CRH380BL动车组信息网络.docx
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CRH380BL动车组信息网络
第六章动车组信息网络
为实现车载数据通信的国际标准化，国际电工技术委员会IEC于1999年通过了一项列车通信网络专用标准TCN（IEC-61375-1）。
该标准将列车通信网络分为列车级通信网络WTB（绞接式列车总线）和车辆级通信网络MVB（多功能车辆总线）。
第一节信息及网络系统
一、通信与网络原理
CRH380B（L）动车组列车通信和控制网络以及子系统和传统电路技术形成了列车总体网络控制系统。
列车控制网络TCN包括列车级通信网络WTB（绞接式列车总线）和车辆级通信网络MVB（多功能车辆总线），这两个系统都采用了双路冗余线传输。
列车级通信网络WTB用于经常联挂和解编的重联车辆，具有可变的拓扑结构。
多功能车辆总线MVB用于每辆车或一个牵引单元内设备之间的数据通信，具有固定的拓扑结构。
为了提高可用性，使用一个主链结构实现车辆总线MVB的拓扑结构，MVB分支段通过中继器连接至主链上。
该结构的优点在于如果车内一个MVB分支段出现故障，不会对本牵引单元其他车的通信产生影响。
CRH380B（L）动车组网络拓扑结构如图6-1所示。
图6-1CRH380B（L）动车组网络拓扑结构示意图（头车）
二、列车通信网络的构成与功能
CRH380B（L）型网络控制系统设备包括：
中央控制单元、人机接口显示屏、牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元、输入输出模块及温度采集单元、中继器等，如图6-2所示。
图6-2动车组网络系统设备示意图（局部）
（一）中央控制单元（CCU）
1.CCU的组成
CRH380B（L）动车组每个牵引单元内有两个CCU，其中一个CCU以主控CCU方式工作，另一个以从控CCU方式工作。
中央控制单元（CCU）由MVB32板卡、各控制板卡及网关板卡等元件组成，如图8-3所示。
图6-3动车组中央控制单元CCU
（1）网关：
每个牵引单元有两个网关，但只有加载在主CCU上的网关参与WTB和MVB通讯,从CCU上的网关不工作。
网关负责从列车总线（WTB）到车辆总线（MVB）的处理数据的信号编辑和信息数据发送，反过来也一样。
此外，网关还进行列车命名工作，包括“TCN命名”和“逻辑命名”，以及提供确定出来的配置。
（2）CPU模块：
它由一个中央处理单元构成，配置了一个586CPU，通过两个基座插头与SIBAS系统连接。
在插头X1上SIBAS总线接口被引了出来，在插头X2上是外围信号和CAN接口。
（3）输入输出模块（IOM）：
输入/输出模块用于中央处理单元和SIBAS32的所有输入/输出模块的接口，其通过数据总线和地址总线与中央处理单元相连接，此模块可以实现23个外部模拟信号和2个内部模拟信号的模拟/数字转换。
（4）MVB模块：
它是一个与TCN标准一致的通讯记录的子处理单元。
除了微处理器和一个MVB控制器之外，在模块上还有不同的存储器和外围元件。
（5）输入输出模块（IOA）：
此输入/输出模块用于处理不同的模拟和数字/二进制信号。
（6）变流器110V二进制输入模块：
用于110V电压信号输入。
（7）接触器驱动110V二进制输出模块：
用于≤110V电压信号的输出。
（8）抗干扰110V滤波器模块：
该模块可在高干扰电压下保护SIBAS32控制装置，消除短时间的电压波动影响。
（9）电源启动模块：
该模块用于一、二次电源低电压监控和控制系统的接通和断开，一次电源通过模块前面插头连接，并提供了20A和10A两种电源接线。
在CCU启动过程中，接通电源的瞬间启动电流较大，但时间很短。
该模块允许出现瞬间的过流，但对正常工作后产生的过流，模块将作为不稳定的电源供应，并切断电源。
