Сеть связи поездов - Train communication network

Сеть связи поездов (TCN)
Информация о протоколе
Тип сетиШина устройства, контроль над процессом
Физические СМИВитая пара, стекловолокно
Топология сетиАвтобус
Адресация устройствааппаратное обеспечение
ПравлениеTrainCom
Интернет сайтwww.traincom.org

В сеть связи поездов (TCN) - это иерархическая комбинация двух fieldbus для передачи данных в поездах. Он состоит из Многофункциональный автомобильный автобус (MVB) внутри каждого автомобиля и Проволочный поезд Автобус (WTB) для подключения различных транспортных средств. Компоненты TCN стандартизированы в IEC 61375.

использование

TCN используется в большинстве современных систем управления поездом, обычно соединяющих автомобили с 18-контактным разъемом. UIC 558.

  • Deutsche Bahn: ICE T, ДВС-ТД, ДВС 3 и TRAXX AC2 P160
  • Швейцарские федеральные железные дороги: IC2000 и EW IV
  • Австрийские федеральные железные дороги: все поезда Railjet и Talent

Проволочный поезд автобус

Маршрутный поезд предназначен для международных пассажирских поездов переменного состава, в составе до 22 вагонов.

Носитель состоит из дублированного экранированная витая пара кабель, который проходит в кабелях UIC между автомобилями.

Соединитель между автомобилями представляет собой 18-полюсный соединитель UIC. Поскольку соединители открыты и могут окисляться, при установлении соединения прикладывается импульс тока для испарения оксидного слоя, что называется спеканием. Стандартный разъем для узлов WTB - это 9-контактный разъем DIN.

На физическом уровне используется RS-485 уровни при 1 Мбит / с скорость передачи данных. Кодировка использует Код Манчестера II и HDLC протокол кадра с надлежащей балансировкой напряжения, чтобы избежать компонентов постоянного тока в трансформаторах гальванической развязки. Манчестерский декодер использует фазовую / квадратурную демодуляцию (не RS485, который работает с нулевыми переходами), который позволяет пролететь 750 м в наихудших условиях, особенно когда оборудованы только две крайние машины, как в случае с множественной тягой для грузовые поезда. Репитеры не предусмотрены, так как автомобили между ними могут разрядить аккумулятор.

Уникальным свойством WTB является открытие поезда (Цугтауфе), в котором вновь подключенные транспортные средства получают адрес последовательно и могут идентифицировать сторону транспортного средства (называемую левым и правым бортом, как в морской пехоте), чтобы двери открывались с правильной стороны. Можно динамически выделить до 32 адресов. При объединении двух составов поездов адреса перераспределяются, чтобы сформировать новый состав вагонов с последовательным адресом. Транспортные средства без узла WTB («проводные автомобили») не учитываются. Кадры имеют максимальную полезную нагрузку 1024 бит.

WTB работает циклически для обеспечения детерминированной работы с периодом 25 мс, который используется в основном для регулирования тягового усилия. WTB также поддерживает спорадическую передачу данных для диагностики. Содержание периодических и спорадических кадров регулируется стандартом UIC 556. [1]Поскольку размер кадра ограничен, для сегментирования и повторной сборки сообщений использовалась версия TCP с уменьшенными накладными расходами, которая в то же время позволяет справляться с изменениями в составе, называемая RTP (протокол реального времени).

История

WTB произошел от немецкой шины DIN, разработанной ABB Henschel (ныне Bombardier). В нем использовалось фазовое / квадратурное декодирование, предоставленное Италией, и улучшенное открытие поезда, предоставленное Швейцарией, основанное на опыте с многотяговым автобусом FSK компании ABB Secheron, Женева, который использовался в грузовых поездах SBB. Физический уровень MVB показывает сходство с WorldFIP полевая шина (EN 50170, часть 4) - ее «режим напряжения» действительно использовал 1 Мбит / с и максимум 32 станции на шине с максимальной длиной 750 метров, использование трансиверов FIP было изучено на ранних этапах оценки TCN, но вместо этого использовалось фазовое / квадратурное декодирование.

