2014 届毕业设计任务书列车网络控制系统分析及故障排除专业系 轨道交通系班 级 城轨车辆111班学生姓名 赵蒙 指导老师 陶艳 完成日期 2014届毕业设计任务书一、 课题名称：城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除二、 指导老师：陶燕三、 设计内容与要求：1、课题概述:随着电力电子技术的发展，电力牵引交流传动系统逐步替代了早期的直流牵引传动 系统，在轨道交通领域得到了广泛应用，成为铁路实现高速和重载运输的唯一选择和主 要发展方向而交流传动控制系统是交传机车和电动车组的核心部件，是列车运行的神 经中枢系统分析该系统的工作原理，掌握常见故障的处理方法有着非常重要的现实意 义本课题主要分析电力牵引交流传动控制系统的组成结构及各组成部件的主要功能原 理，以及常见的交流传动控制技术；分析系统常见的故障现象及应急处理方法2、设计内容与要求：（1）设计内容本课题下设3个子课题：① CRH动车组交流传动控制系统的分析及故障排除② HXD交传机车传动控制系统的分析及故障排除③ 城轨车辆交流传动控制系统的分析及故障排除每个子课题设计的主要内容可包括：a. 电力牵引交流传动控制系统的发展历史及现状分析b. 电力牵引交流传动控制系统的组成结构分析c. 电力牵引交流传动控制系统主要组成部件功能和原理分析d. 各种交流传动控制技术的对比和分析e. 电力牵引交流传动控制系统的常见故障排除f. 结论（2）要求a. 通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；b. 能够灵活运用《电力电子技术》、《交流调速技术》、《CRH动车组》《HXD型电力机 车》等基础和专业课程的知识来分析电力机车交流传动控制系统。
c. 要求学生有一定的电力电子，轨道交通专业基础四、 设计参考书1、 《现代变流技术与电气传动》2、 《电力牵引交流传动与控制》3、 《CRH2动车组》、《CRH3动车组》4、 《HXD1 型电力机车》5、 《HXD2 型电力机车》6、 《HXD3 型电力机车》五、 设计说明书内容1、封面2、目录3、 内容摘要（200-400字左右，中英文）4、 引言5、 正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、分析、论证，设计结果的说明及特 点）6、 结束语7、 附录（参考文献、图纸、材料清单等）六、 设计进程安排第 1 周： 资料准备与借阅，了解课题思路第2-3 周： 设计要求说明及课题内容第 4－7 周： 进行毕业设计，完成初稿第7-10周： 第一次检查，了解设计完成情况第 11 周： 第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备第 12 周： 毕业答辩与综合成绩评定七、 毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求（1）答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要 资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见2）学生答辩时，自述部分内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料 或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
3）答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计 方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力2、毕业设计论文要求 文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写文字通顺，语言流畅，排版合 理，无错别字，不允许抄袭3、图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸 标注规范，文字注释必须使用工程字书写4、曲线图表要求： 所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准 或工程要求绘制摘要随着列车运行速度的提高，列车网络控制系统具有越来越重要的意义同时，列车网 络控制系统是城轨车辆关键技术之一，因此建立可靠安全的车载通信网络是十分必要的 论文首先分析了列车网络控制系统的体系结构，功能模块及车载通信网络的拓扑结构、传 输信息等接着介绍了 IEC-61375标准，即列车通信网络（TCN）标准是IEC联合UIC经过 十年的工作采用了一个用于规范车载设备数据通信的标准介绍了 TCN网络的基本结构、 实时协议、数据传输及介质访问方式并详细讨论了 WTB和MVB总线的物理层、报文、 介质访问及链路层控制。
