元之間傳遞信息，通過網絡連接形成控制系統(tǒng)。網絡控制系統(tǒng)中，網絡化連接方式簡化了控制系統(tǒng)各部分之間的連接關系，為系統(tǒng)設計，安裝，維護帶來了很多方便。</p><p>　　第2章 列車網絡通信標準</p><p><b>　　2.1 現場總線</b></p><p>　　現場總線原本是指現場設備之間的信號傳輸線，后又被定義為

62、應用在生產現場，在測量控制設備之間實現雙向串行多借點數字通信技術?，F場總線為工業(yè)控制系統(tǒng)而生，因為其開放、實時性強等特點，在列車通信網絡中也得到了很好的應用。</p><p>　　現場總線測量控制設備作為網絡節(jié)點，以雙絞線等傳輸介質為紐帶，把位于生產現場、具備了數字計算和數字通信能力的測量控制設備連接成網絡系統(tǒng)，按公開、規(guī)范的通信協議，在多個測量控制設備之間、現場設備與運程監(jiān)控計算機之間，實現數據傳輸與信息交換，

63、形成適應各種應用需要的自動控制系統(tǒng)。網絡把眾多分散的計算機連接在一起，使計算機的功能發(fā)生了神奇的變化，把人類引入到了信息時代?，F場總線給自動化領域帶來的變化，正如計算機網絡給單臺計算機帶來的變化。它使自控設備連接為控制網絡，并與計算機網絡溝通連接，使控制網絡成為信息網絡的重要組成部分。</p><p>　　現場總線系統(tǒng)既是一個開放的數據通信系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)，又是一個可以由現場設備實現完整控制功能的全分布控制系統(tǒng)。它

64、作為現場設備之間信息溝通交換的聯系紐帶，把掛接在總線上、作為網絡節(jié)點的設備連接為能實現各種測量控制功能的自動化系統(tǒng)，實現如PID控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化功能。這是一項以數字通信、計算機網絡、自動控制為主要內容的綜合技術。</p><p>　　2.1.1 基于現場總線的數據通信系統(tǒng)</p><p>　　備接收設備、作為傳輸介質的現場總線基于現場

65、總線的數據通信系統(tǒng)由數據的發(fā)送設、傳輸報文、通信協議等幾部分組成。溫度變送器要將生產現場運行的溫度測量值傳輸到監(jiān)控計算機。這里傳輸的報文內容為溫度測量值，現場溫度變送傳輸介質接收設備，數據通信系統(tǒng)示例器為發(fā)送設備，計算機為接收設備，現場總線為傳輸介質，通信協議則是事先以軟件形式存在于計算機溫度變送器內的一組程序。因此這里的數據通信系統(tǒng)實際上是一個以總線為連接紐帶的硬軟件結合體。</p><p>　　在基于現場總線

66、的數據通信系統(tǒng)中，所傳輸的數據是與生產過程密切相關的數值、狀態(tài)、指令等。如用數字1表示管道中閥門的開啟，用數字。表示閥門的關閉;用數字1表廳生產過程處于報警狀態(tài)，數字0表示生產過程處于正常狀態(tài)。表示溫度、壓力、流量、液位等的數值、控制系統(tǒng)的給定值、PID參數等都是典型的報文數據。傳統(tǒng)的測量控制系統(tǒng)，從輸人設備到控制器，從控制器到輸出備，均采用設備間一對一的連線，即點到點布線，通過電壓、電流等模擬信號傳送參數?，F場總線系統(tǒng)則采用串行數據通

67、信方式實現眾多節(jié)點的數據通信，不必在每對通信節(jié)點間建立直達線路，而是采用網絡的連接形式構建數據通道。串行數據通信最大的優(yōu)點是經濟。兩根導線上掛接多個傳感器、執(zhí)行器，具有安裝簡單、通信方便的優(yōu)點。這兩根實現串行數據通信的導線就稱為總線。采用總線式串行通信為提供更為豐富的控制信息內容創(chuàng)造了條件?？偩€上除了傳輸測量控制的狀態(tài)與數值信息外，還可提供模擬儀表接線所不能提供的參數調整、故障診斷、閥門開關的動作次數等信息，便于操作管理人員更好、更深入