Многофункциональный автомобильный автобус

Многофункциональная автомобильная шина соединяет отдельные узлы внутри транспортного средства или в составе закрытого поезда. В отличие от WTB, нет требований к единому международному стандарту соединителей для автомобиль автобус внутри вагона, локомотива или поезда - вместо этого есть три предопределенных класса носителей и соединителей.

  1. OGF (оптическое стекловолокно) использует волокна 240 мкм для длины линии 2000 м,
  2. EMD (электрическая средняя дистанция) использует экранированную витую пару с преобразователями RS 485 и трансформаторами для гальванической развязки) на длине до 200 м и
  3. ESD (электрическое короткое расстояние) использует простую разводку задней панели без гальванической развязки, в этом случае длина кабеля может составлять до 20 м.

Вилки и розетки такие же, как у Profibus (с двумя 9-контактными розетками Sub-D на каждое электрическое устройство).[2]

Для OGF медиаисточники соединяются повторителями (генераторами сигналов), соединенными на центральном звездообразном ответвителе. Репитер также используется для перехода от одной среды к другой.

Инаугурации нет, адреса распределены статически. Количество адресуемых устройств зависит от конфигурации автомобильной шины - может быть до 4095 простых датчиков / исполнительных механизмов (класс I) и до 255 программируемых станций (класс 2, со слотами конфигурации). На физическом уровне используется передача со скоростью 1,5 Мбит / с. скорость передачи данных с помощью Кодировка Manchester II. Максимальное расстояние определяется ограничением максимально допустимой задержки ответа 42,7 мкс (где для более длинных расстояний используется второй режим, позволяющий до 83,4 мкс с уменьшенной пропускной способностью, в случае использования MVB для распределительного устройства на стороне пути), в то время как время отклика большинства компонентов системы составляет обычно 10 мкс.[2]

История

MVB был создан на основе шины P215, разработанной компанией Brown Boveri Cie, Швейцария (ныне ABB), с учетом принципа издатель / подписчик из ранних полевых шин (DATRAS). Еще в 1984 году IEC TC57 определил требования к шинам, которые будут использоваться на электрических подстанциях, в сотрудничестве с IEC SC65C. MVB имеет много общего с полевой шиной FIP (первоначально "Flux d'Information vers le Processus", переименованной как Factory Instrumentation Protocol, а затем Flux Information Protocol), которая была разработана во французской стандартной серии NFC 46602.[3] поскольку оба исходят из одних и тех же спецификаций IEC TC57. Это объясняет, почему MVB и FIP имеют схожую работу (циклическую и управляемую событиями), отличается только метод арбитража в случае множественного доступа, поскольку MVB использовал двоичный режим разделения пополам, полагаясь на обнаружение коллизий, в то время как FIP подкреплял «взгляд на- я "перебрал периодические данные. Попытки объединить FIP и MVB провалились из-за упорства двух сторон. MVB, Profibus и WorldFIP были предложены в качестве шины подстанции в IEC TC57, но, чтобы избежать параллельных решений, IEC TC57 решил, что ни одна из них не будет использоваться, и предпочел Ethernet в качестве общего знаменателя.

Кадры MVB несовместимы с IEC 61158-2 кадры fieldbus, поскольку в нем отсутствует большая часть синхронизации преамбулы (которая не требуется, если возможно обнаружение перехода через нуль).[2] Парадоксальная ситуация заключается в том, что полевая шина IEC 61158 и физический уровень MVB были разработаны одними и теми же людьми в IEC TC57. Разница возникла из-за физического уровня полевой шины, который предполагает наличие петли фазовой автоподстройки частоты для декодирования манчестерских данных, требующей преамбулы для синтеза декодера, в то время как MVB работал в основном с оптическими волокнами, где этот метод бесполезен, декодирование MVB опирается на детекторы перехода через нуль и распознавание образов Манчестера.

Однако большая часть современного оборудования для разработки и тестирования может одинаково передавать кадры WTB / MVB, а также кадры Profibus по линии, как структура телеграммы, аналогичная Profibus.