（10）一次电流监控模块：
该模块作为变压器保护系统安装在SIBAS32的控制装置中，其运行模式通过软件进行设置。
（11）变流器模块：
为SIBAS机箱提供电源。
2.CCU的功能
在占用司机室里的主CCU为列车主控CCU，除了主控CCU的功能外，它还接管整个车组更高级的控制。
主CCU负责本牵引单元的车辆控制,从列车总线（WTB）读取指令和信息，并向列车总线（WTB）和外围发送控制信号和反馈信息。
CCU通过收集分布式输入/输出设备和连接到MVB总线上的其他设备信号，进行逻辑判断后发布指令，对动车组实施控制。
（1）管理WTB和MVB
每个MVB网络段的主CCU均形成一个网关；配备WTB技术的CRH3总是采用相邻MVB网络段重联的方式运行；主CCU是MVB总线管理器；主CCU对总线参与者及MVB通道A及通道B进行通信监控及诊断。
（2）控制列车及本车MVB总线
主CCU向车组发出命令（牵引/制动命令、门释放、空调开/关、主电路接通/断开等等），在本MVB内发送控制命令，采集所有MVB参与者的状态信息并通过MVB进行分析，采集车组所有MVB状态并为整列车组进行分析。
（3）控制主电路部件动作
主CCU采集在整个动车组范围内有效的关于主电路的司机指令，并通过列车总线WTB发送；每个车辆总线MVB采集列车主CCU的指令及主电路部件的通电状态；根据各个主电路部件的开关指令及通电状态诊断主电路部件。
（4）处理牵引控制单元（TCU）、制动控制单元（BCU）、辅助变流器单元（ACU）、门控单元（DCU）与空调控制（HVAC）单元的指令。
（5）控制信号灯与室内照明。
（6）实现车辆诊断功能。
（7）控制自动安全装置。
（8）可视化显示通过WTB传输的状态数据实现。
除此之外,主CCU还具有以下作用：
设定牵引控制单元牵引点设置；变压器保护；控制车载电源；前端连接和前端活动阀门的控制；监控安全回路、火警系统和转向架的诊断情况；通过分散的输入输出站（SIBAS-KLIP,MVB-CompactI/O）对数字和模拟输入和输出进行控制；停放制动控制；通过所属网关连接到列车总线（WTB），确定和检测动车组和重联车组的配置。
从CCU与主CCU运行相同的程序，其不能对过程主动进行控制。
从CCU可以监控主CCU工作状态，并在主CCU发生故障时随时接替主CCU的工作。
主、从CCU都有对高压设备进行主动保护功能。
所有由CCU监控的部件的故障状态都储存在CCU中并传送至动车组的显示界面。
2.人机接口显示屏
人机接口显示屏是动车组的信息显示和输入设备，也是动车组的中央诊断系统。
人机界面HMI位于司机室和乘务员室，主要承担的任务有：
动车组的人机操作接口；为动车组和牵引单元提供诊断系统；通过发出声音信号，通知司机有关列车控制方面的特殊信息。
3.牵引控制单元
牵引控制单元主要由中央控制单元、信号处理器、信号输入输出模块、MVB通信模块和电源模块等组成。
信号处理器实现所有实时牵引控制功能，以减轻中央控制单元的数据处理任务。
4.制动控制单元
每辆头车各设有两个相互冗余的制动控制单元,其它拖车各有两个制动控制单元，中间动车各有一个制动控制单元。
制动控制单元用于实现制动装置的控制和诊断，包括防滑控制等功能。
5.辅助控制单元
CRH380B（L）动车组拖车上的辅助变流器控制单元与MVB相连。
辅助变流器用于提供三相440VAC60Hz电压，也可以通过外接插座得到三相400VAC50Hz电源。
6.输入输出模块及温度采集单元
（1）分布式输入/输出设备KLIP站
KLIP站是由许多不同模块组成的数字分布式输入、输出设备。
通过车辆总线（MVB）与CCU进行通讯，可以将被监控设备的状态信息传输给CCU，或执行CCU的指令。
如图6-4所示。
图6-4分布式输入/输出设备KLIP站
（2）紧凑式I/O模块
