淺析基于TCN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

艾子洋 尚磊

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高和嵌入式微機(jī)控制技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，現(xiàn)代地鐵列車的過程控制逐漸由傳統(tǒng)的直接數(shù)字控制系統(tǒng)向著分布式控制系統(tǒng)發(fā)展。本文通過對(duì)基于TCN地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析，從TCN層次結(jié)構(gòu)、TCN網(wǎng)絡(luò)組態(tài)以及TCN控制系統(tǒng)特征三個(gè)方面著手，對(duì)基于TCN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開深入研究，希望能為相關(guān)研究工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：TCN；地鐵列車；通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；分布式控制系統(tǒng)

一、基于TCN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概述

列車控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)以及故障診斷系統(tǒng)是當(dāng)前組成地鐵列車車載危機(jī)的主要技術(shù)手段，在保證地鐵列車穩(wěn)定運(yùn)行以及服務(wù)水平提升方面發(fā)揮著重要作用。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是地鐵列車故障診斷與運(yùn)行控制的核心部分，主要具有冗余功能、安全回路、故障診斷以及數(shù)據(jù)收集等一系列功能?；赥CN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的是TCN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是由列車總線WTB系統(tǒng)以及車輛總線MVB系統(tǒng)兩個(gè)部分共同組成，并且列車總線WTB與車輛總線MVB均為兩路冗余，同時(shí)分為4個(gè)MVB網(wǎng)段（即：對(duì)應(yīng)四個(gè)牽引單元），牽引單元之間主要是借助TCN網(wǎng)關(guān)的WTB總線實(shí)現(xiàn)連接。除此之外，在整個(gè)地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還涉及到列車中央控制單元CCU、列車牽引控制單元TCU、列車制動(dòng)控制單元BCU、列車輔助控制單元ACU等等，而列車人機(jī)接口HMI、分布式輸入輸出模塊以及緊湊式輸入輸出模塊等等，在地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要作用。

二、基于TCN地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（一）TCN層次結(jié)構(gòu)

列車控制與診斷信息數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱為列車通信網(wǎng)，即TCN（Train Communication Network），基于TCN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以將地鐵列車內(nèi)部整體微機(jī)控制系統(tǒng)中各個(gè)層級(jí)和各個(gè)單元進(jìn)行緊密聯(lián)系，并將其作為實(shí)現(xiàn)第地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中信息交換與共享的主要渠道。從某種程度上講，基于TCN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，促進(jìn)了列車整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息交換，地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在很大程度上使得地鐵列車控制系統(tǒng)向著分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展和優(yōu)化，同時(shí)為地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息化水平的提升奠定良好的基礎(chǔ)。

國內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷的背景下逐漸發(fā)展而來，車載網(wǎng)絡(luò)主要被分為兩級(jí)總線的層次結(jié)構(gòu)，也可以將其理解為用于連接列車內(nèi)部各個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)編組的絞線式列車總線WTB，另一種形式主要是用于連接不同車輛以及固定列車內(nèi)部編組車輛單元的多功能車輛總線，簡(jiǎn)稱為MVB。列車總線之間所涉及的列車總線節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中承擔(dān)著網(wǎng)關(guān)的作用，MVB網(wǎng)絡(luò)總線憑借自身較強(qiáng)的易用性特點(diǎn)以及較低的要求，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。

一般情況下，基于TCN的地鐵列車總線與車廂總線屬于兩個(gè)完全獨(dú)立的通信子網(wǎng)，這兩個(gè)獨(dú)立存在的通信子網(wǎng)可以采用不同的網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議，所以在地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立過程中，外來保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能性與可靠性，需要考慮到以下幾方面的內(nèi)容：第一，地鐵列車總線可以對(duì)列車總線中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行命名以及確定基本方位，這種情況下往往會(huì)涉及到復(fù)雜程度相對(duì)較高的硬件以及初始化過程，而然這些對(duì)于地鐵列車內(nèi)部相關(guān)設(shè)備固定的車廂總線而言無疑是多余的；第二，一般情況下，地鐵列車車廂總線網(wǎng)絡(luò)在定時(shí)方面的要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于列車總線對(duì)于定時(shí)的要求，地鐵列車車廂總線網(wǎng)絡(luò)中的響應(yīng)時(shí)間比列車總線網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)事件要快出10倍以上。

（二）TCN網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

在分析研究TCN網(wǎng)絡(luò)組態(tài)相關(guān)問題時(shí)，應(yīng)該從列車的三種構(gòu)成方式這一角度出發(fā)，關(guān)于列車構(gòu)成方式的定義具體如下：第一，開式列車。這種列車主要是由一組車輛構(gòu)成，同時(shí)開式列車的組成在列車的正常運(yùn)行過程中可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，典型的開式列車有國際鐵路聯(lián)盟列車（UIC）；第二，封閉式列車。這種類型的列車主要是由一組車輛構(gòu)成，但是在列車正常運(yùn)行過程中不支持組成變化，也是地鐵列車的基礎(chǔ)構(gòu)成方式；第三，多單元列車。主要是由多個(gè)封閉式列車單元共同構(gòu)成，在列車運(yùn)行過程中其單元數(shù)量可以改變。而TCN在地鐵列車中的組態(tài)可以呈現(xiàn)出多種形式。比如：在由多個(gè)封閉式列車組成的多元列車中，可以使用WIB作為基本的地鐵列車總線，如果使用其他方式組態(tài)，還可以用MVB總線進(jìn)行代替。

（三）TCN控制系統(tǒng)特征

基于TCN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)地鐵列車通信信息共享方面起到重要作用，同時(shí)在強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制功能方面也發(fā)揮著積極的作用，TCN控制系統(tǒng)在這一環(huán)節(jié)中的作用顯而易見。TCN控制系統(tǒng)的應(yīng)用特征主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，分布性特征。地鐵列車控制系統(tǒng)屬于集中控制系統(tǒng)中的一種，其自身具有的分布式特點(diǎn)還具有一定的共性特征。比如：軟件與硬件結(jié)構(gòu)上的模塊性、運(yùn)行方式上的自治性、系統(tǒng)功能方面的并行性以及系統(tǒng)構(gòu)成上的透明性等；第二，實(shí)時(shí)性特征。地鐵列車控制系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)性特征主要體現(xiàn)在在線實(shí)時(shí)響應(yīng)方面，同時(shí)系統(tǒng)還可以對(duì)處于運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。[1]

三、結(jié)語

綜上所述，基于TCN的地鐵列車通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)涉及到多個(gè)方面的內(nèi)容，借助多種總線技術(shù)將分布在地鐵列車各個(gè)位置且具有特定功能的計(jì)算機(jī)進(jìn)行緊密聯(lián)系，在實(shí)現(xiàn)通信資源共享、列車分散監(jiān)控、集中管理與操作以及協(xié)同工作等方面發(fā)揮著不可忽視的重要作用。基于TCN的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合，從而為地鐵列車的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳文翔.基于TCN的CRH3型高速列車控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)[D].浙江大學(xué)，2012.