列车网络控制系统.docx
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列车网络控制系统
2014届毕业设计任务书
列车网络控制系统剖析及故障清除
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
达成日期
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剖析及故障清除
二、指导老师：
陶燕
三、设计内容与要求：
1、课题概括:
跟着电力电子技术的发展，电力牵引交流传动系统逐渐代替了早期的直流牵引传动
系统，在轨道交通领域获取了宽泛应用，成为铁路实现高速和重载运输的独一选择和主
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零件，是列车运行的神
经中枢系统。
剖析该系统的工作原理，掌握常有故障的办理方法有着特别重要的现实意
义。
本课题主要剖析电力牵引交流传动控制系统的构成构造及各构成零件的主要功能原
理，以及常有的交流传动控制技术；剖析系统常有的故障现象及应急办理方法。
2、设计内容与要求：
（1）设计内容
本课题下设3个子课题：
①CRH动车组交流传动控制系统的剖析及故障清除
②HXD交传机车传动控制系统的剖析及故障清除
③城轨车辆交流传动控制系统的剖析及故障清除每个子课题设计的主要内容可包含：
a.电力牵引交流传动控制系统的发展历史及现状剖析
b.电力牵引交流传动控制系统的构成构造剖析
c.电力牵引交流传动控制系统主要构成零件功能和原理剖析
d.各样交流传动控制技术的对照和剖析
e.电力牵引交流传动控制系统的常有故障清除
f.结论
（2）要求
a.经过检索文件或其余方式，深入认识设计内容所需要的各样信息；
b.能够灵巧运用《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剖析电力机车交流传动控制系统。
c.要修业生有必定的电力电子，轨道交通专业基础。
四、设计参照书
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、内容纲要（200-400字左右，中英文）
4、前言
5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、剖析、论证，设计结果的说明及特
点）
6、结束语
7、附录（参照文件、图纸、资料清单等）
六、设计进度安排
第1周：
资料准备与借阅，认识课题思路。
第2-3周：
设计要求说明及课题内容指导。
第4－7周：
进行毕业设计，达成草稿。
第7-10周：
第一次检查，认识设计达成状况。
第11周：
第二次检查设计达成状况，并作好毕业辩论准备。
第12周：
毕业辩论与综合成绩评定。
七、毕业设计辩论及论文要求
1、毕业设计辩论要求
（1）辩论前三天，每个学生应准时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必需
资料交指导教师批阅，由指导教师写出批阅建议。
（2）学生辩论时，自述部分内容包含课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料
或参照文件、设计的基本内容和主要方法、成就结论和评论。
（3）辩论小组质询课题的重点问题，质询与课题亲密有关的基本理论、知识、设计
方法、实验方法、测试方法，鉴识学生独立工作能力、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），不可以手写。
文字通畅，语言流利，排版合
理，无错别字，不一样意剽窃。
3、图纸要求：
按工程制图标准制图，图面整齐，布局合理，线条粗细平均，圆弧连结圆滑，尺寸
标明规范，文字说明一定使用工程字书写。
4、曲线图表要求：
所有曲线、图表、线路图、程序框图、表示图等严禁用徒手画，一定按国家规定的标准或工程要求绘制。
摘要
跟着列车运行速度的提升,列车网络控制系统拥有愈来愈重要的意义。
同时,列车网络控制系统是城轨车辆重点技术之一,所以成立靠谱安全的车载通信网络是十分必需的。
论文第一剖析了列车网络控制系统的系统构造,功能模块及车载通信网络的拓扑构造、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网络的基本构造、
及时协议、数据传输及介质接见方式。
并详尽议论了WTB和MVB总线的物理层、报文、
介质接见及链路层控制。
其次剖析比较了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，并加以剖析。
重点词：
CRH型动车组通信网络控制系统故障清除
ABSTRACT
Withthedevelopment
of
powerelectronic
technology,electric
traction
drive
systemgraduallytooktheplaceofearlyDCtractiondrivesystem,inthecity
railtransportationhasbeenappliedextensively,becometheorbittrafficto
achieve
highspeed
and
heavyhaul
transportation
only
option
and
the
main
directionofdevelopment.TheACdrivecontrolsystemofcityrailelectric
traction
drivecontrol
isa
corecomponentof
the
system,is
thecityrailtrain
inthecentral
nervoussystem.Throughtheanalysis
of
urbanrailvehicle
traction
control
systemstructure
andprinciple,
to
graspthe
commonbreakdownprocessing
methodhasaveryimportantpracticalsignificance.
ThemaintopicofcityrailwayvehicleACdrivecontrolsysteminelectric
tractioncomponentsandeachcomponentisthemainfunctionprinciple,train
networkcontrolsystemisintroducedaswellasthecommonACdrivecontrol
technology,
analyzesthe
commonfaultsandemergencytreatmentmethod.
Andlook
forward
to
direction
of
ACdrivetechnology
of
China's
urban
rail
vehicle
equipmentmanufacturingindustrydevelopmentprospect.