MVB-CompactI/O是许多固定的输入和输出通道的集成装置，用于接收司机室发出的专门信号，例如，来自按钮、开关、指示器、断路器、编码插头和主控制器。
如图6-5所示。
图6-5紧凑式I/O模块
（3）紧凑式PT100
紧凑式PT100是许多固定的输入和输出通道的集成装置，具有对模拟量进行输入输出的功能，主要用于接收来自温度传感器的信号，例如轴温报警、牵引电机轴承温度、齿轮箱大小齿轮温度等信号，通过检测值限定列车运行速度。
如图6-6所示。
图6-6紧凑式PT100
（4）中继器
中继器是连接网络线路的一种装置，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离通信。
如图6-7所示。
图6-7中继器
7.其他
CRH380B（L）动车组网络控制系统设备还包括充电机控制单元、车门控制单元、HAVC控制单元、PIS系统、火警控制单元。
三、安全环路
为进一步提高动车组运行的安全性和可靠性，设计了以“故障导向安全”为原则的安全环路,它将影响动车组安全运行的各种不安全因素串入到安全环路中,使动车组在特殊情况下能够安全停车。
（一）安全环路结构
安全环路由环路中断器（LIA）、环路控制线（LCL）、环路状态线（LSL）及环路状态继电器（LP）组成。
动车组安全环路结构如图6-8所示。
图6-8安全环路结构示意图
（二）安全环路作用原理
当动车组蓄电池电源打开，110V电源向列车环路控制线供电，列车环路控制通过布置于整列车直到尾部端车的监控接触元件（环路中断器）实现，环路控制线的信息传递到尾部端车环路状态线中，该控制线按顺序将信息传递到整列车，并由环路状态评估元件（环路状态继电器）执行一个实际环路状态探测。
在环路断电时环路控制线及状态线也会失电，环路状态继电器失电，各车的环路状态继电器响应控制线及状态线的变化，对列车或单车执行对应操作。
（三）动车组安全环路简介
1.紧急制动环路
紧急制动环路的任务是将动车组运行途中不安全因素诱发的紧急制动请求传递给列车内各制动部件，各制动组件通过评估紧急制动环路状况，触发紧急制动动作，为动车组提供最大制动力，确保动车组能够安全停车。
2.转向架监控环路
转向架监控环路监测轴端轴承的温度以及动车组所有转向架的运行平稳性（运行平稳性监测），当限值被超出且紧急制动未生效时，可断开转向架监测回路，进而通过串联在紧急制动环路中的转向架监控环路状态继电器触发紧急制动停车。
3.停放制动监控环路
停放制动监控环路负责监控停放制动的施加状态，在列车行驶过程中如果错误施加了停放制动，司机室HMI屏会发出声音信号，同时停放制动状态继电器还会通过中断的紧急制动回路触发紧急制动停车，此举可确保停放制动盘不会被过度磨损或过热。
4.制动缓解环路
制动缓解环路负责监控空气制动的施加状态，在列车行驶过程中如果错误施加了空气制动，可通过封锁牵引的方式确保制动盘不会被过度磨损或过热。
5.火灾报警环路
当动车组出现火灾时，火警环路将发出火警信号。
如果通过环路报告了火警信息，司机室中将出现视讯信号。
6.旅客紧急制动环路
旅客通过客室旅客紧急制动手柄断开旅客紧急制动环路，进而向司机室发出旅客紧急制动请求，并使头车的制动控制单元（中央制动管理）输出最大常用制动。
第二节终端装置
CRH380B（L）型网络控制终端装置主要包括：
牵引控制单元、制动控制单元、辅助控制单元、人机接口显示屏，其他还包括充电机控制单元、车门控制单元、HAVC控制单元、PIS系统、火警控制单元。
各设备之间通过加载在主CCU上的网关参与WTB和MVB通讯。
指令的收集和反馈通过凑式I/O模块中的固定输入和输出通道，接收司机室发出的专门信号，例如，来自按钮、开关、指示器、断路器、编码插头和主控制器。
终端装置的各设备是网络设备的组成部分，通过网络控制能够实现对全列车的牵引控制、制动控制、高压系统控制、辅助系统控制、及空调控制等控制功能。
一、终端装置主要设备组成