68、地了解生產現場和自控設備的運行狀態(tài)。</p><p>　　2.1.2 現場總線的特點</p><p>　　傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)在設備之間采用一對一的連線，測量變送器、控制器、執(zhí)行器、開關、電動機之間均為一對一物理連接。而在現場總線系統(tǒng)中，各現場設備分別作為總線上的一個網絡節(jié)點，設備之間采用網絡式連接是現場總線系統(tǒng)在結構仁最顯著的特征之一。在兩根普通導線制成的雙絞線上，掛接著幾個、卜幾個白控設備

69、?？偩€在傳輸多個設備的多種信號，如運行參數值、設備狀態(tài)、故障、調整與維護信息等的同時，還可為總線上的設備提供直流工作電源。現場總線系統(tǒng)不再需要傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)中的模擬/數字、數字/模擬轉換條件。這樣就為簡化系統(tǒng)結構、節(jié)約硬件設備、節(jié)約連接電纜、節(jié)省各種安裝、維護費用創(chuàng)造了條件。</p><p>　　在現場總線系統(tǒng)中，由于設備增強了數字計算能力，有條件將各種控制計算功能模塊、輸人/輸出功能模塊置人到現場設備之中。借助

70、現場設備所具備的通信能力，直接在現場完成測量變送儀表與閥門等執(zhí)行機構之間的信號傳送，實現了徹底分散在現場的全分布式控制。</p><p>　　現場總線是控制系統(tǒng)運行的動脈、通信的樞紐，因而應關注系統(tǒng)的開放性、互可操作性、通信的實時性，以及對環(huán)境的適應性等問題。</p><p><b>　　1)全數字通信。</b></p><p>　　這使得系統(tǒng)

71、能夠實現信號的檢錯、糾錯機制，從而顯著提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和傳輸精度。同時，可進行多參數傳輸，比如，現場設備的測量、控制信息以及其他非控制信息如設備類型、型號、廠商信息、量程、設備運行狀態(tài)等都可以通過一對導線傳輸到現場總線網絡上的任何智能設備，從而消除了模擬信號的傳輸瓶頸。</p><p><b>　　2)系統(tǒng)的開放性。</b></p><p>　　系統(tǒng)的開放性體現

72、在通信協議公開，不同制造商提供的設備之間可實現網絡互聯與信息交換。這里的開放是指對相關規(guī)范的一致與公開，強調對標準的共識與遵從。一個開放系統(tǒng)，是指它可以與世界上任一制造商提供的、遵守相同標準的其他設備或系統(tǒng)相互連通。用戶可按自己的需要和考慮，把來自不同供應商的產品組成適合自己控制應用需要的系統(tǒng)?，F場總線系統(tǒng)應該成為自動化領域的開放互聯系統(tǒng)。</p><p><b>　　3)互可操作性。</b>

73、;</p><p>　　這里的互可操作性，是指網絡中互連的設備之間除了能實現信息互訪外，還能理解信息的含義，并能根據信息要求進行操作。如A設備可以接收B設備的數據，也可以控制C設備的動作與所處狀態(tài)。這就意味著，某廠家生產的設備能夠對另一個廠家的設備進行控制和操作，也即不同廠家的相同類型的設備可以互相替換，而且還可統(tǒng)一組態(tài)，無需專用的驅動程序。這就解決了設備的壟斷性和產品故障處理的時效性，為系統(tǒng)集成的白爭降操供了產

74、品保障。用戶從而可選擇性價比更高的產品。</p><p>　　4)通信的實時性與確定性。</p><p>　　現場總線系統(tǒng)的基本任務是實現測量控制。而有些測控任各早有嚴格的時序和實時性要求的。達不到實時性要求或因時間同步等問題影響了網絡節(jié)點間的動作時序，有時會造成災難性的后果。這就要求現場總線系統(tǒng)能提供相應的通信機制，提供時間發(fā)布與時間管理功能，滿足控制系統(tǒng)的實時性要求。通信模式、網絡管理

75、與調度方式等都會影響到通信的實時性、有效性與確定性。</p><p>　　5)現場設備的智能與功能自治性。</p><p>　　這里的智能主要體現在現場設備的數字計算與數字通信能力上。而功能自治性則是指將傳感測量、補償計算、工程量處理、控制計算等功能塊分散嵌人到現場設備中，借助位于現場的設備即可完成自動控制的基本功能，構成全分布式控制系統(tǒng)，并具備隨時診斷設備工作狀態(tài)的能力。</p&g

