毕业设计 城轨车辆网络控制系统的分析及故障排除 - 图文(2)

ABSTRACT

With 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 a core component of the system, is the 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 system

Troubleshooting

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目 录

2014届毕业设计任务书 ............................................................................................................. - 1 - 第１章 列车网络控制系统的概述 ............................................................................................ - 7 -

1.1 列车网络控制系统的概念 .......................................................................................... - 7 - 1.2 列车网络控制系统的产生和发展 .............................................................................. - 7 - 1.3 TCN列车网络的现状及发展趋势 ............................................................................. - 10 - 1.4列车网络控制系统功能与特点 ................................................................................. - 12 - 1.5 列车网络控制系统与传统机车微机控制系统的区别 ............................................ - 12 - 第2章 列车网络通信标准...................................................................................................... - 14 -

2.1 现场总线 .................................................................................................................... - 14 - 2.2 TCN列车通信网络 ..................................................................................................... - 19 - 2.3 工业以太网 ................................................................................................................ - 21 - 第3章 常见列车网络控制系统 ............................................................................................ - 25 -

3.1.SIBAS系统 ................................................................................................................. - 25 - 3.2. MITRAC.系统 ............................................................................................................ - 25 - 3.3. AGATE系统 ............................................................................................................... - 28 - 3.4 TIMS管理系统及其结构 ........................................................................................... - 29 - 3.5. TIS信息系统 ........................................................................................................... - 30 - 3.6. DETECS系统 ............................................................................................................. - 31 - 第4章 城轨列车网络控制系统 .............................................................................................. - 35 -

4.1 成铁１号线列车网络控制系统 ................................................................................ - 35 - 4.2 广铁３号线列车网络控制系统 ................................................................................ - 38 - 4.3 城轨列车网络控制系统对比 .................................................................................... - 40 - 第5章 列车网络控制系统常见故障的分析与处理 .............................................................. - 41 -

5.1 MVB总线通信网络中断 ............................................................................................. - 41 - 5.2列车控制和诊断系统 ................................................................................................. - 41 - 5.3总线/列车线信号检测时间的限制 ........................................................................... - 42 - 5.4 软件设计缺陷 ............................................................................................................ - 43 - 5.5北京地铁10号线故障分析 ....................................................................................... - 43 - 第6章 总结 ............................................................................................................................. - 45 - 心得体会 .................................................................................................................................... - 46 - 参考文献 .................................................................................................................................... - 47 -

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第１章 列车网络控制系统的概述

1.1 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。列车网络控制系统是列车的核心部件，它包括以实现各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。列车网络系统的发展过程从系统功能来看经历了由单一的牵引控制到车辆（列车）控制，再到现在已经进入分布式控制系统的发展阶段。

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。

1.2 列车网络控制系统的产生和发展

70年代末至80年代初，车载微机的雏形分别在西门子公司和BBC公司出现。开始仅仅是用于传动装置的控制，随着控制、服务对象的增多，人们把铁道系统依次划分为6 个层次：公司管理、铁路运营、列车控制、机车车辆控制、传动控制和过程驱动，于是列车通信网络在初期的串行通信总线的基础上应运而生，并从原来不同公司的企业标准推向国际标准，逐步形成了列车通信与控制系统的标准化、模块化的硬件系列和全方位的开发、调试、维护、管理软件工具。

1988年IEC第9 技术委员会TC9成立了第22工作组WG22，其任务是制订一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂，车上的可编程电子设备能够互换。

1992年6 月, TC9WG22以委员会草案CD（committee Draft）的形式向各国发出列车通信网TCN（Train Communication Network）的征求意见稿。该稿分成4个部分：第1 部分总体结构，第2 部分实时协议，第3 部分多功能车辆总线MVB，第4部分绞式列车总线WTB。

总体结构把列车通信网规定为由多功能车辆总线MVB和绞式列车总线WTB组成。MVB的传输介质可以是双绞线，也可以是光纤。在后一种场合，其跨距为

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2000m，最多可连接256个职能总线站。数据划分为过程数据、消息数据和监管数据。对过程数据的传输作了优化。发送的基本周期是lms或 2ms。

WTB的传输介质为双绞线，最多可连接32个节点，总线跨距860m。WTB具有列车初运行和接触处防氧化功能。发送的基本周期是25ms。

1994年5 月至1995年9 月，欧洲铁路研究所（ERRI）耗资300万美元，在瑞士的Interlaken至荷兰的阿姆斯特丹的区段，对由瑞士SBB、德国DB、意大利FS、荷兰NS的车辆编组成的运营试验列车进行了全面的TCN试验。