（一）牵引控制单元
牵引控制单元主要由中央控制单元、信号处理器、信号输入输出模块、MVB通信模块和电源模块等组成。
信号处理器实现所有实时牵引控制功能，以减轻中央控制单元的数据处理任务。
如图6-9所示
图6-9牵引控制单元
在网络终端上，牵引控制单元处理和完成以下指令和功能
1.TCU上电/断电控制；
2.牵引力设定值处理；
3.切除TCU；
4.牵引指令生成；
5.隔离TCU的主断释放接触器；
6.牵引封锁；
7.TCU产生的分主断；
8.4QS封锁；
9.运行方向确定；
10.TCU工作状态反馈。
（二）制动控制单元
每辆头车各设有两个相互冗余的制动控制单元,其它拖车各有两个制动控制单元，03、06、11（CRH380BL）、14（CRH380BL）车各有一个制动控制单元。
制动控制单元用于实现制动装置的控制和诊断，包括防滑控制功能。
如图6-10所示
图6-10制动控制单元
在网络终端上，制动控制单元处理和完成以下指令和功能
1.紧急制动指令；
2.辅助压缩机供风请求；
3.常用全制动指令；
4.报告主压缩机供电状态。
（三）辅助控制单元
辅助变流器控制单元与MVB相连。
辅助变流器用于提供3×440VAC60Hz电压，可以通过外接插座得到3×400VAC50Hz电源。
如图6-11所示
图6-11辅助控制单元
在网络终端上，辅助控制单元处理和完成以下指令和功能
1.充电机控制；
2.ACU控制；
3.DC负载上电顺序控制；
4.AC冗余供电控制；
5.DC供电线路监测；
6.AC负载管理（上电顺序/断电）；
7.外部供电；
8.AC供电线路监测。
（四）人机接口HMI
人机接口HMI作为动车组和重联列车的信息显示和输入设备。
提供动车组和重联列车的中央诊断系统；向司机发送有关控制事件的音频信号。
如图6-12所示
图6-12人机接口HMI
二、终端装置其他设备
（一）充电机控制单元
充电机安装在BC04和FC05上，充电机控制单元与MVB相连。
充电机将3×440VAC60Hz电变换为110VDC负载所需的供电电压和蓄电池充电电压。
如图6-13所示
图6-13充电机控制单元
（二）车门控制单元
每辆车有一个车门控制单元与车辆总线（MVB）相连，该门控单元再通过CAN总线与本车的其它门控单元连接。
车门控制单元可以完成内外车门的全部控制功能。
如图6-14所示
图6-14车门控制单元
（三）HAVC控制单元（空调控制单元）
在每辆车上，HVAC的控制单元与MVB相连，用于实现中央控制和诊断。
空调系统的基本功能通过司机HMI和餐车的列车员HMI进行操作。
如图6-15所示
图6-15空调控制单元
（四）PIS-STC（旅客信息系统的中央控制器）
旅客信息系统用于实现旅客视听信息、列车员通讯和旅客娱乐等功能。
旅客信息系统的中央控制器（PIS-STC）与MVB连接。
如图6-16所示
图6-17旅客信息系统的中央控制器
（五）火警控制单元
火灾报警系统是一个带有烟雾探测器和火灾报警中心的自动控制系统，通过KLIP站连接到列车通讯控制系统。
如图6-18所示：
图6-18火警控制单元
三、人机界面HMI
每个司机室的司机操纵台均有左、右两个HMI显示屏，每个显示屏按照司机室是否被占用具备以下功能：
1.司机操作台左侧HMI显示屏：
操纵端司机室：
⑴司机HMI功能，例如语言选择和故障显示；
⑵控制和监测除制动系统之外的车辆系统；
⑶显示冗余司机操纵台右侧HMI的控制和监测功能；
非操纵端司机室:
显示冗余乘务员HMI的控制和监测功能；
2.司机操纵台右侧HMI显示屏:
操纵端司机室：
⑴司机HMI功能，如语言选择和故障显示；
⑵控制和监测制动系统；
⑶显示冗余司机操作台左侧HMI的控制和监测功能；
⑷乘务员室装有一个乘务员HMI，可提供车辆技术并开展如内部照明和空调等操作。
非操纵端司机室:
显示冗余乘务员HMI的控制和监测功能.