其次分析比较了 CRH型动车组通信网络,并总结出了各自的优 势最后介绍了地铁网络可能出现的故障，并加以分析关键词：CRH型动车组 通信网络 控制系统 故障排除ABSTRACTWith the development of power electronic technology, electric traction drive system gradually took the place of early 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 AC drive control system of city rail electric traction drive control is acore component ofthe system, isthe city rail train in the central nervous system. Through the analysis of urban rail vehicle traction control system structure and principle, to grasp the common breakdown processing method has a very important practical significance.The main topic of city railway vehicle 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 common 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.Key words: Urban rail vehicle Electric traction AC drive Control systemTroubleshooting目录2014届毕业设计任务书 目录 第1章 列车网络控制系统的发展历史及现状分析 列车网络控制系统的概念 列车网络控制系统的产生和发展 TCN列车网络的现状 列车网络控制系统功能与特点 TCN列车网络的发展趋势 第二章几种典型的列车网络控制系统介绍 SIBAS系统 MITRAC・系统 AGATE 系统.一 第三章常见的列车网络通信标准 现场总线 TCN列车通信网络 工业以太网 第4章CRH型动车组网络控制系统结构 CRH1动车组网络控制系统 CRH2动车组网络控制系统 CRH3动车组网络控制系统 CRH5动车组网络控制系统 CRH型动车组网络控制系统对比 第5章列车网络控制系统常见故障 动车组网络控制系统的冗余设计 故障对策 技术诊断 运行性能安全监测系统 第6章结论 心得体会 参考文献 第1章列车网络控制系统的发展历史及现状分析列车网络控制系统的概念网络控制系统又被称为基于网络的控制系统，它是一种完全网络化、分布化 的控制系统，是通过网络构成闭环的反馈控制系统狭义的网络控制系统是以网络为基础，实现传感器、控制器和执行器等系统 各部件之间的信息交换，从而实现资源共享、远程检测与控制。
例如，基于现场 总线技术的网络控制系统可以看成一种狭义的网络控制系统广义的网络控制系 统不但包括狭义的网络控制系统在内，还包括通过Interner、企业信息网络以 及企业内部网络，实现对工厂车间、生产线以及工程现场设备的远程控制、信息 传输、信息管理以及信息分析等列车网络控制系统的产生和发展早期的网络控制系统中，控制装置是安装在被控装置附近的，而且每个控制 回路都有一个单独的控制器这些控制装置就地测量出过程变量的数值，并把它 与定值相比较从而得到偏差值，然后按照一定的控制规律产生控制信号，通过执 行机构去控制生产过程运行人员分散在全厂的各处，分别管理着自己所负责的 那一部分生产过程随着生产规模的扩大，运行人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要 同时按多点的信息实行操作控制于是，出现了气动、电动系列的单元组合式仪 表，出现了集中控制室生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如的气压信 号, 0-10mA、4-20mA的直流电流信号，1-5V直流电压信号等，送往集中控制室， 在控制盘上连接运行人员可以坐在控制室纵观生产过程各处的状况，获得整个 生产过程中的相关信息这是一种集中式的模拟控制系统。
集中控制系统能够及时、有效地进行各个部分之间的协调控制，有利于生产 过程的安全运行然而，随之而来的问题就是信息的远距离传输要想在集中控 制室内实现对整个生产过程的控制，就必须把反映过程的变量的信号传送到集中 控制室，同时还要把控制变量传送到现场的执行机构，因而变送器、控制器和执 行器是分离的，变送器和执行器安装在现场，控制器安装在集中控制室而且， 由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精 准度的开销、难度都很大，信号传输的抗干扰能力也较差于是，人们开始寻求 用数字信号取代模拟信号，用数字控制器取代模拟仪盘表，用数字控制取代模拟 控制20世纪50年代末，计算机开始进入过程控制领域最初它只是用于生产过 程的安全监视和操作指导，后来用于实现监督控制，这时计算机还没有直接用来 控制生产过程到了 20世纪60年代初期，计算机开始用于生产过程的直接数字控制但由 于当时的计算机造价很高，所以常常用一台计算机控制全厂所有的生产过程这 样，就造成了整个系统控制任务的集中由于受到当时硬件水平的限制，计算机 的可靠性比较低，一旦计算机发生故障，全厂的生产就陷于瘫痪，因此，这种大 规模集中式的直接数字控制系统基于上宣告失败。
但人们从中认识到，直接数字 控制系统的确有许多模拟控制系统无法比拟的优点，只要解决了系统的可靠性问 题，计算机用于闭环控制还是有希望的20世纪60年代中期，控制系统工程师分析了集中控制失败的原因，提出了 集散控制系统的概念他们设想像模拟控制系统那样，把控制功能分散在不同的 计算机中完成，并且采用控制功能，并且又比集中过程控制计算机更安全可靠 只是一种分散型多微处理机综合过程控制系统，又称分散型综合控制系统，又俗 称集散控制系统，简称DCS，属于典型的网络控制系统然而，DCS也有其明显的缺点首先，它的结构是多级主从关系，现场设备 之间互相通信必须经过主机，使得主机负荷重、效率低，且主机一旦发生故障， 整个系统就会崩溃；其次，使得大量的模拟信号，很多现场仪表仍然使用传统的 4-20mA电流模拟信号，传输可靠性差，难以数字化处理；第三，各系统设计厂 家制定独立的DCS标准，通信协议不开放，极大地制约了系统的集成与应用，不 利于相关企的发展因此DCS从这个角度而言实质是一种封闭专用的、不具有互 可操作性分布式控制系统，且DCS造价也昂贵在这种情况下，用户对网络控制 系统提出了开放性和降低成本的迫切要求。
