動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及其技術(shù)分析

袁文輝

摘 要：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對于動車組有著重要作用，可以說其是動車組的中樞，主要作用是實現(xiàn)各附屬系統(tǒng)之間的信息交互，具有通信、控制和診斷等多方面的功能，對于保證動車組高效運行具有重要意義，本文對動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并且探討了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：動車組;網(wǎng)絡(luò)控制;技術(shù)分析

動車組的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（TCMS）是一個通過計算機網(wǎng)絡(luò)來對列車進(jìn)行監(jiān)管控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用貫穿列車的總線來實現(xiàn)信息的傳輸，然后實現(xiàn)對列車運行狀態(tài)和車載設(shè)備運行情況的實時監(jiān)控，該系統(tǒng)具有車輛邏輯控制、狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷等到方面的功能，利用這些功能，可以更好的保證列車運行的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)車輛出現(xiàn)設(shè)備故障時，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)還能夠為司機以及乘務(wù)人員指導(dǎo)，并且對相關(guān)記錄進(jìn)行記錄和分析，為設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、乘客服務(wù)等工作提供支持。

1 動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的精密性有比較高的要求，這使其結(jié)構(gòu)具有層層要求嚴(yán)格和復(fù)雜的特點，該系統(tǒng)主要包括車輛控制單元、各網(wǎng)關(guān)接口節(jié)點、輸入輸出模式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等幾部分，下面對這幾部分進(jìn)行介紹：

1.1 車輛控制單元

車輛控制單元的功能是對整個動車組各個附屬系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且完成數(shù)據(jù)的收集和整理等工作。車輛控制單元通過動車組的主線和各附屬單元之間進(jìn)行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和通信，其能夠按照各附屬單元的實力情況或者實際運行狀態(tài)來進(jìn)行信息的傳遞，保證各個單元運行的穩(wěn)定性，其還能夠?qū)崟r追蹤各單元的實際運行狀態(tài)，并且利用車輛信號線來實現(xiàn)對各個單元的控制。

1.2 網(wǎng)關(guān)接口節(jié)點

列車通信網(wǎng)絡(luò)對動車組的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，其主要功能是連接動車組的各總線，從而實現(xiàn)信息的傳輸和通信;其可以實現(xiàn)對信息傳輸?shù)膶崟r把控，從而使信息可以穩(wěn)定、持久的傳播;此外，其還具有動車組總線任務(wù)分配的功能，可以保證任務(wù)均勻分配，通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管對于車輛總線而言，起到的是總指揮的作用，能夠?qū)ζ淙蝿?wù)進(jìn)行分配;對于列車總線而言，其則是一個可總可從的節(jié)點，既可以起到對各網(wǎng)線進(jìn)行支配的作用，也可以作為網(wǎng)關(guān)接口的節(jié)點使用。

1.3 遠(yuǎn)程輸入輸出模塊

動車組的輸入輸出模式采用的是遠(yuǎn)操控的模式，該模塊的作用包括各種數(shù)字量、模擬信號的采集，以及控制信號的輸出等，將這些變量根據(jù)通信協(xié)議與主處理單元進(jìn)行信息交互。在實際應(yīng)用中，基于不同動車的實際需求，該模塊可以進(jìn)行針對性的調(diào)整，從而滿足列車的實際需求。

1.4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管+以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于兩級總線式，分別是列車總線和多級車輛總線。此外，在列車還設(shè)置了以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。列車總線的功能是處理車輛總線單元之間的數(shù)據(jù)交互，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)配置。

2 動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是列車的信息中樞，列車上各主系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)之間的信息交互都由其控制，集中各系統(tǒng)的狀態(tài)，記錄事件信息。該系統(tǒng)具有通信、診斷。人機交互和遠(yuǎn)程控制等方面的功能，下面對這幾方面的功能進(jìn)行介紹：

2.1 通信功能

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有通信功能，該系統(tǒng)依靠列車總線以及車輛總線來實現(xiàn)這一通能，基于堅持IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的原則，應(yīng)道列車上的支線、總線和各個分單元和車輛控制單元之間進(jìn)行緊密的配合，引導(dǎo)單元內(nèi)各設(shè)備進(jìn)行交互，從而使列車內(nèi)部可以穩(wěn)定的通信，保障列車通信的穩(wěn)定性。此外，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)還設(shè)置有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠和地面之間實現(xiàn)無線通信，將列車實時信息傳遞給地面，地面人員接收到信息以后可以對列車進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.2 控制功能

