动车的车载数据通信网络方案

　　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。

　　3　列车TCN网络通信及重联控制

　　通信采用TCN网络，取消了以往动车组头尾2辆动车之间的所有硬连线。为了提高可靠性，采用双通道热备冗余控制方案，即采用2路WTB总线同时传递数据，当一路发生故障时，由软件自动完成转换。

　　3.1　TCN网络的组成

　　3.1.1　组成

　　该列车通讯网络完全符合TCN标准。网络上设有2个WTB节点，头尾2辆动车上各1个。列车总线WTB和多功能车辆总线MVB通过网关连接。

　　车厢总线MVB上附挂有模拟量输入/输出单元、数字量输入/输出单元、车辆控制单元、智能显示单元和无线通讯单元，这些单元通过MVB总线连接起来，传递相应的数据信息。

　　3.1.2　车辆控制单元与网络的数据通信方式

　　主CPU与网络通过UART仿真技术交换数据。

　　主CPU采用查询方式定时从输入缓冲区中读取2个网络节点的信息，并进行校验。当校验正确时，返回正确标志，将数据提供给本车使用；反之，若校验出错，则返回错误标志，将所收到的数据丢弃。当主微机的数据需要更新时，主CPU向输出缓冲区写数据供他车使用。正常情况下，2个网络节点是同时工作的，并通过2根WTB总线实现冗余。当主CPU检测到一路通信故障时，由网关中的软件识别并自动转换到另一路，并在显示器上提示该路网络通信故障。

　　3.1.3　网关的配置

　　在该动车组的列车控制与通信网络系统中，采用捷克Unicontrols公司生产的网关。该网关在购买时带有底层软件，在应用层面上只需根据需要对网关进行相应配置即可（包括动车组的组成、车厢的类型、车厢内的设备、通信存储器及端口的配置等）。

　　3.2　TCN列车通信网络的功能

　　3.2.1　列车重联控制功能

　　头车将司机控制指令及动车状态信号传送给尾车，可实现尾车无人驾驶。尾车检测动车状态信号传送给头车，以便司机了解他车运行情况，确保列车工况一致。

　　3.2.2　头尾2辆车监控数据通信功能

　　头尾2辆车实时检测动车及柴油机的速度、档位、方向、温度、压力等信号，通过网络传递给智能显示单元显示，以便司机及时了解列车的运行信息，确保列车正常运行。

　　3.3　动车组重联控制逻辑

　　3.3.1　操纵端控制

　　为了防止控制逻辑错误，首先必须确定操纵端。

　　在该网络中，通过司机钥匙来确定操纵端。司机钥匙在"ON"位置的动车为操纵端，另一动车为尾车。若两动车同时设置为操纵端，则显示"操纵端设置错误"，两车控制均处于无效状态。

　　3.3.2　工况控制

　　头车完成本车的所有控制功能，实时检测工况、方向、司机控制器手柄等信号，并将相应的控制指令通过TCN网络传给尾车，同时将尾车的状态通过指示灯显示在司机台上。尾车接受头车指令，控制尾车相应的继电器动作，检测动作正确后，完成动车相应档位加减载控制，否则不加载并提示尾车工况错误。

　　4　智能显示单元

　　4.1　智能显示单元的组成及软件

　　智能显示单元主要用于显示连接到列车总线上的各子系统的状态、列车基本运行数据、列车状态信息和故障诊断信息。智能显示单元由彩色液晶触摸屏、PC104嵌入式模块、网络接口卡、显示卡等组成，司机通过触摸屏，可了解动车运行情况和查询故障信息。

　　智能显示单元的应用软件采用北京昆仑通态公司的MCGS全中文工业自动化控制组态软件编写。软件编写时通过对MVB逻辑端口进行配置，并将MVB逻辑端口和MCGS软件中的数据变量连接起来，通过编写脚本程序进行不同量纲间的转换和实现过程数据显示功能。软件在PC机上调试通过后，下载到智能显示单元的CF卡上，然后在智能显示单元的Win2dowsCE操作系统下运行。

　　4.2　智能显示单元的主要功能

　　该智能显示单元为司机及维护人员提供了良好的人机接口。具体功能如下：

　　（1）实时显示动车运行参数，如动车组运行速度、柴油机转速、温度、压力、工况等；

　　（2）以不同颜色的指示灯显示动车的故障信息，如柴油机超速、动车组超速、柴油机滑油压力低、柴油机水温高等，并进行相应故障处理，如报警、降功、卸载等；

　　（3）日历、时间显示及校正；

　　（4）查询动车故障；

　　（5）完成动车轮径值修改。

　　5　结语

　　从内燃动车组TCN网络控制系统运行情况看，该系统工作可靠，能满足内燃动车组控制要求。但由于该控制系统的车辆控制单元采用C8051F040微处理器，其运算速度有限，存储空间较小，不能存储历史故障数据。随着计算机技术、嵌入式系统的发展，采用带有嵌入式系统的车辆控制单元并采用图形化编程软件，使所开发的TCN网络达到国外同类产品的水平，从而开发出具有自主知识产权的列车控制与通信网络产品，是将来研究中要解决的主要问题。