为了顺眼以上潮流，客服DCS的技术瓶颈，进一步满足工业现场的需要，现 场总线控制系统(Field Control System，FCS)应运而生FCS用现场总线这 一开放的、具有可互操作的网络将现场各控制器以及仪表设备互联，构成现场总 线控制系统，同时将控制功能能够彻底下到现场，降低了安装成本和维护费用 因此，FCS实质上是一种开放的、具有可互操作性的、彻底分散的分布式控制系 统现场总线控制系统作为新一代控制系统，一方面突破了 DCS系统采用专用通 信网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成 的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分 布式结构，把控制功能彻底下放到了现场与传统的控制系统相比，它具有体系 结构开放、系统集成灵活方便、硬件智能化、传输数字化、控制计算高品质化的 特点但是FCS也有许多瓶颈问题首先，现有的现场总线标准种类过多，且各有 各的优势和适用范围，用户如何取舍是比较棘手的问题；其次，控制系统中如果 有多种现场总线同时存在，而用户又希望将工业控制系统与企业信息网络实现无 缝集成，真正实现企业级管控一体化，系统功能组态会变得相当复杂；第二，FCS 在本质安全、系统可靠性、数据传输度等方面存在一些技术瓶颈或不符合现代企 业对信息的要求。
而工业以太网(Et herne t)具有传输速度高、低耗、易于安装、兼容性好、 软硬件产品丰富和技术成熟等方面的优势，几乎支持所有流行的网络协议，能够 有效地促进了现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合工业 控制系统的技术发展趋势，在工业现场得到越来越多的应用，在控制领域中占有 更加重要的地位，其技术优势非常明显，只要有以下优点：(1) 以太网是全开放、全数字化的网络，遵守网络协议，不同厂商的设备可 以很容易实现互连2) 以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管 控一体化的全开放网络3) 软硬件成本低廉由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件 收到广大厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选 择4) 通信速率高随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息 量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前标准的以太网 的通信速率为10Mb/s, 100Mb/s的快速以太网已经广泛应用，千兆以太网技术也 逐渐成熟，10Gb/s的以太网也正在研究，其速率比目前现场总线要快很多5) 可持续发展潜力大在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展在很 大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络。
信息技术也通信技术的迅速发 展和成熟，保证了以太网技术的不断地持续向前发展TCN列车网络的现状在推出TCN国际标准后，基于TCN标准的产品需求增加，对于TCN产品的研 制有了越来越多的单位支持，TCN列车网络在世界范围内也得到了日趋广泛的应 用1.3.1 TCN列车网络产品主要供应商目前，TCN标准列车通信网络的推广形成以Siemens、Bombardier等大公司 主导，日趋增多的第三方广泛支持的局面Bombardier、Siemens等公司推出了一系列符合TCN标准的产品，诸如列车 网络专用芯片（MVBC01、MVBD、AMED）以及网络实时协议（RTP）软件等此外，一些第三方公司（女口 Farsystem、Firema、EKE、Duagon、Unicontrol） 等也相继推出了 TCN网关和相关网络产品，用户可以选择需要的网络部件来集 成、开发符合自己要求的TCN网络控制系统其他可以提供TCN产品的公司还有： 自动控制方面的Holec、Ansaldo、AEG，制动方面的Knorr Electronic、 Westinghouse Brakes,门控方面的IFE，采暖通风与空调方面的Hagenuk。
另外， 一些中小公司也能提供MVB板卡、WTB网关、实时协议文件等 我国作为TCN标准的制定成员国之一，也对该标准大力支持在研发方面，我国南车、 北车集团等单位通过自主研发与技术引进相结合，目前也具有了提供TCN相关产 品的能力铁道科学研究院、西南交通大学、同济大学、北京交通大学等研究单 位在TCN方面也进行了广泛研究，取得了一定的成果1.3.2 TCN列车网络产品应用现状TCN网络主要应用在高速动车组、重载列车以及地铁车辆等轨道交通领域， 这些场合对产品的互操作性和控制实时性要求一般很高，只有通过可靠、实时的 列车网络技术才能达到要求目前采用TCN方案的国家有德国、法国、英国、瑞士、瑞典、挪威、芬兰、 丹麦、印度、澳大利亚、菲律宾、美国、巴西等，包括高速列车、摆式列车、城 市轨道车辆我国列车网络技术采用的形式繁多，但TCN技术应用的比重很大， 并且采用TCN标准已经成为趋势，如和谐号动车组CRH1、CRH3、CRH5和CRH380A 等车型，各大城市的地铁（如上海轨道交通1、2、4、9、11号线，北京地铁15 号线、房山线、昌平线、亦庄线，广州地铁2、3、8号线等）均广泛采用1.3.3 TCN列车网络的研究推广自从TCN国际标准推出以后，得到了越来越广泛的应用。
