隨著技術的進步和市場需求的變化，鐵路機車車輛工業(yè)對列車微機控制系統(tǒng)中的車載數據通信網絡提出了新的要求，期望建立一個在機車車輛內部及列車和地面控制系統(tǒng)之間交換控制命令、狀態(tài)、故障診斷信息以及旅客信息等的數據通信網絡。為此，國際電工委員會制定了IEC61375—1:1999《列車通信網絡》，它包括2種總線，即列車總線WTB和多功能車輛總線MVB,分別用來連接列車的各個車廂和車廂內的電氣設備。本文結合“北亞”號內燃動車組，研究基于TCN技術的內燃動車組列車通訊網絡。

　　“北亞”號內燃動車組是一種自帶動力、具有載客功能、成組運行的軌道交通工具，動車組設頭尾2輛動車，中間由幾節(jié)拖車組成。司機在頭車操縱，尾車不配司機。頭尾2輛車控制系統(tǒng)完全相同，并相互聯鎖，尾車控制系統(tǒng)通過列車通訊網絡接收頭車操縱指令，頭尾2輛車同步工作，頭車的監(jiān)控信息在頭車直接顯示，尾車的監(jiān)控信息可以通過通訊網絡在頭車司機臺顯示，司機在頭車上可以操縱2臺動車的各個工況。該列車通訊網絡可完成頭尾2輛動車的重聯控制、監(jiān)測并實施安全保護。

　　1　動車組列車通信網絡拓撲結構

　　“北亞”號內燃動車組采用列車控制與通訊網絡系統(tǒng)對整列車進行控制，網絡拓撲結構如圖1所示。按照TCN標準，列車通訊網絡分為2級，第1級為絞線式列車總線WTB,實現車輛間的數據通信；第2級為多功能車輛總線MVB,主要實現同一車輛內各個功能控制單元之間的數據通信。

　　每臺動車由1個微機控制裝置和1個智能顯示單元組成。在頭尾2輛動車上各裝有1臺控制機箱，每臺機箱中裝有數字量輸入/輸出單元（DI/DO）、模擬量輸入/輸出單元（AX）、車輛控制單元（VCU）、無線數據傳輸單元（GPRS板）、網關（GW）和智能顯示單元（IDU）。2臺控制機箱間采用WTB通訊；每臺控制箱內各單元之間采用MVB通訊，其介質采用電氣中距離介質EMD。

　　2　列車控制與通信網絡系統(tǒng)的組成

　　列車控制與通信網絡系統(tǒng)采用通用的EXP機箱，機箱為背板式結構。以C8051F040CPU為核心，由開關電源、數字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、無線數據傳輸單元等組成，各單元通過MVB總線與CPU進行數據交換。各插件功能介紹如下。

　　2.1　開關電源

　　采用開關電源技術，將輸入24V電源變換為+5V和±15V電源，給機箱、網關、輸入輸出單元及傳感器供電。

　　2.2　數字量輸入/輸出

　　采用光電隔離技術，接收司機控制指令及動車狀態(tài)信號，完成動車邏輯控制。

　　2.3　模擬量輸入/輸出

　　對動車速度、柴油機轉速、柴油機潤滑油壓力、柴油機冷卻水溫度信號進行采樣。

　　2.4　無線通訊模塊

　　無線數據傳輸單元是利用通用分組無線業(yè)務GPRS將動車組現場采集的數據傳輸到地面監(jiān)控站，供相關人員對機車的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。

　　2.5　車輛控制單元VCU

　　VCU主要實現系統(tǒng)的邏輯控制功能，其組成如圖2所示。具有RS—232、RS—485、CAN以及MVB通信接口，其中RS—485和CAN為功能擴充預留。

　　VCU采用C8051F040單片機，其速度可達25MIPS（使用25MHz時鐘）。具有4352字節(jié)內部數據RAM（4K+256）和64KBFLASH。

　　VCU的主要功能有：

　　（1）實現動車組的柴油機、輔助發(fā)電機、空氣壓縮機等設備的邏輯控制及故障診斷功能。

　?。?）頭尾2輛動車的VCU依靠司機鑰匙檔位定義主控微機信號來確定主控微機。當1臺VCU被定義為主控微機時，則另一臺VCU為從控微機。從控微機不具有MVB總線管理器功能。

　?。?）實現防空轉/防滑控制功能。在牽引或制動工況下，系統(tǒng)檢測輪根據空轉或滑行程度的不同，采取撒沙、降功、卸載等保護措施，以充分利用動車粘著性能，發(fā)揮牽引力。

　?。?）具有柴油機與動車電氣系統(tǒng)保護功能。動車微機實時檢測柴油機溫度、壓力、轉速等信號。若這些信號超過正常工作范圍，則根據故障的不同種類分別采取報警、降功、卸載、停機等措施對其進行保護并記錄，確保柴油機和換檔機構的正常工作。

　3　列車TCN網絡通信及重聯控制