试论高速动车组中控制网络总线的应用

花明磊

【摘 要】网络控制总线是高速动车组的中枢神经系统，在动车的控制、监视及保护等方面中起着至关重要的作用。本論文将简述CRH高速动车组中网络控制系统中各类通信总线的特点，着重介绍CAN、ARCNET、TCN等几种现场总线在高速动车组中控制网络的实际应用情况，强调在实际应用的过程中一定要根据动车组控制网络的具体要求和各种网络总线的特点做出最优选择。

【关键词】CRH 高速动车组 网络总线

近年来我国高速动车组迅猛发展，网络总线作为一种工业数据总线油然而生。因不同型号的高速动车组各有差异故采用不同的网络控制总线。高速动车组控制网络是应用在列车环境下的特殊的计算机系统网络，通用的网络总线均可有合适的应用。

1 高速动车组控制网络

动车组控制网络通过对动车运行和关键车载设备等相关信息的集中管理，与地面实时通信，而实现整个列车的安全运行。

1.1 动车控制网络具有以下功能

（1）冗余功能：主要包括WTB、MVB总线的冗余和重要的网络设备的冗余及管理器的冗余。

（2）诊断和控制功能：实现全列车的实时制动、门、轴温和空调等监视和控制。

（3）人机交互的功能：实时观测动车的运行状态，以保证动车的安全运行。

1.2 技术特点

开放式控制系统、分层控制系统、实时控制系统。

2 CAN总线

CAN是一种串行数据通讯协议，也是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。

2.1 技术特点

CAN是一种通信介质采用双绞线，协议采用短帧结构的多主方式串行的通信总线，其系统的实时性较高。此外能对信息进行优先权的分级，使各节点间的通信信息更实时、可靠。

2.2 CAN总线的应用

基于CAN总线的可靠性与实时性强的特点，结合列车通信的特定环境，在高速动车组上CAN总线上通常有2种应用：一是用于高速动车组通信网络的车辆和列车总线上；二是用于动车的车载监控系统上。但是CAN总线传输长报文大数据的能力较低，需将长帧分解成若干短帧之后才能够发送，并且总线负荷过大时也会引起仲裁延搁。CRH5动车组采用了CAN总线，主要传输车辆级的轴温检测、厕所单元及充电器的信息。

3 ARCNET总线

ARCNET总线是基于令牌传递协议的一种现场总线。

3.1 技术特点

以光纤、双绞线及同轴电缆为传输介质，采用星型、总线型等拓扑结构，对介质进行访问控制。其效率高，节点进退网操作较简单，总线利用率也较高，但是其实时响应性却较差。

3.2 ARCNET总线应用

ARCNET总线主要应用于CRH2动车组，是对等性网络，支持网络的自动重新构建，对网络变化的适应力很强。并且活动节点的个数越多、数据包节点的个数越多以及数据长度越长的则其传输的速率越慢。CRH2是列车和车辆的两级网络结构，包括两种类型，其一传导介质为光纤，采用ARCNET双重网环结构，主要传输列车信息；其二传输介质为双绞线，主要是列车的自我诊断。

4 WTB和MVB总线

IEC将铁路数据通信TCN定义为WTB和MBV等总线。

4.1 WTB总线

4.1.1 技术特点

以屏蔽双绞线为通信介质，能够自动编号顺序连续的节点，并且全部的节点都能够识别列车的右侧和左侧。

4.1.2 WTB总线的应用

WTB的主要功能是初始运行，通信速率较高，因而其最适宜用于编组经常变化的动车总线。例如，在国内“熊猫”、“先锋”、“中原之星”等动车组都应用了WTB总线。CRH3动车组中将GW连接到WTB总线上传输信息。

4.2 MVB总线

4.2.1 技术特点

以曼彻斯特为编码方式，以MAU为通信介质，支持多种主帧发送的方式。并且具有将过程、消息和监视的数据链路层的通信功能。

4.2.2 MVB总线的应用

MVB是快速优化控制过程的总线，其响应速度最佳。既可在固定编组的列车中单独使用，又可以和WTB总线在车辆总线中一起使用。我国高速动车组大多数是固定编组，从网络控制系统结构的复杂性以及发展趋势来分析，动车组总线采用MVB总线较多。CRH1动车组中采用了MVB通信总线，其网络控制系统由3个MVB总线段组成，此外还设有独立的MVB总线，主要用于动车的牵引控制。CRH3动车组的网络控制系统是由两个牵引控制单元组成的，各自应用了MVB总线，用于传输信息。CRH5也是由对称的两个牵引控制单元组成的，包括三类MVB总线，分别起信号输出、传出控制信号和传输乘客需求的信息。

5 结语

高速动车组网络控制系统在动车安全运行上起着举足轻重的作用，CAN，ARCNET，WTB，MVB等总线技术都在动车控制网络中找到了它们最科学的应用场合，发挥着各自的优势。CAN总线的传输速率较高，通信的灵活性也较强，但是也容易受到输送能力和输送距离的限制因而只适用于动车控制系统的底层设备网及以车厢为单元的车辆网，而列车总线则不适用。ARCNET总线的网络线路数量比较少同时数据类型也较单一，导致其可靠性不高，只能传输高速动车组中的小批量数据。MVB总线是专门的动车控制网络的通信总线，其响应速度最佳，适用于没有固定编组的动车车辆总线，不足的是总线的利用率偏低。在实际应用中，一定要根据动车控制网络的具体要求，结合各现场总线的特点，做出科学的选择。

参考文献：

[1]张玮.CRH2与CRH5动车组列车信息控制网络比较[J].铁道运营技术，2010，16（40：4-7.

[2]吴国清，朱琴跃.CRH高速动车组中控制网络总线的应用探究.2011，17（10）：13-18.