究其原因，离不开 TCN网络自身的实时、可靠、安全、开放的优点，能很好地满足列车通信需求 当然，更离不开Siemens、Bombardier等大公司不遗余力的研发和推广，使得支 持和应用TCN产品的公司和国家在十几年间有了很大的增长在TCN标准采纳以 后，世界范围内很多研究单位积极地设计了相应的电路、仿真软件和验证工具， 极大地推进了 TCN技术的发展列车网络控制系统功能与特点列车通信网络是用于列车这一流动性大、环境恶劣、可靠性要求高、实时性 高、与控制系统紧密相关的特殊环境的计算机局域网络，它属于控制网络的范畴列车网络控制系统是列车的核心部件它包括以实现各种功能控制为目标的 单元控制机、实现车辆控制的车辆控制机和实现信息交换的通信网络其功能主要包括以下方面：(1) 实现牵引控制，即牵引性曲线的实现牵引功能的优化2) 实现列车牵引的黏着控制，使列车在各种运行条件下，都能保持轮轨间 的牵引力，并尽可能地使机车运用在轮轨间的牵引力实现最大化、(3) 实现列车运用过程中各种可能需要的功能关联和电路连接，即逻辑控制 功能4) 实现列车运行过程中的故障信息处理，即进行故障信息的采集、处理、 传输、显示和记录，并为列车乘务员提供故障的现场处理和排除的信息提示。
5) 提供列车运行的状态信息网络控制适用于大范围区域的控制，系统包含大量的相互交换信号信息的 设备网络控制系统的特征是通过一系列的通信信道构成一个或多个控制闭环， 同时具备信号处理、优化决策和控制操作的功能，控制器可以分散在网络中的 不同地点与传统的点对点控制系统相比，网络控制系统具备共享信息资源、 远程监与控制，减少系统布线、易于扩展和维护、增加了系统的灵活性和可靠 性等特点TCN列车网络的发展趋势从TCN标准推出到今天，已经十余年了，期间各方面科学技术飞速发展可 以说，尽管TCN标准的推出为解决列车以及车载控制设备之间的相互联挂的问题 贡献巨大，但总体看来，TCN网络技术中的核心部分仍基本由若干家大公司所垄 断，技术门槛较高也限制了它更大范围的应用TCN并没有完全满足列车在所有 场合的控制需要，在技术与日俱新的今天，它需要新的发展列车网络技术已经成熟，也是当代轨道车辆必然采用的核心技术之一随着 通信网络技术的应用范围不断扩大，用户对网络的开放性、性价比、开发和应用 的多样性及灵活性等方面都提出了更高的要求由于TCN网络自身也难免存在一 些不足，所以不可能完全取代其他形式的控制网络，完全满足铁路用户的所有应 用需求。
因此，在将来，列车网络技术不可能是TCN的天下，必然是多种网络技术的融合列车控制网络技术的发展趋势可能会是以TCN为主，在轨道车辆的高 速动车组、地铁车辆等高端市场应用；其他各种形式的总线形式作为列车网络的 重要补充，在各种适用的场合找到应用的空间这些通用网络技术在今后一段时 间内将和原有TCN网络共同发展，取长补短并相互融合，形成有机的整体另外，随着列车通信要求的不断提高，TCN自身方面的改进是必要的如在 可靠性方面，目前对列车通信网络的可靠性进行量化的评估在国内外还是鲜见 的，对于可靠性要求高的列车网络，全面引入可靠性工程的分析、评价、设计及 验证的方法是必要的；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用于工业网络功能安全通信行规》国际标准，随后很多种用于工业控制的总线标准也应用该标准，对自身的协议加以完善，添加了功 能安全诵信层来保证通信网络的功能完整性等级那么，列车通信网络对安全性 如此强调的总线形式，是否要执行功能安全标准，断提高，列车信息U车服务质量水平和乘客需求的不不能满足的线等，也必将几种典型在此方面显然爭是网总「二章k动电视、移动是非常值得考虑的问题。
随着 ，化服务的要求也越来越高,因此，为乘 是TCN的列军网络控制系统介绍:乘点客提供未来的方向终端优质的信息娱＜ 乐SIBAS系统AS统控制、信息传输、运彳和 SIBAS-3控和诊断等部控係统目前有SIBA$-16个系列，主要运用到我国早期的西门子进口城市轨道交通地铁车辆中，如上海地铁1、2号线车辆使用的SIBAS-16控制系统；广州地铁1号线车 辆使用的SIBAS-32控制系统图1.列车总线SIBAS-16是典型的第一代微机控制系统，核心部件有16位的8086型未处 理器构成的中央计算机、存储器组件以及一个或多个控制机(8088, 80C188)组 成该系统采用集中式机箱和插件式机械结构，控制系统由中央控制器集中管理， 采用分层结构，即列车控制层机车控制层和传动层采用多个串行总线系统， 在传输速度和运行记录方面能满足列车控制的影响要求SIBAS-16本质上还不 能算是一个分布式的列车网络控制系统SIBAS-16的编程工具为SIBASL0G，系 统提供大量的标准的程序模块，为控制软件的编程提供了有利的条件20世纪90年代，Siemens公司在SIBAS-16的基础上进一步采用32位芯片(Intel486)的SIBAS-32系统，并保持与SIBAS-16系统的接口兼容。