1999年6 月，TCN标准草案正式成为国际标准，即IEC61735。该标准对列车通信网络的总体结构、连接各车辆的列车总线、连接车辆内部各智能设备的车辆总线及过程数据等内容进行了详细的规定。列车通信网络的标准化对目前和将来的开发设计提供了一个良好的基础，现已交付或投入运营的采用TCN的车辆达600辆以上，装备TCN的车辆数量正在迅速增长，Adtranz、Firema、Siemens等车辆制造工厂的所有新项目均以TCN为基础。

我国列车通信网络的发展可以追溯到1991年，株洲电力机车研究所在购买ABB公司的牵引控制系统开发工具特别是软件开发工具的基础上，联合路内高被开发出了建国第一套力机车微机控制装置，安装于SS40038 电力机车上。在该装置中，系统被明确划分为人机界面显示级、机车控制级和传动控制级三级,级与级之间通过串行总线连接，形成了二级总线的雏形。其中连接司机台显示器与机车控制级之间的显示总线在“春城”号动力分散电动车组上扩展为贯穿列车连接各动力车的机车控制级与司机台显示器的列车显示总线：连接机车控制级与传动控制级的近程控制器总线在“先锋”号动力分散交流传动电动车组上扩展为连接动力车节点与传动控制单元和ATP的中程控制器总线。

近年来，国内机车车辆工业发展迅速，相继开发成功了动车组、200公里高速车等产品，以及目前尚处于开发研制阶段的摆式列车、轻轨车等产品。这些产品需要对列车的运行状况和故障做出快速准确的判断和处理，而传统的机车车辆控制技术已不能满足这方面的要求。同时，随着电子技术的飞速发展，应用于车辆上的智能设备也越来越多，如集中轴报、电动塞拉门、电子防滑器、电空制动、信息显示等系统都装在K型车上。这些系统需要配备大量的控制线路，且有的系统自成一个小型网络，使一个车辆有多种网络存在，各系统间的数据不能共享，信号重复检测。为解决上述存在的问题，引入列车通信网络技术将全列车的智能用电设备连接起来，达到数据共享是非常必要的。90年代中期，随着动车组在

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我国升温，对列车通信网络特别是机车的重联控制通信的需求十分迫切。一方面，铁道部开展了列车通信网络研究课题，另一方面路内外许多单位也先后自发地开展了自我开发、联合开发或技术引进工作，这些工作主线局域网、现场总线、TCN、通信介质、基于RS485的通信协议等领域展开。如：上海铁道大学与株洲电力机车研究所合作开发的基于ARCNET的列车总线和基于HDLC的车辆总线的列车通信网络的研究；上海铁道大学用CAN作为连接司机台和列车控制单元的局部总线的研究；国防科技大学用CAN作为磁悬浮列车的列车总线的研究；西南交通大学用 RS485+议作为摆式列车倾摆特制总线的研究；北方交通大学对通信介质及其转换的研究；大同机车厂对列车通信网结构及其协议的研究和对BITBUS的研究；株洲电力机车研究所的基于FSK的列车通信的研究，基于RS485＋协议的局部总线的研究，基于Lonworks的列车总线和局部总线的研究，CAN总线用于列车监控装置和摆式列车局部控制总线的研究，基于ModBus的I/O局部总线的研究，MVB、WTB的研究等以及国产化的MVB产品与其他公司的MVB产品的兼容性试验；四方机车车辆研究所、铁道科学研究院、西南交通大学、武进市剑湖铁路客车附件厂、武汉正远公司等对Lonworks、MVB、WTB进行了研究。购买了或准备购买Lonworks、MVB、WTB的开发工具。

以上这些研究，有一些成果得到了应用，其中，“新曙光”号是首列采用Lonworks列车总线技术的内燃动车组。在该项目中，Lonworks列车总线网卡插在成熟的内燃机车微机控制装置EXP机箱中。首尾动力车的重联通信通过Lonworks列车总线以显式报文方式实现，而EXP机箱内的主CPU通过机箱背部的并行FE总线访问网卡上的双口RAM实现信息交换。“神州”号Lonworks 列车重联通信与此类似，但采用了二路，即设置了一路Lonworks冗余通道。

“先锋”号是首列采用了株洲电力机车研究所的TEC列车通信与控制系统的动力分散交流传动电动车组。在该项目中，每节动车或拖车上都有一个列车总线节点，列车总线贯穿全列车连接各个节点。在每节动车或拖车内，各智能控制设备通过MVB或控制器总线与节点交换信息。在司机台显示器上可以选择查看全列车各个设备的状态。

“中原之星”号是第二列采用TEC技术的动力分散交流传动电动车组。该项目与“先锋“号项目的主要区别是采用了MVB光缆连接一个车组单元内三节车的所有智能控制设备（大部分布置在车辆的地板底下）。 而整列车仅设置了2个列车总线节点，即每个车组单元只设置1个列车总线节点。从而从列车总线往下着，好象整个列车是由2 个基本运转单元构成，简化了控制信号在列车总线上的传递。另外，“中原之星”号的车辆总线、列车总线、列车控制单元、某些重要设

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