76、t;<p>　　6)對現場環(huán)境的適應性。</p><p>　　現場總線系統(tǒng)工作在生產現場，應具有對現場環(huán)境的適應性。工作在不同環(huán)境下的現場總線系統(tǒng)，對其環(huán)境適應性有不同要求。在不同的高溫、嚴寒、粉塵環(huán)境下能保持正常工作狀態(tài)，具備抗振動、抗電磁干擾的能力。在易燃易爆環(huán)境下能保證本質安全，有能力支持總線供電等。這是現場總線控制網絡區(qū)別于普通計算機網絡的重要方面。采用防雨、防潮、防電磁干擾的殼體封裝，選用

77、工作溫度范圍更寬的電子器件，以及采用屏蔽電纜或光纜作為傳輸介質，實現總線供電，滿足本質安全防爆要求等都是現場總線系統(tǒng)所采取的提高環(huán)境適應性的措施。</p><p>　　2.1.3 現場總線系統(tǒng)的優(yōu)勢和劣勢</p><p>　　由于現場總線的以上特點，使得控制系統(tǒng)的設計、安裝、投運和檢修維護，都體現出優(yōu)越性。</p><p>　　1)節(jié)省硬件數量與投資。</p&

78、gt;<p>　　現場總線系統(tǒng)中，由于智能現場設備能直接執(zhí)行多參數測量、控制、報警、累計計算等多種功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的調節(jié)器、計算單元等，不再需要D('S系統(tǒng)的信號調整、轉換等功能單元，從而也省去了它們之間的復雜接線，節(jié)省了一大筆硬件投資，減少了控制室的占地面積。</p><p><b>　　2)節(jié)省安裝費用。</b></p>&l

79、t;p>　　現場總線系統(tǒng)在一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設備，因而系統(tǒng)的連線非常簡單。與傳統(tǒng)連接方式相比，所需電纜、端子、槽盒、機架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，這樣既節(jié)省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。據有關典型試驗工程的測算資料，可節(jié)約安裝費用60%以上。</p><p><b>　　3)節(jié)

80、省維護開銷。</b></p><p>　　由于現場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數字通信將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護停工時間。同時由于系統(tǒng)結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。、</p><p>　　4)用戶具有系統(tǒng)集成主動權。</p><p>　　用

81、戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統(tǒng)不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協議、接口而一籌莫展。使系統(tǒng)集成過程中的主動權牢牢掌握在用戶手中。</p><p>　　5)提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。</p><p>　　由于現場總線設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，從根本上提高了測量與控制的精準度，減小傳輸誤差。同時，由于系統(tǒng)的結構簡化，設備與連線減少，現場儀表內部功能加強，減少了信號的往返傳輸

82、，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于設備的標準化，功能模塊化，使系統(tǒng)具有設計簡單，易于重構等優(yōu)點。</p><p>　　現場總線系統(tǒng)中，由于網絡成為各組成部件之間的信息傳遞通道，網絡成為控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分之一。而網絡通信中數據包的傳輸延遲，通信系統(tǒng)的瞬間錯誤和數據包丟失，發(fā)送與到達次序的不一致等，都會破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性，使得控制系統(tǒng)的分析和綜合變得更復雜，使控制系統(tǒng)的性能受到負面影響。如何使

83、控制網絡滿足控制系統(tǒng)對通信實時性、確定性的要求，是現場總線系統(tǒng)在設計和運行中應該關注的重要問題。</p><p>　　現場總線與一般計算機通信的區(qū)別?，F場總線是用于現場儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種全數字化、雙向、多分支結構的計算機通信系統(tǒng)，計算機通信技術的發(fā)展會從各個方面影響現場總線的發(fā)展。但是，二者在基本功能、信號傳輸要求和網絡結構上均有所不同。</p><p><b>　　1)