为了减少 传统机车车辆布线，SIBAS-32系统设有智能外围设备连接终端，即SIBAS KLIP 站采用SIBAS KLIP可以迅速综合信息和控制指令，并且通过一根串行总线传 输给中央控制装置KLIP站可以很自由地分布在各类车辆上MITRAC.系统MITRAC系统是Bombardier(庞巴迪)公司的系列产品，包括MITRAC TC(牵引 逆变器)、MITRAC CC (列车控制系统)、MITRAC AU (辅助逆变器)MITRAC DR (牵引驱动器)公司为了适应不同用户，推出了 MITRAC500系、1000系、3000 系500主要用于城际有轨列车，1000系主要用于高速及地铁列车，3000系主 要用于大功率机车在广州地铁2号线、深圳地铁1号线一期庞巴迪地铁车辆中 就使用了该系统2.2.1 MITRAC CC 主要特点(1) 符合各国际标准(EN50155车辆上的电子设备标准；ENV50121-3-2：铁 路应用电磁兼容性的标准；ENV50204 :数字无线电磁场辐射标准； IEC61375-1 :列车通信网络标准；IEEE1473:1999中关于列车通信协议标准； UIC556/557 列车中信息传输的诊断标准)，具有开放接口。
2) 该系统器件结构紧凑，电源直接由列车蓄电池供电，可以实现分布式安 装且不需要额外的加热或制冷，器件配线最少，质量显着降低3) 用线少，通过余增强系统的可用性，传感器的短距离连接和I/O设备接 口减少了冲突可测性和模块化使系统配置离火，并可兼容和连接以前不同的列 车控制系统4) 该系统具有自诊断功能诊断功能组合在监控系统中，通过数据克视化 的远程交付式诊断、车辆跟踪详细目录、GPS系统、货物跟踪、旅客载量数据等 方式，进行实时监控和故障诊断，提高了应用的可靠性5) 支持远程无线数据恢复系统系统可以支持轨旁无线系统通信，如GSM/R 和无线局域网因特网和企业互联网作为客户端调的访问介质，通过MVB或者其 他的通讯方式连接车辆通讯系统国外先进的MITRAC CC系统可通过提供连接到 运行车辆上的数据来实现远程维护，增强维护服务质量；并允许诊断和操作数据 直接通过因特网传递给列车系统的操作者系统使用开放得标准，例如移动、 无线局域网以及因特网相关的通信协议6) 提供MITRAC CC远程控制平台MITRAC CC远程平台使用互联网技术和 移动通信，结合庞巴迪公司的铁路专用技术，开发出心技术以降低维护成本，推 进整个系统的可可靠信。
MITRAC CC远程平台提供多种服务，通过标准接口访问 车辆由于服务本身来源不同的厂商，该远程平台不接受未经授权调的厂商的访 问，同时保证的控制通信系统不冲突MITRAC列车控制通信系统的核心是TCN （列车通信网络）标准，允许不同用 户之间的相互操作交换信息使用的额传输介质为屏蔽双绞线或者光纤，列车上 所有MITRACCC器件都连在一个网络上，从而可以交换程序和诊断数据，很容易 增加新的设备在MITRAC中没有控制柜和机箱，而是各个控制单元或I/O单元 均自成一体封装在一个具有较好的电池兼容性能得机壳中每个刻体军友自己的 电源和车辆总线接口列车微机控制系统由列车总线和多功能车辆总线两部分组成，它们在关键区 域提供冗余，即WTB或MVB中的单点故障不会导致列车运行停止列车控制分为 列车控制级、车辆控制级以及子系统控制级三级（包括牵引控制、气制动控制、 辅助电源控制、门控制、空调控制、乘客信息控制等列车控制级上的WTB通 过安装在每个单元的VTCU中的大功率网关与MVB相连，进行数据交换列车控 制级和车辆控制级与每个3节车单元的VTCU构成一个整体，执行如下的主要功 能：通过 WTB 进行列车控制；总线管理和过程数据的通信；监督和诊断；通过 MVB在各个子系统之间进行通信；提供与外部PC机之间的服务端口等。
各部分 功能如下1） 列车总线（WTB）与多功能车辆总线 列车总线（硬线连接总线WTB）连接 着两个3单元的VTCU，两个VTCU之间通过WTB进行通信多功能车辆总线MVB 与车辆及列车控制单元VTCU直接连接.VTCU包括多功能车辆总线控制器，大容 量的事件记录器等，可以对车辆总线通信进行管理VTCU通过MVB与车辆所有 子控制系统进行数据交换，实现列车控制和车辆控制，车辆控制级，子系统控制 级，以及本车于同一单元的其他车之间通过本地车辆总线进行通信和数据传输2） 车辆及列车控制单元VTCU车辆及列车控单元 VTCU为带集成诊断功能 和控制功能的车辆与列车控制装置，每三节车单元拥有一个VTCU,作为总线管 理主机，他是一个带有32位数字处理器，8MB闪烁内存的微机控制单元，还包 含静态电池缓冲RAM，串行接口，独立电源3） 列车管理系统（TMS）它是以VTCU为核心的一个列车控制系统，是列车 微机控制和网络系统的重要组成部分他由列车控制级的多台计算机系统和一些 专门开发的高处理速度的微机组成°TMS负责列车的控制，监控和诊断，该系统 可以为列车子系统控制和模块提供各种实时控制信号4）列车故障诊断（VTCU）通过列车微机控制和网络系统接受从各个子控制 系统或I-O控制单元传来的故障报告，并附带所选者的环境数据和相应的时间参 数。
所有列车运行所需的关键的诊断信息则是通过安装在驾驶室驾驶台上的TFT 液晶彩色触摸式显示起来显示显示器的内容分别有中，英文显示，对不同的使 用者设置了不同的权限，分为驾驶模式界面和检修模式界面列车故障诊断系统对所有重要的故障信息的记录均给出了跟踪数据，并通过 分析数据能显示出连续的牵引、制动曲线图形，对于每个直接连接到MVB总线上 的子控制单元，均要求诊断系统能诊断并显示到最小可更换部件的故障AGATE系统2.3.1 AGATE系统及其结构AGATE系统是Alstom公司开发的列车控制系统AGATE系统主要由AGATE link（列车监控）、AGATE Aux （辅助控制）、AGATE Traction （牵引控制）和 AGATEe-Media （乘客信息系统）4个部分组成AGATE牵引控制系统主要是实现实时的机车牵引控制和产生制动命令其主 要特点是模块化设计实现安全快速的操作；主要功能的子装配系统标准化；采用 World-FIP总线网络，实现和主要数据网络（TCN、CAN、FIP、LON）的通信网关; 具有自测试功能；使用EASYPLUG技术；包含了最新技术FPGA器件和PCI总线接 口。