Соединители WorldFIP находили применение в железнодорожном оборудовании во Франции и Северной Америке (компанией Bombardier) до тех пор, пока не были начаты совместные усилия по созданию общей железнодорожной шины UIC (с Siemens и другими отраслевыми партнерами), которые привели к стандарту WTB / MVB в конце 1999 года.

Автобусы для альтернативных транспортных средств

Стандарт MVB был введен для замены множества полевых автобусов в железнодорожном оборудовании. Несмотря на преимущества полевой шины MVB, многие автомобильные автобусы по-прежнему строятся из компонентов CANopen, WorldFIP (во Франции), LonWorks (в США) и Profibus. В то время как WorldFIP, CANopen, Lonworks и Profinet контролируются международными ассоциациями производителей, ориентированными на широкий спектр приложений, MVB был адаптирован для приложения подвижного состава с целью совместимости с плагинами и, следовательно, не допускает никаких вариантов. Это было сделано намеренно, поскольку в 1990-х годах бушевала борьба между полевыми шинами и решение МЭК о том, что любая из восьми полевых шин является стандартом, не способствовало совместимости разъемов.

Модули MVB дороже, чем например CANopen или же LonWorks составные части. Это не связано с технологией связи: большинство устройств реализуют машину протокола MVB ​​в небольшой области FPGA, которая сегодня так или иначе присутствует, и самым дорогостоящим компонентом остается соединитель. Но сертификация железных дорог дорогостоящая и не всегда необходима для некритичных приложений, таких как комфорт и информация для пассажиров. Если учесть полную стоимость владения, стоимость элементов оборудования может быть легко перевешена дополнительными инженерными затратами на рынке железных дорог с его небольшими сериями.

В США IEEE RTVISC оценил MVB и LON как автомобильный и железнодорожный автобус. В конце концов IEEE решил стандартизировать оба стандарта IEEE 1374 с четким разделением задач: MVB для критических операций, таких как контроль тяги и сигнализация в кабине водителя, и LON для некритичной и медленной передачи данных, но недорогих соединений, таких как пассажирские дисплеи и диагностика. Такое разделение наблюдается не всегда.

Кроме того, к рельсовым транспортным средствам добавляется все больше и больше компонентов, которым требуется гораздо большая пропускная способность, чем может обеспечить любая полевая шина (например, для видеонаблюдения), поэтому коммутируемый Ethernet IEEE 802.3 со скоростью 100 Мбит / с вводится в состав поездов (в соответствии с EN 50155 профиль). Тем не менее, все автобусы альтернативных транспортных средств подключены к шине Wire Train.[4]

MVB похож на FlexRay, оба имеют «данные процесса», которые в FlexRay и «данные сообщения», которые являются «динамическим сегментом» и управляются фиксированной схемой TDMA. Использование FlexRay с 2,5 Мбит, физическим уровнем RS485 и только одним «холодным стартером» приведет к очень похожему поведению в отношении приложения. Несмотря на сходство, ни один производитель рельсов не рассматривал FlexRay, поскольку они ценили общее решение выше, чем множество лучших автобусов. И наоборот, в 1999 году автомобильная промышленность оценила MVB ​​(в расширенной версии 24 Мбит / с), но отказалась от нее из-за затрат, которые должны быть неоправданно низкими для массового рынка, состоящего из миллионов автомобилей.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

  1. ^ Проф. Доктор Хуберт Киррманн (1999-01-20). «Сеть связи поездов IEC 61375 - 4-проводный поездный автобус». Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL). Архивировано из оригинал (силовая установка) на 2011-06-16.
  2. ^ а б c Проф. Доктор Хуберт Киррманн (1999-01-20). «Сеть связи поездов IEC 61375 - 3 Многофункциональный автомобильный автобус» (силовая установка). Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL).
  3. ^ WorldFIP В архиве 2012-08-03 в Archive.today
  4. ^ "Информация - und Steuerungstechnik auf Schienenfahrzeugen - Bussysteme im Zug". Электроник Индустри 8/9 2008 (на немецком). InnoTrans Спец .: Bahnelektronik. 2008-09-14. Архивировано из оригинал на 2012-04-02. Получено 2011-09-16.