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)控制功能，對列車系統(tǒng)進(jìn)行控制，其中最為重要的是實現(xiàn)對牽引系統(tǒng)的控制，通過通信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對牽引系統(tǒng)的實時監(jiān)測，當(dāng)牽引系統(tǒng)出現(xiàn)運行偏差以后，其能夠發(fā)送控制指令，對牽引設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，使其恢復(fù)正常狀態(tài)。此外，其還能夠?qū)χ苿酉到y(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實時監(jiān)測制動系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保證制動系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)。

2.3 診斷功能

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的處理，這使其具有智能化的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)動車組系統(tǒng)的檢測和診斷，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對比數(shù)據(jù)差異，可以迅速找出系統(tǒng)故障，當(dāng)其發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障以后，會發(fā)送警報給工作人員，通知工作人員對系統(tǒng)進(jìn)行檢測和維修，其會對收集到的信息進(jìn)行整理和記錄，為動車組的后期維護(hù)提供信息支持。

2.4 人機交互和遠(yuǎn)程控制功能

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具備人機交互功能，其設(shè)置有顯示器，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其能夠播報列車的實時信息，還可以在顯示器上顯示出來，司機通過顯示器就可以查看、訪問相關(guān)設(shè)備，后臺技術(shù)人員也可以調(diào)取數(shù)據(jù)信息，評估列車的運行狀態(tài)，根據(jù)調(diào)查結(jié)果和司機進(jìn)行交流溝通，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對動車組的遠(yuǎn)程控制。

3 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在列車中具有重要應(yīng)用，因此我國非常重視這方面的研究，下面對列車控制系統(tǒng)的發(fā)展方向進(jìn)行介紹：

3.1 多網(wǎng)融合技術(shù)

通過將多網(wǎng)融合技術(shù)應(yīng)用到列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，能夠使各總線之間相互通信，提高多網(wǎng)的兼容性，使其可以共同使用，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。當(dāng)前，在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，以太網(wǎng)和MVB、CAN和TCN等網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)多網(wǎng)融合通信，這是動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)未來發(fā)展的重要方向。

3.2 車輛冗余優(yōu)化設(shè)計

在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中冗余問題普遍存在，系統(tǒng)在硬件設(shè)備、功能和通信等領(lǐng)域都存在這一問題，這提高了系統(tǒng)的建設(shè)、運行和維護(hù)的成本，同時導(dǎo)致維護(hù)的難度比較高?；谶@一問題，對車輛冗余進(jìn)行優(yōu)化成為了重要的發(fā)展方式，通過對冗余進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以有效地降低設(shè)備安裝和維護(hù)的可靠性，提高列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和效率，降低成本，提高經(jīng)濟效益。在車輛冗余優(yōu)化設(shè)計方面，當(dāng)前主要集中在硬件顯示器、主機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫妗?/p>

3.3 無線通信新技術(shù)

在當(dāng)前的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括了信號、無線數(shù)字集群和乘客信息等很多的不同子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間相互獨立，各自占據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)資源，這種情況就導(dǎo)致各子系統(tǒng)間存在無線信號干擾的情況，這會對系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定性造成不利的影響，還會影響到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俾?，因此需要開發(fā)新的無線通信技術(shù)來解決這一問題。通過應(yīng)用新的無線通信技術(shù)，對各個獨立的無線通信傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合，避免其互相干擾的情況實現(xiàn)，使車載信息平臺和地面信息平臺實現(xiàn)融合。當(dāng)前，在無線通信新技術(shù)的研究方面，主要集中在提高通信系統(tǒng)的帶寬、抗干擾能力、適應(yīng)性和保證傳輸穩(wěn)定性等方面。列車通常需要大范圍高速運行，因此研究的無線通信技術(shù)還用滿足這種情況下的通信需求。

4 總結(jié)

動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對于保證動車組的高效運行具有重要作用，這是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到的方面也比較多，當(dāng)前是列車技術(shù)研究中的重點內(nèi)容，因此應(yīng)加強相關(guān)技術(shù)的研究，找出當(dāng)前技術(shù)中存在的不足，研究新的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，完善網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能。

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