AGATE辅助控制系统主要是实现对列车上静态逆变器和电池充电的控制，其 主要特点是结构紧凑、模块化、低成本、低噪声和快速保护等AGATEe-Media乘客信息系统主要是再列车运行中，提供实时的多媒体信息 和休闲娱乐，为乘客提供便利性和舒适性，同时还可以作为一种高效广告媒体， 能带来新收益AGATEe-Media主要功能有：系统用发音系统自动报站，并在屏 幕上以有色信息显示，具有动力学线路地图，也可以显示广告和新闻当系统突 然中断或者意外情况发生的时候，优先直接向乘客广播实时信息AGATE Link是管理和监视列车的电子模块，是整列车辆维护的有效工 具通过监视列车各子系统的运行状况来提供迅速准确的列车故障诊断，从而减 少了检查时间和成本，缩短了停工维护时间AGATE Link的突出特点是改善了 列车生命周期成本（LCC）AGATE Link可根据应用需要对基本部件进行组合， 如远程输出模块、司机控制台、GIS定位模块、无线电数据传输模块和通讯 网络，系统易于扩展AGATE系统的控制网络WorldFip总线是从Fip总线发展而来的Fip总线是 一种面向工业控制的通信网络，其主要特点可归纳为实时性、同步性、可靠性。
WorldFip的设计思想是：按一定的时序，为每个信息生产者分配一个固定的时 段，通过总线仲裁器逐个呼叫每个生产者，如果该生产者已经上网，应在规定时 间内应答生产者提供必要的信息，同时提供一个状态字，说明这一信息是最新 生产的还是过去传送过的旧信息消费者接收到信息时，可根据状态字判断信息 的价值AGATE系统采用WorldFip总线完整地实现了列车控制的所有功能2.3.2 TIMS管理系统及其结构TIMS是基于AGATE系列，通过数据处理网络连接的产品TIMS收集来自与 它连接的设备的故障信息，并且通过驾驶显示单元提供信息给驾驶员和维护人 员，它能记录故障、综合故障以及记录设备状态TIMS具备操作帮助、维护帮 助、事件记录管理、旅客信息触发（音频和视频）的功能FIP数据网络是TIMS的核心，他们根据等级结构配置分为：列车网络、车 辆网络FIP列车网络连接列车的两个MPU以确保在每个车辆组之间进行数据通 信MPU控制列车网络和定义信息流动ACE、BCE、PCE都是与FIP数据网络连 接，但是他们不在TIMS范围内车辆设备直接连接到每个车辆网络：MPU，运行主要的TIMS软件应用程序和 支配FIP车辆网络上的通信；DDU,人机界面，通过交互式的入口来运行和维护 TIMS的功能;RIOM，局部安装在每一个车上，提供二进制I/O接口和标准的RS485 串行通信口； PCE（牵引），安装在动车C和B上，通过FIP连接的通信被限于监 测功能；BCE（制动），安装在每节车上，在A车上的BCE也控制压缩机设备，通 过FIP连接的通信被限于监测功能；ACE（辅助），通过FIP连接的通信被限于监 测功能。
TIMS设备的FIP地址通过数字插头或低压二进制输入组合来定义为了优化单元之间的电缆长度，FIP网络电缆线路由双绞屏蔽线构成（120 欧姆阻抗），FIP列车网络布设在整个列车并连接两个MPU这个网络没有连接其 他设备，FIP车辆网络受限于车辆组的长度，它连接总线上的设备3）TIMS管理系统的组成及功能 与外围设备的串行通信口通信由RIOMS 通过系统软件提供，设备变量通过相同的RS485串行通信口连接，串行网络接口 元件是智能的，它们处理协议编码、译码、传输、接收和故障检查串行通信口 交换数据是建立在主/从机制上：RIOM在串行通信口上发送一个请求（设备地址 标志），设备（与地址标志一致）反馈响应，为了知道在RIOM与设备之间的通信 是否中断，相互检查功能是否可用经串行通信口交换MPU通过列车网络初始化，在应用软件的每个循环，MPU 通过RIOM发送一个请求询问串行通信口连接到串行通信口的每个单元都有唯 一的地址此外，相同类型的设备和有相同功能性设备都分享相同的组地址设 计此原理是为了保持信息在网络上不断地传输，从而避免在紧要的时候出现传输 高峰常见的信息包括所有故障状态信息，并能够被传送到驾驶室。
相应设备是通过RS485串行通信口连接到TIMS上主要有：1） 旅客显示器（IDU和FDU）在每节车，所有的IDU都连接相同的穿行通 信口，所有的IDU分享相同的组地址运行信息同时发送给所有的显示器在此 期间，单独的信息发送给每个显示器，目的是为了检测显示器功能状态在A车， FDU是通过自己的串行通信口连接到TIMS上2） 门在每节车，相同一侧的5个门连接一个单独的串行通信口，用以监 测门的状态3） 音频设备在每节车APU和PECU音频设备与TIMS的串行通信口连接是 为了监测和控制在A车，ACU是通过自己的串行通信口连接到TIMS上4） ATC （列车自动控制）ATC在串行通信口上的通信位于每个A车上，通 过列车线传送数据，例如：ATS时间、列车精确位置和ATC状态4）I/O连接 逻辑输入通过RIOM周期性获得，它使得通过FIP车辆网 络连接到MPU是可行的相反的，逻辑输出值通过FIP车辆网络经MPU周期性地 发送给RIOM，它实际上控制物理输出在FIP车辆网络上流通的数据被连接它 的MPU作出判断,数据需要通过FIP列车网络经MPU在两个车辆网络上进行交换TIMS系统给中压供电的感性负载提供起动许可。
