【文章內(nèi)容簡介】 是與事件的發(fā)送相關(guān)聯(lián)的，事件是設(shè)備狀態(tài)的改變，設(shè)備狀態(tài)的改變引發(fā)發(fā)送要求。因此，事件必須得以確認(rèn)，以確保不會丟失狀態(tài)改變的信息。在此期間主節(jié)點(diǎn)向請求發(fā)送消息數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)依次發(fā)送消息數(shù)據(jù)傳送請求，收到請求的節(jié)點(diǎn)將要發(fā)送的消息數(shù)據(jù)發(fā)向目 的節(jié)點(diǎn)。這種介質(zhì)訪問方式可保證實(shí)時(shí)變量傳輸?shù)拇_定性。實(shí)時(shí)變量的最大傳送時(shí)延只與總線的基本周期有關(guān)，而與總線負(fù)載情況無關(guān)。 在過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)之間，主節(jié)點(diǎn)還發(fā)送一些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)請求以監(jiān)控總線狀態(tài)。 9 第二章 列車通信網(wǎng)絡(luò) TCN TCN的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程 TCN列車網(wǎng)絡(luò)簡介 由于世界范圍內(nèi)列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的差異，造成了多種總線技術(shù)并存的局面。除 TCN 標(biāo)準(zhǔn)的列車總線之外， WorldFIP、 LonWorks、 CAN 等其他總線形式也在列車通信網(wǎng)絡(luò)中有不同程度的運(yùn)用。上述幾種列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，絕大部分都是在其他 領(lǐng)域應(yīng)用成熟的現(xiàn)場總線技術(shù)移植到列車控制系統(tǒng)中來的。它們依據(jù)各自的標(biāo)準(zhǔn)，不便進(jìn)行互聯(lián)。于是基于制訂一種開放式列車通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種軌道車輛相互聯(lián)掛，車載可編程電子設(shè)備統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)互換的構(gòu)想， TCN 列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。 TCN列車網(wǎng)絡(luò)雛形 任何技術(shù)都不是憑空而生的， TCN 列車網(wǎng)絡(luò)也正是如此。它是由車載微機(jī)系統(tǒng)發(fā)展而來，在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上加以遴選、改進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)化而形成的。其主要參考的模型則是 Siemens 公司的 SIBAS 系統(tǒng)和 Adtranz 公司的 MICAS 系統(tǒng)。以上兩種形式車載微機(jī)控制系 統(tǒng)的發(fā)展已從最初的完成簡單的單一功能，發(fā)展到現(xiàn)在的多功能集成的列車通信網(wǎng)絡(luò)，為 TCN 列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的起步與成型，以及日后成為國際標(biāo)準(zhǔn)，做出了巨大貢獻(xiàn) 。 SIBAS系統(tǒng) 在鐵路機(jī)車動車控制方面，德國 Siemens 公司早在 1981年就研制出了相應(yīng)的微機(jī)控制系統(tǒng)，并命名為 SIBAS16，這個系統(tǒng)的樣機(jī)首次應(yīng)用在紐倫堡交通運(yùn)輸管理局地鐵車輛上。 SIBAS16中的數(shù)字代表其采用的是 16位微處理器，這個系統(tǒng)由中央機(jī)、一個或多個子機(jī)以及存儲單元構(gòu)成，各計(jì)算機(jī)之間采用串行通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。這種機(jī)車控制系統(tǒng)形式 新穎，擴(kuò)展性好，可靠性高，使用安裝便捷，大有取代傳統(tǒng)控制技術(shù)的趨勢，成為列車微機(jī)控制發(fā)展中的發(fā)軔之作，影響不可不謂之重大。 隨著技術(shù)的不斷革新以及 SIBAS16的不斷完善， Siemens 公司不失時(shí)機(jī)地推出了基于 32位控制器和信號處理器的列車微機(jī)控制系統(tǒng) SIBAS32，其在性能上較 SIBAS16更具優(yōu)越性，同時(shí)也對原有 SIBAS16系統(tǒng)在接口上保持了向下兼容。20世紀(jì) 90年代，列車通信網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)正在制定當(dāng)中， Siemens 公司著眼于控制系統(tǒng)功能的長遠(yuǎn)發(fā)展，其推出的 SIBAS32系統(tǒng)是一種多功能通用計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)。