司机HMI显示屏结构如图6-24所示，司机操纵台上的左、右两个司机HMI显示屏结构布局相同。
按照功能区分为：
1、显示屏区域；
2、硬件操作区；
3、光标和输入硬件区；
4、键盘软件（10位）区域。
图6-19HMI显示屏
表6-1硬件按钮功能
硬键
名称
功能
HMI显示器开关按钮
在屏幕背光开和关之间切换。
该操作仅适用于相同的显示器。
亮度对话框按钮
调节背光亮度。
日、夜切换按钮
在日/夜设计模式间切换，对于司机室两个HMI均适用。
语言选择按钮
更改显示器语言，对于司机室两个HMI均适用。
信息按钮盒
1、访问由工厂维修人员输入的特定车辆信息。
2、查看司机室HMI和乘务员室HMI上的操作信息和描述。
故障总揽按钮
访问故障总揽，将选择栏设置为最新未确认故障。
行使期间（V>0）
校正按钮
列车行使期间，显示器校正
停止（V<0）
校正按钮
列车停止时，显示器校正
显示器切换
切换至其他司机HMI上的显示功能（例如，从右司机HM上访问左司机HMI的屏幕）。
修正值
1、终止输入。
2、返回至上一层显示屏。
光标硬键
1、在同页中上、下逐行切换光标所在行，需要时，可适当滚动浏览。
2、在屏幕中将光标向左/右/上/下移动一位，在该屏幕中，列车可操作组件以逐车矩阵（如光开关矩阵）的形式显示，也可进行多次（数字）输入。
输入
输入或确认输入
.........
键盘软键
使用键盘软键可以访问显示屏，显示屏内容与各屏幕上的软键含义相同。
相应的含义将在软键上方区域出现。
五、CRH380B（L）动车组HMI屏幕画面布局，如图6-20所示。
图：
6-20HMI布局
1.标题栏、1a列车编号、1b屏幕标题、1c日期、1d时间；2.显示区；3.状态栏；4.功能键栏。
2.列车运行状态状态栏：
⑴列车运行状态显示栏显示指示灯和故障指示器的信息。
除乘务员冗余模式外，所有的司机显示屏中都会显示指示灯信息。
⑵在乘务员冗余模式下，乘务员显示屏仅显示“乘务员显示器”和“司机门释放”指示灯的信息，状态屏幕仅显示（司机室更换）指示灯。
⑶故障指示器显示的包括车辆编号和子系统代码信息，作为短消息显示在状态栏（三个功能键的宽度）的最右边的字段显示，同时发出声信号。
3.功能键栏：
功能键栏将显示所有当前可操作的功能键。
4.显示屏幕元器件，显示屏幕中包括：
可操作元件和不可操作元件。
操作者可以先选择后改变可操作件，例如，空调控制的操作元件（开、关）或牵引控制元件（受电工的升降、接通或切断主断路器）。
5.这些元件可以通过光标硬键来选择。
选定的元件、字符段将会突出显示和（或）闪烁，可以通过软键来改变和操作这些元件。
六、CRH380B（L）型动车组HMI显示不可控元件
不可操作元件：
1.列车部件的状态（例如外乘客门关闭、打开）；
2.列车相关读数（例如接触网电压）；
3.运行顺序（例如远程数据传输运行中的“数据传输运行”指示符）；
4.不可操作元件的信息通过所附符号或文字在屏幕中自说明。
5.各种可操作和不可操作元件及其含义显示在屏幕（硬键）中。
工作中的显示屏
（1）可操作项目的显示界面，如图6-21,6-22所示。
图6-21HMI可操作项目的显示界面1
图：
6-22HMI可操作项目的显示界面2
（2）不可操作项的显示界面，如图6-23、图-24、图-25、图-26、图-27、图-28和图-29所示：
图6-23HMI不可操作项的显示界面1
图6-24HMI不可操作项的显示界面2
图6-25HMI不可操作项的显示界面3
图6-26HMI不可操作项的显示界面4
图6-27HMI不可操作项的显示界面5
图6-28HMI不可操作项的显示界面6
图6-29HMI不可操作项的显示界面7
七、（人机界面）中的故障管理
（一）故障指示