Keywords:
UrbanrailvehicleElectrictractionACdriveControlsystem
Troubleshooting
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剖析....................
列车网络控制系统的观点....................................
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色.................................
TCN列车网络的发展趋向....................................
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................................................
第三章常有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构造.............................
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照..............................
第5
章列车网络控制系统常有故障................................
动车组网络控制系统的冗余设计..............................
故障对策..................................................
技术诊疗..................................................
运行性能安全监测系统......................................
第6
章结论....................................................
心得领会.......................................................
参照文件.......................................................
第１章列车网络控制系统的发展历史及现状剖析
列车网络控制系统的观点
网络控制系统又被称为鉴于网络的控制系统，它是一种完好网络化、分布化的控制系统，是经过网络构成闭环的反应控制系统
狭义的网络控制系统是以网络为基础，实现传感器、控制器和履行器等系统
各零件之间的信息交换，从而实现资源共享、远程检测与控制。
比如，鉴于现场
总线技术的网络控制系统能够当作一种狭义的网络控制系统。
广义的网络控制系
统不只包含狭义的网络控制系统在内，还包含经过Interner、公司信息网络以及公司内部网络，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、信息管理以及信息剖析等。
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邻近的，并且每个控制回路都有一个独自的控制器。
这些控制装置就地丈量出过程变量的数值，并把它与定值对比较从而获取偏差值，而后依照必定的控制规律产生控制信号，经过履行机构去控制生产过程。
运行人员分别在全厂的各处，分别管理着自己所负责的那一部分生产过程。
跟着生产规模的扩大，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推行操作控制。
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经过一致的模拟信号，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，在控制盘上连结。
运行人员能够坐在控制室纵观生产过程各处的状况，获取整个生产过程中的有关信息。
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，有益于生产
过程的安全运行。
但是，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，就一定把反应过程的变量的信号传递到集中
控制室，同时还要把控制变量传递到现场的履行机构，因此变送器、控制器和执
行器是分别的，变送器和履行器安装在现场，控制器安装在集中控制室。
并且，
因为模拟信号的传达需要一对一的物理连结，信号变化迟缓，提升计算速度与精
准度的开支、难度都很大，信号传输的抗扰乱能力也较差。
于是，人们开始追求
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年月末，计算机开始进入过程控制领域。
最先它不过用于生产过程的安全监督和操作指导，此后用于实现监察控制，这时计算机还没有直接用来控制生产过程。
到了20世纪60年月早期，计算机开始用于生产过程的直接数字控制。
但因为当时的计算机造价很高，所以经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。
因为遇到当时硬件水平的限制，计算机的靠谱性比较低，一旦计算机发生故障，全厂的生产就陷于瘫痪，所以，这类大
规模集中式的直接数字控制系统鉴于上宣布失败。
但人们从中认识到，直接数字控制系统的确有很多模拟控制系统没法比较的长处，只需解决了系统的靠谱性问题，计算机用于闭环控制仍是有希望的。
20世纪60年月中期，控制系统工程师剖析了集中控制失败的原由，提出了集散控制系统的观点。
他们假想像模拟控制系统那样，把控制功能分别在不一样的计算机中达成，并且采用控制功能，并且又比集中过程控制计算机更安全靠谱。
不过一种分别型多微办理机综合过程控制系统，又称分别型综合控制系统，又俗称集散控制系统，简称DCS，属于典型的网络控制系统。
但是，DCS也有其明显的弊端。
第一，它的构造是多级主从关系，现场设备之间相互通信一定经过主机，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，使得大批的模拟信号，好多现场仪表仍旧使用传统的4-20mA电流模拟信号，传输靠谱性差，难以数字化办理；第三，各系统设计厂家拟订独立的DCS标准，通信协议不开放，极大地限制了系统的集成与应用，不利于有关企的发展。
所以DCS从这个角度而言实质是一种封闭专用的、不拥有互可操作性分布式控制系统，且DCS造价也昂贵。
在这类状况下，用户对网络控制系统提出了开放性和降低成本的急迫要求。
为了顺眼以上潮流，客服DCS的技术瓶颈，进一步知足工业现场的需要，现场总线控制系统（FieldControlSystem，FCS）应运而生。
