毕业设计列车网络控制系统设计HXD2型电力机车网络.docx

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毕业设计列车网络控制系统设计HXD2型电力机车网络

2012届毕业设计说明书

课题名称：

列车网络控制系统设计

—HXD2型电力机车网络控制系统

专业系牵引与动力学院

班级

学生

指导老师

完成日期

2014届毕业设计任务书

1、课题名称：

列车网络控制系统分析及故障排除

2、指导老师：

3、设计容与要求

1、课题概述

随着牵引动力的交流化和运行速度的提高，列车上采用微机实现智能化控制的部件或装置也越来越多，各微机系统间的协调和信息交换显得越来越重要。

另外，为提高列车的舒适度，各种辅助装置的控制和服务装置的控制都必须纳入到这个微机控制系统中来。

因此，列车控制也由单台机车的牵引传动控制逐渐向网络控制方向发展，网络控制技术已经成为核心技术之一。

本课题基于TCN、ARCNET等常见列车通信网络，分析其通信原理和通信特点，着重分析高速动车、大功率交传机车、城轨车辆等多类列车网络控制系统的拓扑结构、控制功能、硬件组成及工作原理，指出网络控制系统中常见的故障现象，阐述其故障应急处理方法。

2、设计容及要求

（1）设计容

本课题下设3个子课题：

1CRH动车组网络控制系统的分析及故障排除

2HXD交传机车网络控制系统的分析及故障排除

3城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除

每个子课题设计的主要容可包括：

1列车网络控制系统的发展历史及现状分析

2列车网络控制系统的功能、特点及其与传统机车微机控制系统的区别

3常见的列车网络通信标准

4以某个车型为例，从结构、原理、可靠性、实时性等方面详细分析该车型的网络控制系统

5列车网络控制系统常见故障的判断分析与处理

6结论

（2）要求

1通过检索文献或其他方式，深入了解设计容所需要的各种信息；

2能够灵活运用《电力电子技术》、《计算机应用技术》、《机车总体》、《列车网络控制技术》等基础和专业课程的知识来分析城轨列车、大功率机车及高速动车组上的网络控制系统。

3要求学生有一定的电子电路，轨道交通专业基础。

4、设计参考书

1、《列车网络控制技术原理与应用》

2、《动车组网络控制系统》

3、《CRH2型动车组》、《CRH5型动车组》

4、《HXD大功率机车》

5、设计说明书要求

1、封面

2、目录

3、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、计算、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、毕业设计进程安排

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容辅导。

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

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。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，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、设计的基本容和主要方法、成果结论和评价。

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、设计与计算方法、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。

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，文字注释必须使用工程字书写。

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动车组的九大关键技术之一，因此建立可靠安全的车载通信网络是十分必要的。

首先分析了列车网络系统的体系结构，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经过几十年的工作采用了一个用于规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ARCnet和TCN两种车载通信网络，并总结出各自的优势。

ARCnet用于CRH2动车组，TCN用于CRH1、CRH3和CRH5动车组。

本设计说明书针对TCN、ARCnet等常见列车通信网络，分析其通信原理和通信特点，同时对列车网络控制技术的发展历史与现状进行阐述分析，着重分析HXD2型电力机车网络控制系统的拓扑结构、控制功能、硬件组成及工作原理，指出网络控制系统中常见的故障现象，阐述其故障应急处理方法。

关键词：

HXD2电力机车　　列车网络技术　　故障应急处理

ABSTRACT

Withtheincreaseoftrainspeed,trainnetworkcontrolsystemismoreandmoreimportant.Atthesametime,trainnetworkcontrolsystemisoneofthekeytechnologiesinnineofEMU,thereforetheestablishmentofvehicularcommunicationnetworksecurityisverynecessary.

Thispaperfirstanalyzesthearchitectureoftrainnetworksystem,functionmoduleandvehiclecommunicationnetworktopologystructure,transmissioninformationetc..