系 10 統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，外圍設(shè)備已經(jīng)開始標(biāo)準(zhǔn)化、專用化、智能化，基本上可在保持硬件結(jié)構(gòu)不變的情況下便捷地與任意終端相掛接，構(gòu)成一個對各種機(jī)車車輛移植性很好的控制與監(jiān)控系統(tǒng)。 MICAS系統(tǒng) MICAS 系統(tǒng)的出現(xiàn)是在 20世紀(jì) 80年代。瑞士布朗 勃法瑞公司 (BBC)最早研發(fā)的 MICAS 系統(tǒng)是應(yīng)用于運(yùn)輸部門的微型計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)，能理想地實(shí)現(xiàn)機(jī)動車與船只等場合的控制功能。針對 MICAS 應(yīng)用領(lǐng)域的不同，研發(fā)人員相應(yīng)地開發(fā)出了適用于該場合的軟件、硬件模塊及工具，形成了以 MICASS、 MICASL 和MICASE 等不同系列。其中 MICASS 系統(tǒng)在 1985年首次應(yīng)用于牽引控制技術(shù)中，在對過程處理速度和性能要求苛刻的牽引控制系統(tǒng)中很好地實(shí)現(xiàn)了控制功能。 1988年瑞典的阿西亞公司 (ASEA)和瑞士的布朗 勃法瑞公司 (BBC)合并而成 ABB 集團(tuán)。此后， ABB 旗下的 Adtranz 公司在 MICASS 牽引控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)出了 MICASS2，并于 1992年第一次成功運(yùn)用在瑞士 Re460型變流機(jī)車上。MICASS2列車控制系統(tǒng)實(shí)行分級控制形式，由列車級、車輛級和傳動級 3級控制組成，各級系統(tǒng)控制單元之間的 通信通過列車通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。列車通信網(wǎng)絡(luò)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分成車輛總線、列車總線兩級局域網(wǎng)。車輛總線由同一車輛內(nèi)的幾個控制單元互連構(gòu)成，采用 RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)。列車總線為貫穿各車輛節(jié)點(diǎn)互連的通信線路，采用 9芯 EP 電纜或 18芯 UIC 電纜，線路通過兩種總線之間的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)總線耦合。 在 MICASS2的基礎(chǔ)上 Adtranz 公司又推出了 MITRAC 系統(tǒng)，這是更新一代的分布式列車控制與通信系統(tǒng)。 MITRAC 系統(tǒng)中沒有集中的控制柜和機(jī)箱，各個控制單元或 I/O 單元均自成一體，分別封裝在一個配備獨(dú)立電源和標(biāo)準(zhǔn)車輛 總線接口的殼體中，并分布于車體內(nèi)靠近控制對象的各個位置。其良好的電磁兼容性能保證各車輛控制單元工作在環(huán)境惡劣的列車中。 之后 Adtranz 公司幾易其主， 2021年 4月， Bombardier 公司從 Daimler Chrysler 手中將其子公司 Adtranz 收購。 Bombardier 公司對 MITRAC 系統(tǒng)繼續(xù)不斷改進(jìn)，并按照不同客戶需求加以系列化，如今該系統(tǒng)有 MITRAC500系列、 1000系列和 3000系列等。 11 TCN列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀 在推出 TCN 國際標(biāo)準(zhǔn)后，基于 TCN 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品需求增加， 對于 TCN 產(chǎn)品的研制有了越來越多的單位支持， TCN 列車網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)也得到了日趨廣泛的應(yīng)用。 TCN列車網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品主要供應(yīng)商 目前， TCN 標(biāo)準(zhǔn)列車通信網(wǎng)絡(luò)的推廣形成以 Siemens、 Bombardier 等大公司主導(dǎo)，日趨增多的第三方廣泛支持的局面。 Bombardier、 Siemens 等公司推出了一系列符合 TCN 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，諸如列車網(wǎng)絡(luò)專用芯片 (MVBC0 MVBD、 AMED)以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)協(xié)議 (RTP)軟件等。 此外，一些第三方公司 (如 Farsystem、 Firema、 EKE、 Duagon、 Unicontrol)等也相繼推出了 TCN 網(wǎng)關(guān)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，用戶可以選擇需要的網(wǎng)絡(luò)部件來集成、開發(fā)符合自己要求的 TCN 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。