列车动态动作被记录在一 个事件记录器内，在列车故障发生或列车进入收车模式后能，记录的数据不会丢 失TIMS的主要功能是监控列车的行驶，MPU从和它相连的设备中收集故障信 息，并通过DDU向驾驶员及维修人员提供信息7） 驾驶员显示单元（DDU）（8） 视频显示单元（IDU/FDU）1） 内部显示单元IDU2） 前部显示单元FDU3） 信息存储单元2.3.3 TIS信息系统TIS信息系统是日本新干线各型列车上装备的信息控制与传输系统°TIS系 统由列车通信网络、各车厢通信网和功能单元控制机组成在各车厢内设有一终 端站，它是列车通信网上的节点，也是本车厢信息传输的主站，各车厢内的功能 单元的信息均通过这个终端站向列车通信网络发送或从列车通信网接收信息新 干线列车编组是以2~4节车厢组成一个车组单元为基础的，在一个车组单元内， 由牵引制动控制系统、辅助电源、车门空调控制、变压器及信息子系统等相对独 立的子系统构成对车组单元的完备控制当列车根据需要由多个车组单元构成列 车编组时，这些相对独立的子系统，通过一定的信息传输手段连成一个完整的列 车控制系统TIS系统网络的基本结构有两种一个结构是车厢内的终端只传输TIS系统 的信息；另一种是节点既传输信息又传输控制命令，因此在日本新干线及既有线 铁路列车上有以下3种应用形式。
1） 二重直通线的方式（2） 控制命令用二重直通线（3）列车总线和车厢总线方式TIS系统具有以下功能：（1） 驾驶员操作向导 指导列车正确、正点运行，并显示列车运行图向 驾驶员指示设备的工作信息，在异常情况下，给出操作指南以及简单的检查程序， 能进行出库检查2） 乘务员操作功能 乘务员可以通过 TIS 的终端站设定车厢的空调温 度，异常情况下能发出警报；还可以通过TIS查询客车情况，并做出处理3） 维修支持功能 能自动检测各功能单元的运行情况，调阅各设备的故障记录，做出故障分析，收集、记录运行数据，为检修提供依据4） 旅客服务功能 向旅客提供各种信息，如到站和前方站、运行时刻表等5） 控制命令传送 该功能只有在最新的700系列车上才有完全的运用 控制命令包括牵引动力、制动、门控与空调、照明、辅助电源、受电弓、蓄电池 开闭等随着TIS系统功能的增强，它在列车控制系统中的作用越来越重要，已经成 为新干线列车系统中不可缺少和不可替代的一个重要组成部分TIS系统在列车运行、检修和故障诊断中的作用越来越大，有关人员对其依 赖性也越来越强，维修基地的工作人员基本都是按TIS系统的检查测试结果来检 修控制系统及各功能单元的故障，而TIS系统本身的可靠性也很高，TIS系统本 身很少有故障发生。
2.3.4 DETECS 系统（1） DTECS系统的概述DTECS是专为轨道车辆的列车控制和通信而设计 的一套车载计算机系统，它控制并监视整个列车它包括车载硬件、操作系统、 控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具DTECS是一个分布式控制系统，它分布于整个列车的各个智能单元这些单 元可分别安装于车下设备箱、驾驶台或车厢内的电器柜中这种系统的最大和最 重要的优点是：显着减少各箱柜之间的连线，并方便将来对系统功能的扩展总 线的扩展比较简单，只需增加一根连接到该单元的电缆线，并更新应用软件就能 和新的单元进行通信系统设备采用模块化设计，其系列产品不仅适用于各种牵 引系统的控制，而且适用于列车的控制，也可以用于列车监控系统，如DTECS系 统应用于深圳地铁1号线增购车辆中由于该系统构成的灵活性，可以很方便地 适应不同形式的列车编组DTECS广泛的采用电子控制设备和串行数据通信来代替继电器、接触器和直 接硬连线，并且通过网络连接各个子系统的控制设备，能够减少继电器、接触器、 列车布线、端子排和连接器连锁的使用控制系统中具有电子控制机监控设备的 子系统是：列车控制单元、牵引逆变器控制单元、辅助逆变器、驾驶显示器、空 调控制系统、门控制系统、制动控制系统。
2） TCC结构 由TECS系统构成的地铁列车控制系统TCC按照六辆编组设 计地铁列车控制系统对列车牵引系统、高压电路、辅助电源系统、制动系统、 ATC系统、车门及空调等系统进行控制、监视和故障诊断、记录，地铁列车控制 系统采用分布式控制技术列车通信网络遵循I EC 61375标准，划分为二级，由 贯通全车的列车总线和贯通网络间的协议转换整个地铁礼车控制系统采用先 进、成熟和可靠地DTECS控制系统列车系统构成单元主要有以下几部分：1） 列车控制单元（VTCU）VTCU位于每个驾驶室内VTCU管理整个列车网 络通信，并监控车辆设备 VTCU 包括两套装置，在正常的情况下，系统随机选 择一套作为主控设备，另一套为备用备用设备不间断的监视主控设备状态，当 主控设备出现故障时，备用设备将代替主控设备，行使列车中央控制单元的功能， 以保障整个列车正常运行2） 输入输出单元（DXM、AXM）通过配置适量的数字量输入输出模块（DXM） 和模拟量输入输出模块（AXM），并就近放置在信号采集场合，完成控制信号的采 集和输出3） 总线耦合模块（BCM）总线耦合单元，实现MVB ESD+和EMD的通信介质转换，实现车辆间MVB总线连接。
4） 驾驶室显示单元（MMI）MMI显示器位于每个驾驶台，采用符合人机工 程学原理设计，以及搞分辨率的图形显示，包括一个触摸屏系统5） 事件记录仪模块（ERM）ERM装在每个驾驶室里面ERM自身有闪存FLASH 作为存储体来记录列车状态它可以通过高速以太网将记录数据下载到地面设备 或无线传输装置6） 无线传输装置（TSC1）TSC1装在每个驾驶室里面TSC1具有GSM、GPRS 和三种无线通信接口，少量的实时信息通过GSM、GPRS传送到地面，大量的记录 信息在列车回库后，通过无线网域传送到地面7） 便携式维护工具（PTU） o PTU包括笔记本电脑和打印机通过连接PTU 和DTECS单元后，记录的数据可从DTECS单元下载到PTU下载数据可在PTU显 示器上显示，并可打印（3） TCC系统功能TCC有牵引/制动控制功能，TCC通过车辆总线MVB传 输以下信号到DCU和BECU:控制运行方向、牵引信号、制动信号、给定指令参考 值和操作工况 同时也对一些关键信号进行硬连线备份驾驶员钥匙在''ON'位上时，激活的驾驶室将被设定为主控室，由VTCU 中的控制软件来处理如果同时有两个驾驶员钥匙处在激活位，则车辆必须处在 禁止运行状态。
