微机网络控制系统-图文
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第7章微机网络控制系统
第1节概述
hxD2型电力机车的控制系统是由微机控制系统、worldFIp网络通信系统和Dc110V电气控制电路组成的。
hxD2型电力机车控制系统的核心控制设备是基于worldFIp网络的微机控制系统，整套微机网络控制系统采用Alstom公司的AgATeTm 系列电子产品。
通过在hxD2型电力机车项目上与Alstom公司的合作，国内铁路机车制造行业首次系统引进worldFIp网络通信技术，从而能极大的提高worldFIp网络通信技术在国内的发展水平。
hxD2型电力机车的微机网络控制系统以一节机车为一个单元，包括2组主处理单元mpu1和mpu2、2组远程输入输出模块RIom1和RIom2、4组牵引控制单元Tcu1～Tcu4、2组辅助控制单元Acu1和Acu2、2组司机显示单元DDu1和DDu2、1组制动控制单元bcu组成。
整套微机网络控制系统采用模块化设计，具有充分的可扩展性，可按照用户要求，适当的增加或减少接入FIp网络的电子设备。
hxD2型电力机车的微机网络控制系统向用户提供了完善和强大的机车控制功能，主要的控制功能包括机车控制与监控功能、网络通信功能、牵引控制功能、辅助控制功能、检修维护功能等。
hxD2型电力机车的Dc110V电气控制电路包括有接点电路、列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备等。
实现的功能与既有直流机车控制电路类似，用于提供部分不接入FIp网络的Dc110V 设备的控制功能。
hxD2型电力机车的有接点电路是指控制电源为Dc110V（包括Dc24V）的低压电气控制电路。
hxD2型电力机车的列车超速防护设备、列车通讯设备、无线重联控制设备，在第十一章《运行安全、通信、重联控制系统》中有详
细描述，因此本章不进行介绍。
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第2节微机网络控制系统结构
hxD2型电力机车的微机控制系统的网络通信基础是worldFIp网络通信技术，由于hxD2型电力机车项目是国内的机车制造行业首次系统引进worldFIp网络通信技术，因此在介绍hxD2型电力机车的worldFIp网络通信系统后，需要介绍worldFIp网络通信技术的基本原理，随后再介绍hxD2型电力机车的微机控制系统。
11.1 worldFIp网络通信的原理和结构hxD2型电力机车的网络通信结构
hxD2型电力机车的微机网络控制系统的通信结构分为两级：车辆级通信和列车级通信，对应的FIp网也分为两级：FIp车辆网（FIpV 网）和FIp列车网（FIpT网）。
具体的网络拓扑结构见图7-1所示。
unitAunitbTootherlocomotiveDynamicFIpTrain(2medium)mpu1mpu2Dyn amicFIpTrain(2medium)LocoTRoLunITbTootherlocomotiveunitADisplayun itscab1Rs422LocoTRoLunITARs422mpu1mpu2unitbDisplayunitscab2han dlethrottleRIom1RIom1handlethrottleFIpVehiclenetwork(2medium)RIom 2RIom2FIpVehiclenetwork(2medium)maintenanceplugAcu1Acu2bcubcu Acu1Acu2maintenanceplugTcu1Tcu2Tcu3Tcu4Tcu1Tcu2Tcu3Tcu41Tcubya xle1Tcubyaxle1Tcubyaxle1Tcubyaxle图7-1hxD2型电力机车微机网络控
制系统的网络拓扑结构图
1.1.1FIp车辆网（FIpV网）
hxD2型电力机车微机网络控制系统的车辆级通信是通过FIpV网进行，通过
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FIpV网进行通信的设备包括：主处理单元mpu、远程输入输出模块RIom、牵引控制单元Tcu、辅助控制单元Acu、制动控制单元bcu、司机显示单元DDu。
同时FIpV网允许增加新的附加设备，以提供新的功能，如gps系统或Tcn接口等。
(1)FIpV网的功能
FIpV网用于实现每节机车内部的设备之间的信息交换，每节机车的FIpV网均采用两路介质冗余设置，以保证网络通信的正常。