HMI显示的是重要的车辆系统的功能限制。
故障管理的操作方法适用于动车组所有的5个显示器（4个司机的HMI，1个乘务员的HMI）。
出现未定故障时，分为两种状态：
（1）当前未定故障自发生后，还未经司机或乘务员处理。
（2）确认故障消息显示故障尚未修复，处于待定状态。
通过选择相应的补救性消息确认故障。
注：
故障总览中不会显示已排除（复位）的故障。
当前的故障显示在每个屏幕画面状态行右侧的黄色字段形成“故障指示图标”，该图标具有两种未定故障状态：
（1）此字段将闪烁显示车号以及最近未确认故障的操作码。
（2）如几种未确认的故障同时存在，则只显示最近故障。
选择“故障总揽按钮”键将按故障发生的顺序显示故障消息。
最近发生的故障消息将列在首位。
每种故障，除车号和操作码外，还显示发生的日期和时间和短报告。
已确认的故障均在消息行的开始标有“*”标记。
单个故障则可使用光标选择。
当前选择的故障均带白色边缘。
当选定（故障总览）画面后，光标将自动置于第一个未确认的消息前。
使用“删除标记”功能键可将所有故障消息的确认标记删除。
使用“报告”软键可调出每种未定故障的故障说明。
使用（故障总览）功能键，用户可以返回故障总览画面，用“返回”功能键，用户可以选择最后选定的HMI画面。
（3）当前未定故障的HMI（人机界面）操作
对于当前的未确认故障，可直接选择两种帮助文本，即在行驶（V>0）或静止（V>0）时，使用“行驶期间”或“停止”硬键查看帮助文本。
此故障通过选择帮助文本屏幕画面来确认。
还可使用（故障总览）硬键选择故障总览页面。
这样就可以选择当前的未确认故障并及时顺序启动修复措施。
更多有关未确认故障的详尽信息，可操作“报告”软键。
注意：
针对不同的列车的运动状态（v=0，v>0）同一故障相应的补救措施也不同，因此必需选择正确画面。
八、HMI上的位置和独立状态诊断信息
当前所有司机人机界面上相关的的故障消息可通过操作硬键选择显示在故障总览页面中。
每条故障消息均显示车号，子系统的名称以及短故障文本和故障发生时间。
最近的故障显示在列表的顶部，按时间顺序以此向下排列。
已确认故障（即你已访问的此故障的帮助文本）标有“*”。
已解决的故障（清除的）则从此列表中除去。
注意：
某些修正措施画面允许直接启动切换操作及进入其他画面。
这些软键均突出显示为黄色。
九、声音输出
HMI将发出声音信号以将HMI上发生的重大变化通知给您。
这些信号分为三种声音文件：
（1）“咚-叮”声,每次故障发生时将发生此声音。
（2）“叮”声，此声音将每隔30秒产生一次，直到所有的故障信号全部确认。
（3）“昂”声，当状态栏发生重大变化时，将发出该声音（指示灯）。
十一、手动启动远程数据传输
无论列车处于行驶还使静止状态，所有已由动车组中央诊断系统自动记录以及乘务员手动记录的维修事件可提前通过远程数据传输报告给永久监测站。
1.通过功能键选择所需传输的相应数据（诊断数据或记录数据或操作数据）。
2.通过功能键“触发远程数据传输”启动数据传输。
GSM移动无线系统用于进行远程数据传输。
传输信息包括每个诊断事件的故障的诊断识别码,发生事件的车代码,以及故障发生和消失的时间。
十二、左右HMI主页面显示
CRH380B（L）动车组左侧HMI主页面为牵引信息，如图6-30、图6-31所示；右侧HMI主页面为制动信息，如图6-32、图6-33所示。
图6-30CRH380BL动车组左侧HMI屏牵引主页面
图6-31CRH380B动车组左侧HMI屏牵引主页面
图6-32CRH380BL右侧HMI屏制动主页面
图6-33CRH380B右侧HMI屏制动主页面
（一）左侧HMI显示页
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