来自驾驶控制器的方向选择信号和ATO的牵引/制动参考信号通过置于驾驶 台内的AXM单元不同的AI通道读入到VTCU单元，VTCU将其进行处理加工后再 传送到牵引逆变器备用指令信号1、 2”用于备用模式，每一位道标牵引和制 动的参考信号紧急牵引按钮被按下时，将启动奔涌驾驶模式牵引逆变器和制动控制单 元接收到列车线送来的紧急牵引信号后，将根据列车的牵引/制动工况信号和备 用指令信号1、2进行牵引和制动，在备用模式下不启用电制动牵引安全列车线用于表明列车已做好起动前准备，即所有车门均已关闭，所 有制动均已缓解，驾驶员钥匙已处在“ON”位此列车线可直接封锁驱动控制单 元DCU输出的触发脉冲出于系统运行最高完整性的考虑，此部分不含任何软件 控制TCC收到按下驾驶控制器“警惕”按钮信息，如果在一定的时间内警惕按钮 没有按下，列车将自动实施紧急制动只有驾驶员把驾驶器把手先推到惰行位然后牵引，制动才被解除洗车模式控制下列车的速度由一个按钮来实现这个按钮将处于一直按下的 位置直到它再次被按下，一旦按下，速度将保持 3km/h为了提高制动操作的有效性和乘坐的平稳性，列车控制系统 TCC 与 BECU 协 调进行整个空电联合制动的混合控制。
列车控制系统 TCC 将来自驾驶控制器或 ATO得制动命令传输给BECU和DCU在可能发挥列车电制动力的基础上，BECU 将补充空气制动力，以满足总制动力要求列车控制系统 TCC 传输来自驾驶室 HSCB 闭合开关触发的 HSCB 合命令第三章 常见的列车网络通信标准现场总线现场总线原本是指现场设备之间的信号传输线，后又被定义为应用在生产现 场，在测量控制设备之间实现双向串行多借点数字通信技术现场总线为工业控 制系统而生，因为其开放、实时性强等特点，在列车通信网络中也得到了很好的 应用现场总线测量控制设备作为网络节点，以双绞线等传输介质为纽带，把位于 生产现场、具备了数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统，按 公开、规范的通信协议，在多个测量控制设备之间、现场设备与运程监控计算机 之间，实现数据传输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统网络 把众多分散的计算机连接在一起，使计算机的功能发生了神奇的变化，把人类引 入到了信息时代现场总线给自动化领域带来的变化，正如计算机网络给单台计 算机带来的变化它使自控设备连接为控制网络，并与计算机网络沟通连接，使 控制网络成为信息网络的重要组成部分。
现场总线系统既是一个开放的数据通信系统、网络系统，又是一个可以由现 场设备实现完整控制功能的全分布控制系统它作为现场设备之间信息沟通交换 的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的设备连接为能实现各种测量控制 功能的自动化系统，实现如PID控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、 优化及控管一体化的综合自动化功能这是一项以数字通信、计算机网络、自动 控制为主要内容的综合技术3.1.1 基于现场总线的数据通信系统备接收设备、作为传输介质的现场总线基于现场总线的数据通信系统由数据 的发送设、传输报文、通信协议等几部分组成温度变送器要将生产现场运行的 温度测量值传输到监控计算机这里传输的报文内容为温度测量值，现场温度变 送传输介质接收设备，数据通信系统示例器为发送设备，计算机为接收设备，现 场总线为传输介质，通信协议则是事先以软件形式存在于计算机温度变送器内的 一组程序因此这里的数据通信系统实际上是一个以总线为连接纽带的硬软件结 合体在基于现场总线的数据通信系统中，所传输的数据是与生产过程密切相关的 数值、状态、指令等如用数字1 表示管道中阀门的开启，用数字表示阀门的 关闭;用数字 1表厅生产过程处于报警状态，数字 0 表示生产过程处于正常状态。
表示温度、压力、流量、液位等的数值、控制系统的给定值、PID参数等都是典 型的报文数据传统的测量控制系统，从输人设备到控制器，从控制器到输出备， 均采用设备间一对一的连线，即点到点布线，通过电压、电流等模拟信号传送参 数现场总线系统则采用串行数据通信方式实现众多节点的数据通信，不必在每 对通信节点间建立直达线路，而是采用网络的连接形式构建数据通道串行数据 通信最大的优点是经济两根导线上挂接多个传感器、执行器，具有安装简单、 通信方便的优点这两根实现串行数据通信的导线就称为总线采用总线式串行 通信为提供更为丰富的控制信息内容创造了条件总线上除了传输测量控制的状 态与数值信息外，还可提供模拟仪表接线所不能提供的参数调整、故障诊断、阀 门开关的动作次数等信息，便于操作管理人员更好、更深人地了解生产现场和自 控设备的运行状态3.1.2 现场总线的特点传统模拟控制系统在设备之间采用一对一的连线，测量变送器、控制器、执 行器、开关、电动机之间均为一对一物理连接而在现场总线系统中，各现场设 备分别作为总线上的一个网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在 结构仁最显着的特征之一在两根普通导线制成的双绞线上，挂接着几个、卜几 个白控设备。
总线在传输多个设备的多种信号，如运行参数值、设备状态、故障、 调整与维护信息等的同时，还可为总线上的设备提供直流工作电源现场总线系 统不再需要传统 DCS 系统中的模拟/数字、数字/模拟转换条件这样就为简化系 统结构、节约硬件设备、节约连接电缆、节省各种安装。