84、基本功能。</b></p><p>　　計算機通信的基本功能:可靠地傳遞信息。現場總線的功能則是包括了更多的內容:①高效、低成本地實現儀表及自控設備間的全數字化通信，以體現其經濟性;②解決現場裝置的總線供電問題，實現現場總線的本質安全規(guī)范，以體現其安全性;③解決現場總線的環(huán)境適應性問題，如電磁干擾、環(huán)境溫度、適度、震動等因素，以體現其可靠性;④現場儀表及現場控制裝置要盡可能地就地處理信息，不要將信息過

85、多地在網絡上往返傳遞，以體現現場總線技術發(fā)展趨勢—信息處理現場化。</p><p><b>　　2)信號傳輸要求。</b></p><p>　　二者在速度要求上是一致的，但現場總線不僅要求傳輸速度快，還要求響應快，即需要滿足控制系統(tǒng)的實時性要求。一般通信系統(tǒng)也會有實時性的要求，但這是一種“軟”的要求，即只要大部分時間滿足要求就行了。過程控制對實時性的要求是“硬”的，因

86、為它往往涉及安全，必須在任何時間都及時響應，不允許有不確定性。</p><p>　　現場總線的實時性主要體現在響應時間和循環(huán)周期兩個方面。響應時間是指系統(tǒng)發(fā)生特殊請求或發(fā)生突發(fā)事件時，儀表將信息傳輸到主控設備或其他現場儀表所需的時間。這往往需要涉及:現場設備的中斷和處理能力，傳輸時間，優(yōu)先級控制等多種因素。過程控制系統(tǒng)通常并不要求這個時間達到最短，但它要求最大值是預先可知的，過程控制系統(tǒng)通常需要周期性地與現場控制

87、設備進行信息交流。循環(huán)周期是指系統(tǒng)與所有現場控制設備都至少完成一次通信所需的時間。這個時間往往具有一定的隨機性，過程控制系統(tǒng)同樣希望其最大值是可預知的。</p><p>　　2.2 TCN列車通信網絡</p><p>　　網絡技術作為現代列車的關鍵技術，在世界范圍內得到了越來越廣泛的應用。但由于鐵路運輸在世界上不同地區(qū)和國家的特點和競爭程度不同，不同的國家或地區(qū)的列車控制網絡技術采用了不同

88、的技術開發(fā)路線和模式。歐洲的鐵路運輸市場競爭較為充分，用戶對機車車輛及其控制技術的要求也較高。同時由于歐盟的形成，客觀上對列車及其控制系統(tǒng)的互通、互聯提出了更高的要求。各大列車電氣部件供應商都推出了基于網絡的控制系統(tǒng)，例如，瑞士ABB公司的MICAS一S2系統(tǒng)，瑞典ADtranz公司(現已被Bombardier公司收購)的MITRAC列車網絡控制系統(tǒng)、法國Alstom公司基于Wor1dFIP總線的AUATE控制系統(tǒng)等。如圖4一4所示，M

89、ICAS一S2系統(tǒng)將網絡分成列車總線和車廂總線，列車總線采用FSK(頻移鍵控)，波特率為19. 2kb/s，車廂總線MVB(多功能車廂總線)采用RS一485串行通信標準，局部總線采用雙絞線，遠程總線采用光纜，波特率為1.5Mb/so MITRAC則是在MICAS一S2的基礎上發(fā)展起來的分布式列車控制網絡。</p><p>　　因為這些列車通信網絡技術大都遵循各大電氣設備供應商的企業(yè)標準或是不同國家的國家標準，基于

90、不同網絡技術的車載設備往往不能兼容，不同來源的鐵道機車車輛也不能夠相互連掛，為此，IEC開始了列車通信網絡的標準化之路。1988年，國際電工委員會(IEC)第9技術委員會(TC9 )，委托由來自20多個國家(包括中國、歐洲國家、日本和美國，他們代表了世界范圍的主要鐵路運用部門和制造廠家)以及國際鐵路聯盟(UIO的代表組成的第22工作組WG22，共同為鐵路設備的數據通信制定一項標準，使得各種鐵道機車車輛能夠相互連掛，車上的可編程電子設備可

91、以互換。1999年6月，經過長達11年的工作后，IEC, TC9,WG22在ABB公司的MICAS基礎上，以及西門子的DIN43322和意大利的CD450等運行經驗的基礎上制定的列車通信網絡標準(Train Communication Network, TCN)—IEC61375正式成為國際標準。同年，國際電氣電子委員會(Institute of Electrical and Electron-ics Engineers, IEEE