其他可以提供 TCN 產(chǎn)品的公司還有：自動控制方面的 Holec、 Ansaldo、 AEG，制動方面的 Knorr Electronic、Westinghouse Brakes，門控方面的 IFE，采暖通風(fēng)與空調(diào)方面的 Hagenuk。另外，一些中小公司也能提供 MVB 板卡、 WTB 網(wǎng)關(guān)、實(shí)時(shí)協(xié)議文件等。 我國作為 TCN 標(biāo)準(zhǔn)的制定成員國之一，也對該標(biāo)準(zhǔn)大力支持。在研發(fā)方面，我國南車、北車集團(tuán)等單位通過自主研發(fā)與技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合，目前也具有了提供 TCN 相關(guān)產(chǎn)品的能力。鐵道科學(xué)研究院、西南交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京交通大學(xué)等研究單位在 TCN 方面也進(jìn)行了廣泛研究，取得了一定的成果。 TCN 列車網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀 TCN 網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在高速動車組、重載列車以及地鐵車輛等軌道交通領(lǐng)域，這些場合對產(chǎn)品的互操作性和控制實(shí)時(shí)性要求一般很高，只有通過可靠、實(shí)時(shí)的列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)才能達(dá)到要求。 目前采用 TCN 方案的國家有德國、法國、英國、瑞士、瑞典、挪威、芬蘭、丹麥、印度、澳大利亞 、菲律賓、美國、巴西等，包括高速列車、擺式列車、城市軌道車輛。我國列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的形式繁多，但 TCN 技術(shù)應(yīng)用的比重很大，并且采用 TCN 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為趨勢，如和諧號動車組 CRH CRH CRH5和 CRH380A等車型，各大城市的地鐵（如上海軌道交通 11號線，北京地鐵 15號線、房山線、昌平線、亦莊線，廣州地鐵 8號線等）均廣泛采用。 12 TCN 列車網(wǎng)絡(luò)的研究推廣 自從 TCN 國際標(biāo)準(zhǔn)推出以后，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。究其原因，離不開TCN 網(wǎng)絡(luò)自身的實(shí)時(shí)、可靠、安全、開放的優(yōu)點(diǎn) ，能很好地滿足列車通信需求。當(dāng)然，更離不開 Siemens、 Bombardier 等大公司不遺余力的研發(fā)和推廣，使得支持和應(yīng)用 TCN 產(chǎn)品的公司和國家在十幾年間有了很大的增長。在 TCN 標(biāo)準(zhǔn)采納以后，世界范圍內(nèi)很多研究單位積極地設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路、仿真軟件和驗(yàn)證工具，極大地推進(jìn)了 TCN 技術(shù)的發(fā)展。 TCN 列車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 從 TCN 標(biāo)準(zhǔn)推出到今天，已經(jīng)十余年了，期間各方面科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展?？梢哉f，盡管 TCN 標(biāo)準(zhǔn)的推出為解決列車以及車載控制設(shè)備之間的相互聯(lián)掛的問題貢獻(xiàn)巨大，但總體看來， TCN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的核 心部分仍基本由若干家大公司所壟斷，技術(shù)門檻較高也限制了它更大范圍的應(yīng)用。 TCN 并沒有完全滿足列車在所有場合的控制需要，在技術(shù)與日俱新的今天，它需要新的發(fā)展。 列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟，也是當(dāng)代軌道車輛必然采用的核心技術(shù)之一。隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，用戶對網(wǎng)絡(luò)的開放性、性價(jià)比、開發(fā)和應(yīng)用的多樣性及靈活性等方面都提出了更高的要求。由于 TCN 網(wǎng)絡(luò)自身也難免存在一些不足，所以不可能完全取代其他形式的控制網(wǎng)絡(luò)，完全滿足鐵路用戶的所有應(yīng)用需求。