ThenintroducesIEC-61375standard,namelythetraincommunicationnetwork（TCN）standardisIECcombinedwithUICafterdecadesofworkbyusingastandardcarequipmentfordatacommunicationstandard.Thispaperintroducesthebasicstructure,theTCNnetworkprotocol,datatransmissionandmediaaccessmode.Andadetaileddiscussionofthephysicallayer,WTBandMVBbusmessage,mediaaccessandlinklayercontrol.

ThencomparesARCnetandTCNtwokindsofvehicularcommunicationnetworkanalysis,andsumsuptheirrespectiveadvantages.ARCnetforCRH2EMU,TCNforCRH1,CRH3andCRH5emu.

ThedesignspecificationforTCN,ARCnetandothercommontraincommunicationnetwork,analysesthecommunicationprincipleandcommunicationfeatures,thedevelopmenthistoryandcurrentsituationoftrainnetworkcontroltechnologyisanalyzed,emphasizesontheanalysisofHXD2typeelectriclocomotivetopologystructure,controlfunction,hardwarenetworkcontrolsystemcompositionandworkingprinciple,pointsoutthecommonfaultsnetworkcontrolsystem,thefaultemergencytreatmentmethod

Keywords:

HXD2electriclocomotivefaulttrainnetworkemergencytreatment

引言

提高列车运行速度是铁路技术发展的重要目标，保证列车运行安全是实现我国列车提速战略的重要保证，而列车控制系统则是实现这一重要保长的技术支持手段。

随着牵引动力交流化和列车运行速度的提高，机车和列车上采用微机实现智能化控制的部件或装置也越来越多。

各微机系统间的协调和信息交换显得越来越重要，特别是对动力分散型的动车组，为了提高旅客列车的舒适度，各种辅助装置的控制和服务装置的控制都必须纳入到这个微机控制系统中来。

因此，列车控制也由单台机车的牵引传动控制逐渐向列车的网络控制方向发展，列车网络控制技术已经成为高速动车组、城轨车辆的核心技术之一。

本设计以网络通信基础知识和计算机控制基础知识作为铺垫，在此基础上详细讲述了能够用于列车通行的几种网络标准，包括LonWorks、ARCNET、CAN等现场总线标准，TCN列车通行网络标准以及新兴的控制网络——工业以太网等。

与此对应还介绍了应用不同网络标准的CRH系列动车组网络控制系统TCMS，最后简单介绍了列车自动运行控制系统。

其主要分析是HXD2电力机车的网络通信，并详细解读HXD2电力机车的各项网络知识。

第一章　网络控制系统的概述

1.1网络控制系统的概念

网络控制系统又被成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。

侠义的网络控制系统是以网络为基础，事先传感器、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，基于现成总线技术的网络控制系统就可以堪称是一种侠义的网络控制系统。

广义的网络控制系统不但包括侠义的网络控制系统在，还包括通过Iternet、企业信息网络以及企业部网络，事先对工厂车间、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布等。

列车网络控制系统主要实现对列车关键设备运行状态监视，并根据需要对设备进行远程控制．列车网络控制系统集列车控制系统、故障检测与诊断系统以放客信息腥务系统于一体，以车载微机为主要技术手段，通过网络实现列车各系统之间的信息交换，最终达到对车载设备的集散式监视。

控制和管理的目的，实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化．

通过列车网络连接的列车上各智能控制单元通过传输过程数据、消息数据和监督数据柬实现列车的控制，诊断以及列车状态评估．而其他未与列车网络连接的智C2控制单元则通过硬连线的连接来实现其控制功能．

列车网络控制系统实现以下主要控制功能：

（1）实现各动力车的重联控制．

（2）实现全列车（动车和拖车）所有由计算机控制的单元联网通信

和资潭共享．

（3）实现全列车的制动控制、门控制、空调控制及轴温检测等功

能．

1.2网络控制系统的组成结构及层次模型

网络