FCS用现场总线这一开放的、拥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完全下到现场，降低了安装成本和保护花费。
所以，FCS实质上是一种开放的、拥有可互操作性的、完全分别的分布式控制系统。
现场总线控制系统作为新一代控制系统，一方面打破了DCS系统采用专用通信网络的限制，采用了鉴于公然化、标准化的解决方案，战胜了封闭系统所造成的缺点；另一方面把DCS的集中与分别相联合的集散系统构造，变为了新式全分布式构造，把控制功能完全下放到了现场。
与传统的控制系统对比，它拥有系统
构造开放、系统集成灵巧方便、硬件智能化、传输数字化、控制计算高质量化的特色
可是FCS也有很多瓶颈问题。
第一，现有的现场总线标准种类过多，且各有各的优势和合用范围，用户怎样弃取是比较棘手的问题；其次，控制系统中假如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公司信息网络实现无
缝集成，真实实现公司级管控一体化，系统功能组态会变得相当复杂；第二，FCS在实质安全、系统靠谱性、数据传输度等方面存在一些技术瓶颈或不切合现代公司对信息的要求。
而工业以太网（Ethernet）拥有传输速度高、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、控制功能分别化、控制系统开放化，切合工业控制系统的技术发展趋向，在工业现场获取愈来愈多的应用，在控制领域中占有更为重要的地位，其技术优势特别明显，只需有以下长处：
（1）以太网是全开放、全数字化的网络，恪守网络协议，不一样厂商的设备能够很简单实现互连。
（2）以太网能实现工业控制网络与公司信息网络的无缝连结，形成公司级管控一体化的全开放网络。
（3）软硬件成本便宜。
因为以太网技术已经特别成熟，支持以太网的软硬件收到广大厂商的高度重视和宽泛支持，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。
跟着公司信息系统规模的扩大和复杂程度的提升，对信息量的需求也愈来愈大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，当前标准的以太网的通信速率为10Mb/s，100Mb/s的快速以太网已经宽泛应用，千兆以太网技术也渐渐成熟，10Gb/s的以太网也正在研究，其速率比当前现场总线要快好多。
（5）可连续发展潜力大。
在这信息瞬间万变的时代，公司的生计与发展在很大程度上依靠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快速发展和成熟，保证了以太网技术的不停地连续向前发展。
TCN列车网络的现状
在推出TCN国际标准后，鉴于TCN标准的产品需求增添，对于TCN产品的研制有了愈来愈多的单位支持，TCN列车网络在世界范围内也获取了日趋宽泛的应用。
TCN列车网络产品主要供给商
当前，TCN标准列车通信网络的推行形成以Siemens、Bombardier等大公司主导，日趋增加的第三方宽泛支持的场面。
Bombardier、Siemens等公司推出了一系列切合TCN标准的产品，诸如列车网络专用芯片（MVBC01、MVBD、AMED）以及网络及时协议（RTP）软件等。
别的，一些第三方公司（如Farsystem、Firema、EKE、Duagon、Unicontrol）
等也接踵推出了TCN网关和有关网络产品，用户能够选择需要的网络零件来集
成、开发切合自己要求的TCN网络控制系统。
其余能够供给TCN产品的公司还有：
自动控制方面的Holec、Ansaldo、AEG，制动方面的KnorrElectronic、
WestinghouseBrakes，门控方面的
IFE，采暖通风与空调方面的
Hagenuk。
此外，
一些中小公司也能供给
MVB板卡、WTB网关、及时协议文件等。
我国作
为TCN标准的拟订成员国之一，也对该标准鼎力支持。
在研发方面，我国南车、
北车公司等单位经过自主研发与技术引进相联合，当前也拥有了供给TCN有关产品的能力。
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方面也进行了宽泛研究，获得了必定的成就。
1.3.2TCN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及时性要求一般很高，只有经过靠谱、及时的列车网络技术才能达到要求。
当前采用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，包含高速列车、摆式列车、城
市轨道车辆。
我国列车网络技术采用的形式众多，但TCN技术应用的比重很大，并且采用TCN标准已经成为趋向，如和睦号动车组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）均宽泛采用。
1.3.3TCN列车网络的研究推行
自从TCN国际标准推出此后，获取了愈来愈宽泛的应用。
究其原由，离不开
TCN网络自己的及时、靠谱、安全、开放的长处，能很好地知足列车通信需求。
自然，更离不开Siemens、Bombardier等大公司竭尽全力的研发和推行，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添。
在TCN标准采用以
后，世界范围内好多研究单位踊跃地设计了相应的电路、仿真软件和考证工具，
极大地推动了TCN技术的发展。
列车网络控制系统功能与特色
列车通信网络是用于列车这一流动性大、环境恶劣、靠谱性要求高、及时性
高、与控制系统密切有关的特别环境的计算机局域网络，它属于控制网络的范围。
列车网络控制系统是列车的核心零件。
它包含以实现各样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。
其功能主要包含以下方面：
（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，使列车在各样运行条件下，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样可能需要的功能关系和电路连结，即逻辑控制
功能。
（4）实现列车运行过程中的故障信息办理，即进行故障信息的采集、办理、传输、显示和记录，并为列车乘务员供给故障的现场办理和清除的信息提示。
（5）供给列车运行的状态信息。
网络控制合用于大范围地区的控制，系统包含大批的相互交换信号信息的设备。
网络控制系统的特色是经过一系列的通信信道构成一个或多个控制闭环，同时具备信号办理、优化决议和控制操作的功能，控制器能够分别在网络中的不一样地址。
与传统的点对点控制系统对比，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、易于扩展和保护、增添了系统的灵巧性和靠谱性等特色。
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