因此，在將來，列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不可能是 TCN 的天下，必然是多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢可能會是以 TCN 為主，在軌道車輛的高速動車組、地鐵車輛等高端市場應(yīng)用；其他各種形式的總線形式作為列車網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，在各種適用的場合找到應(yīng)用的空間。這些通用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)將和原有 TCN 網(wǎng)絡(luò)共同發(fā)展，取長補(bǔ)短并相互融合，形成有機(jī)的整體。 另外，隨著列車通信要求的不斷提高， TCN 自身方面的改進(jìn)是必要的。如在可靠性方面，目前對列車通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行量化的評估在國內(nèi)外還是鮮見的，對于可靠性要求高的列車網(wǎng)絡(luò)，全面引入可靠性工程的分析、評價(jià)、設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的方法是 必要的；在安全性方面，近些年提出了功能安全通信的理念，并在 2021年推出了《 IEC617843用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)功能安全通信行規(guī)》國際標(biāo)準(zhǔn)，隨后很多種用于工業(yè)控制的總線標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)，對自身的協(xié)議加以完善，添加了功能安全通信層來保證通信網(wǎng)絡(luò)的功能完整性等級。那么，列車通信網(wǎng)絡(luò)對安全性如此強(qiáng)調(diào)的總線形式，是否要執(zhí)行功能安全標(biāo)準(zhǔn)，是非常值得考慮的問題。隨著列車服務(wù)質(zhì)量水平和乘客需求的不斷提高，列車信息化服務(wù)的要求也越來越高， TCN 在此方面顯然是不能滿足的。因此，為乘客提供優(yōu)質(zhì)的信息娛樂服務(wù)，包括移動電視、移動網(wǎng)絡(luò)等 ，也必將是 TCN 未來的方向。 13 WTB 總線 絞線式列車總線 WTB 目前，現(xiàn)場總線在列車上有許多成功的應(yīng)用 ?但大部分都局限于車輛內(nèi)部，或者固定編組的列車。絞線式列車總線（ WTB）是一種串行數(shù)據(jù)通信總線，它是以列車運(yùn)行控制計(jì)算機(jī)為核心 ?通過列車總線將各個車輛控制計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)連接起來，形成上層分布式網(wǎng)絡(luò)。 WTB主要設(shè)計(jì)用于經(jīng)常相互連掛和解掛的重聯(lián)車輛（經(jīng)常相互連掛和解掛是國際 UIC列車經(jīng)常用到的一種情況）。 WTB總線由與總線節(jié)互連的節(jié)點(diǎn)組成，總線節(jié)由沿車輛走的干線電纜、連接不同車輛干線電纜 的跨接電纜以及為達(dá)各節(jié)點(diǎn)而對干線電纜進(jìn)行延伸的擴(kuò)展電纜組成。在常規(guī)操作中，每個節(jié)點(diǎn)將被插入到干線電纜中，連接兩個總線節(jié) （ 1）位于總線末端的節(jié)點(diǎn)，或者說末端節(jié)點(diǎn)，將在電氣上終止連接它們的兩個總線節(jié)， （ 2）位于總線中間的節(jié)點(diǎn)，或者說中間節(jié)點(diǎn)，將在電氣上連接到它們的兩個總線節(jié)。 連接到一個節(jié)點(diǎn)的兩個電纜節(jié)將被命名為方向 1和方向 2在一列車的每個車輛中可以有一個或幾個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)通過介質(zhì)附件 MAU連到介質(zhì)上。 MAU由線路單元 ,方向轉(zhuǎn)換器 ,主通道、輔助通道組成。 一個線路單元由以下幾部分組成： （ 1）一個總線開關(guān) Kb用于兩個方向的連接或斷開； （ 2）兩個端接器開關(guān) Kt1和 Kt2，每個方向一個，在末端設(shè)定中通過它在節(jié)點(diǎn)中插入端接器，在中間設(shè)定中通過它斷開端接器； （ 3）兩個收發(fā)器（發(fā)送器 /接收器）電路，每個方向一個。每個發(fā)送器由二進(jìn)制信號 TxS（信號）和 TxE（使能）控制。接收器的輸出信號是 Rxs（一個數(shù)字信號或模擬信號）。收發(fā)器通過適當(dāng)?shù)姆椒??例如采用變壓器，實(shí)現(xiàn)與線路的電氣隔離； （ 4）兩個曼徹斯特編碼、解碼器，每個收發(fā)器一個，它們可分別集成在各自的發(fā)送器或接收器內(nèi)。曼徹斯特編碼 /解碼器的輸出和輸入定義為一個調(diào)制解調(diào) 器接口： 14 （ 5）與隔離開關(guān)相連的過壓保護(hù) /短路保護(hù)電路。 WTB幀數(shù)據(jù)格式與 IOS/IEC3309種規(guī)定的 HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 )幀格式一致。如圖 311,一幀數(shù)據(jù)以一個標(biāo)志符“ 01111110”開始，它和結(jié)束標(biāo)志符是為解決數(shù)據(jù)鏈路層幀同步的問題而設(shè)的，一起作為幀邊界。接著是 HDLC數(shù)據(jù) ,HDLC幀