92、)也制訂出了車載通信協議標準IE</p><p>　　2.2.1 列車通信網絡的基本結構</p><p>　　列車通信網絡的基本結構是兩條總線組成的三層結構。</p><p>　　1)絞線式列車總線(WTB) ,連接列車各車廂，可自動配置，在雙紋線上傳輸的速率可以達到1Mb/s。</p><p>　　2)多功能車廂總線(MVB) ,連接車廂內

93、部設備，能加快響應速度，通過雙絞線或光纖可以達到1. 5Mb/s的速率。</p><p><b>　　3)設備級控制網。</b></p><p>　　2.2.2 TCN協議與OSI的一致性比較</p><p>　　TCN的結構遵循ISO/OSI模型。TCN體系已經考慮了ISO的許多標準，但是，基十下述考慮.TCN也有一些區(qū)別和簡化: </

94、p><p>　　1) OSI模型是針對互相連接的復雜網絡的總體樞架設計的，它支持的應用范圍很廣(如辦公自動化、制造工廠、聯合網絡)。而列車通信網絡則為特定應用，其與外部世界的通信僅通過網關，許多OSI的服務在TCN中是多余的。</p><p>　　2) TCN標準強調整體兼容性，不同來源的設備可以安裝插件兼容，可選項的數量保持到最少。</p><p>　　3) TCN是

95、實時工作的，雖然國際標準如法國UTEC 46-602 (FIP)區(qū)分子實時變量服務及非緊迫的消息傳送。但IS()標準中未考慮傳輸距離短，但頻繁、時限緊迫的數據，因而TCN對在IS(〕工作中未涉及的服務做了定義，如過程數據的源尋址廣播。</p><p>　　4) 由OSI報頭引起的總開銷是巨大的，這個總開銷對高速網絡(lOMb/s)是可以承受的，但WTB的帶寬僅1Mb/s，而MVB的幀長度僅256位，因而需要對數

96、據譯碼和協議進行優(yōu)化。</p><p>　　5) 符合OSI模型的軟件太復雜，不能與在列車通信網絡上連接的大量小設備的目標相兼容，所以在TCN中對幾個OSI層進行了簡化。</p><p>　　6) TCN通信由于引人了部件相互之間的約定而大大簡化。例如，當所有設備都按約定使用相同的格式，在表示層就不必進行數據格式的協商。 </p><p>　　列車通信網絡即列車控制

97、、診斷信息數據通信網絡。他是一種面向控制、連接車載設備的數據通信系統(tǒng)，是分布式列車控制系統(tǒng)的核心，其將列車微機控制系統(tǒng)的各個層次、各個單元之間連接起來，作為系統(tǒng)信息交換和共享的渠道，從而實現全列車環(huán)境下的信息交換。</p><p>　　它包含兩級：連接各車輛的列車總線和連接一節(jié)車廂內或車輛組各設備的車輛總線。一節(jié)車輛可以有一條或幾條車輛總線，也可以沒有，車輛總線可以跨越幾節(jié)車輛。</p><p

98、>　　絞線式列車總線（WTB）是通過手插式跨接電纜或自動連接器來實現車輛之間的互聯。WTB使用12線UIC電纜在加上一條能以1Mbit/s傳送數據的專用屏蔽線。電纜的布置采用冗余原則，裝車電纜每一側各有一根電纜。WTB無需中繼器傳送距離可到到860米。WTB是顯著的特色，是它的以連續(xù)順序給節(jié)點自動編號和讓所有的節(jié)點識別何處是列車的左側和右側的能力。每當列車組成改變時，列車總線各節(jié)點執(zhí)行初運行，處運行后所有車輛均獲得列車的結構信息，

99、包括以下幾點：</p><p>　?、傧鄬τ谥鞴?jié)點，它們各自的地址、方向（左/右）和位置（前/后）。</p><p>　　②列車中其它車輛的數量和位置。</p><p>　　③其它車輛的型號和種類及支持功能。</p><p>　?、芨鬈囕v的動力學性能，該信息可以幫助制動計算機推送列車長長度和位置。為實現處運行，每個節(jié)點包含兩個HDLC通道，每