FIpV网主要实现下述功能：
?设置RIom、Tcu、Acu、bcu、DDu的参数。
?实现mpu与其它设备之间的周期性数据交换。
?实现mpu与其它设备之间的非周期性数据交换（维护用）。
?在FIpV网内部提供统一的日期和时间。
(2)FIpV网的主要特点?FIpV网用于每节机车内部设备之间的功能和信息交换，每节机车都拥有一个带冗余介质的FIpV网来保证接入FIpV网的各个设备之间的数据交换。
每台hxD2型电力机车拥有两套相互独立的FIpV
网。
?FIpV网是一个静态地址网，需要人为定义连接在FIpV网内的各个设备的网络地址，以保证设备间的正常通信。
?FIpV网是一个具有冗余功能的网络，它使用双线介质冗余方案，用于增加机车的功能有效性。
?FIpV网的最多允许接入的节点数是32个。
?FIpV网和一套主控-从控装置一起工作，主控设备称为总线仲裁器（bA），FIpV网采用双总线仲裁器冗余方式，在FIpV网络上任意时刻只能存在一个总线仲裁器处于工作状态，另一个总线仲裁器处于热备状态，一旦主总线仲裁器出现故障，备用总线仲裁器能立即投入正常工作。
?总线仲裁器功能由mpu管理（主mpu负责计算机冗余管理）。
?FIpV网采用变压器隔离。
?FIpV网的传输速度为铁路机车车辆的专用速率1mb/s。
?FIpV网采用曼切斯特编码。
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?FIpV网使用一个16位的多项式cRc检验和（循环冗余检验和）来保证数据的完整性。
?FIpV网的基本交换周期为40ms。
?FIpV网的总线电阻值120?。
?FIpV网的主控设备为mpu1或mpu2。
?在FIpV网的网络终端放置有终端电阻，其目的是：---
使网络终端匹配电缆的阻抗特性；固定导线的电势；消除对线路的影响。
?可以使用一个反射仪来检验机车FIpV网络的质量，反射仪可以提供接入FIpV网络的各个节点的状态。
(3)FIpV网的信息类型
FIpV网的接入只有总线仲裁器能够管理，总线仲裁器负责安排信息交换。
交换的信息包括周期性变量（确定性交换）或非周期性信息（非确定性交换）。
对于周期性数据，其大小在1～128字节之间，总线仲裁器使用一个包含数据所有标志符的表，将数据在预定的时间传送至网络，以安排数据交换。
对于非周期性数据，本类数据在周期性数据交换之间的网络空闲时间内传送。
每条数据的大小不超过256字节，它通过源地址和存储器地址识别（点到点传送）。
(4)FIpV网的传输介质
FIpV网的传输介质为所有连接在FIpV网络内的设备提供冗余设计，相应的生产者/消费者规则如下：
?对于生产者，所有的数据按两种介质系统地发送。
?对于消费者，要考虑的是第一个到达的数据。
在下列情况下，一种方式是无效的：?超过门槛值后的时间内收到的结构错误率。
?当发送时，检测到介质的调整丧失。
如果丧失了一个传输介质，数据将在另一个传输介质中传送，并由系统记录下故障。
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如果两个传输介质全部丧失，则FIpV网络将重新使两种传输介质生效以传送信息。
如果还是没有消费者能够读取数据，会有一个能发现生产者缺失的敏感机械设备帮助每一个消费者发现它。
发现生产者缺失后，每一个消费者把数据的故障值定义为系统的安全值。
(5)数据的传输有效性
除了cRc校验，传送数据的有效性由数据的状态（刷新状态和敏感状态）来加强。
敏感机制允许消费者的部件FullFIp2芯片控制网络上的FIpV网的存在。
敏感装置的状态由消费者的FIp部件产生。
这个状态用于检测网络上无数据时的超时情况，并通知消费者数据内容已经很长时间没有更新了。
在这种情况下，消费者使用定义为系统安全值的数据故障值。
刷新机制允许生产者的FullFIp2芯片控制数据在发到FIpV网络前已经由应用软件更新了。
这个状态是发送到消费者的数据的特殊信息。
它由消费者读取，并允许应用定义为系统安全值的数据故障值。
(6)FIpV网络地址
每节hxD2型电力机车的各个节点设备的网络地址如表7-1所示。
机箱名称mpu1机车中央控制单元mpu2轴1的牵引控制单元轴2的牵引控制单元轴3的牵引控制单元轴4的牵引控制单元Tcu10111010b十进制00十六进制00FIpV网的地址0和1必须分配给mpuFIpV地址功能备注Tcu2120cTcu2130DTcu2140e5
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