100、個通道對應一個方向。</p><p>　　多功能車輛總線（MVB）是作為連接車輛內設備，以及在固定編組的列車組中連接各車輛間設備的車輛總線。MVB可以通過3個介質工作至1.5Mbit/s。</p><p>　?、俣叹嚯x用RS485。</p><p>　?、诰嚯x達200M的變壓器耦合的雙絞線。</p><p>　?、劬嚯x達2000M的光纖。&l

101、t;/p><p>　　不同的介質可以直接通過中繼器互相連接。MVB由一個專用的主節(jié)點控制，它可以被冗余的主節(jié)點支持以增加可靠性。MVB由一個集成的總線執(zhí)行控制器支持，該控制器在物理層提供冗余，一個設備在兩個互為冗余的線路上發(fā)送，但僅從一條線路上接收，同時監(jiān)視另一條線路。</p><p><b>　　2.3 工業(yè)以太網</b></p><p>　　由

102、于Ethernet技術和應用的發(fā)展，使其從辦公自動化走向工業(yè)自動化口所謂工業(yè)以太網，一般來講是指技術上與商用以太網(即IEEE 802. 3標準)兼容，但在產品設計時，在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業(yè)現場的需要。</p><p>　　隨著互聯網技術的發(fā)展與普及推廣，Etherenet技術也得到了迅速的發(fā)展，Etherenet傳輸速率的提高和Ethe

103、renet交換技術的發(fā)展，給解決Etherenet通信的非確定性問題帶來了希望，并使Etherenet全面應用于工業(yè)控制領域成為可能。目前工業(yè)以太網技術的發(fā)展體現在以下幾個方面。 </p><p>　　2.3.1通信確定性與實時性</p><p>　　工業(yè)控制網絡不同于普通數據網絡的最大特點在于它必須滿足控制作用對實時性的要求，即信號傳輸足夠的快和滿足信號的確定性。實時控制往往要求對某些變

104、量的數據準確定時刷新。由于Etherenet采用csMn/cD碰撞檢測方式，網絡負荷較大時，網絡傳輸的不確定性不能滿足工業(yè)控制的實時要求，因此傳統(tǒng)以太網技術難以滿足控制系統(tǒng)要求準確定時通信的實時性要求，一直被視為非確定性的網絡。</p><p>　　然而，快速以太網與交換式以太網技術的發(fā)展，給解決以太網的非確定性問題帶來了新的契機，使這一應用成為可能。首先，Etherenet的通信速率從lOMb/s, 100M

105、b/s增大到如今的1000Mb/s, lOGb/s，在數據吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網絡負荷的減輕和網絡傳輸延時的減小，即網絡碰撞幾率大大下降。其次，采用星形網絡拓撲結構，交換機將網絡劃分為若干個網段。Eherenet交換機由于具有數據存儲、轉發(fā)的功能，使各端口之間輸人和輸出的數據幀能夠得到緩沖，的數據進行過濾，不再發(fā)生碰撞;同時交換機還可對網絡上傳輸的數據進行過濾，使每個網絡節(jié)點間數據的傳輸只現在本地網段內進行，而不需經

106、過主干網，也不占用其他網段的寬帶，從而降低了所有網段和主干網的網絡負荷。再次，全雙工通信又使得端口間兩隊雙絞線上分別同時接收和發(fā)送報文幀，也不會發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線器和全雙工通信，可使得網絡上的沖突域不復存在或碰撞幾率大大降低，因此使Eheerenet通信確定性和實時性大大的提高。</p><p>　　2.3.2 穩(wěn)定性與可靠性</p><p>　　Eherenet進入工業(yè)控制領

107、域的另一個主要問題是，它所用的接插件、集線器、交換機和電纜等均是為商用領域設計的，而未針對較惡劣的工業(yè)現場環(huán)境來設計，故商用網絡產品不能應用在有較高可靠性要求的惡劣工業(yè)現場環(huán)境中。 </p><p>　　隨著網絡技術的發(fā)展，上述問題正在迅速得到解決。為了解決在不間斷的工業(yè)應用領域，在極端條件下網絡也能穩(wěn)定工作的問題，美國Synergetic微系統(tǒng)公司和德國Hirschmann, Jet-terflG等公司專門開發(fā)