Сеть связи поездов (TCN) представляет собой иерархическую комбинацию двух полевых шин для передачи данных в поездах. Он состоит из многофункциональной автомобильной шины (MVB) внутри каждого транспортного средства и проводной шины (WTB) для соединения различных транспортных средств. Компоненты TCN стандартизированы в IEC 61375 .
Сеть связи поездов (TCN) | |
---|---|
Информация о протоколе | |
Тип сети | Шина устройства , управление процессом |
Физические СМИ | Витая пара , стекловолокно |
Топология сети | Автобус |
Адресация устройства | аппаратное обеспечение |
Правление | TrainCom |
Веб-сайт | www |
Многофункциональный автомобильный автобус (МВБ)
Шина многофункциональная машина соединяет отдельные узлы в транспортном средстве или в закрытом наборе поезда. В отличие от WTB, нет требований к единому международному стандарту соединителей для автомобильных автобусов внутри вагонов, локомотивов или поездов - вместо этого существует три предопределенных класса носителей и соединителей:
- OGF ( оптическое стекловолокно ) использует волокна 240 мкм для длины линии 2000 м,
- EMD (электрическая средняя дистанция) использует экранированную витую пару с передатчиками RS 485 и трансформаторами для гальванической развязки) на длине до 200 м и
- ESD (электрическое короткое расстояние) использует простую разводку задней панели без гальванической развязки, в этом случае длина кабеля может составлять до 20 м.
Эти вилки и розетки такие же , как используется Profibus (с двумя 9-контактными SUB-D разъема на каждый электрический прибор). [1]
Для OGF источники мультимедиа соединяются повторителями [ необходима цитата ] (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). Физический уровень использует передачи в 1,5 Мбит / с скорости передачи данных с использованием кодирования Манчестер 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. [1]
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 ) [ необходима цитата ] . Еще в 1984 году IEC TC 57 определил требования к шинам, которые будут использоваться на электрических подстанциях, в сотрудничестве с IEC SC65C . MVB имеет много общего с полевой шиной FIP (первоначально от французского « Flux d'Information vers le Processus », переименованного как Factory Instrumentation Protocol, или в некоторых источниках также используется гибридный «Протокол информации о потоке»), который был разработан во французском стандарте NFC 46602. серия . [2] Поскольку оба они основаны на одних и тех же спецификациях IEC TC 57 . 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 потерпели неудачу из-за упорства двух сторон [ цитата необходима ] . MVB, Profibus и WorldFIP были предложены в качестве шины подстанции в IEC TC 57 , но, чтобы избежать параллельных решений, IEC TC 57 решил, что ни один из них не будет использоваться, и предпочел Ethernet в качестве общего знаменателя [ необходима цитата ] .
Кадры MVB несовместимы с кадрами полевой шины IEC 61158-2, поскольку в нем отсутствует большая часть синхронизации преамбулы (которая не требуется, если возможно обнаружение перехода через нуль). [1] Парадоксальная ситуация заключается в том, что полевая шина IEC 61158 и физический уровень MVB были разработаны одними и теми же людьми в IEC TC 57 . Разница возникла из-за физического уровня fieldbus, 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 [ необходима цитата ], где этот метод бесполезен, декодирование MVB полагается на детекторы перехода через ноль 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 [ необходима цитата ] в виде структуры телеграммы, аналогичной Profibus .
В WorldFIP разъемы не нашли применение в железнодорожных техниках в Франции и Северной Америке (на Bombardier ) до тех пор , соединенные усилия на общие МСЖДЫ автобуса поезда был запущенно (с Siemens и другими партнерами по отрасли) , что привело к стандарту WTB / MVB в конце 1999 года [ править необходимо ] .
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, нацеленными на широкий спектр приложений, MVB был адаптирован для приложения подвижного состава с целью совместимости с плагинами и, следовательно, не допускает никаких опций. Это было сделано намеренно, поскольку борьба между полевыми шинами бушевала в 1990-х [ необходима цитата ], и решение МЭК о том, что любая из восьми [ необходима цитата ] полевых шин является стандартом, не способствовало совместимости плагинов.
Модули MVB дороже, чем, например, компоненты CANopen или LonWorks . Это не связано с технологией связи: большинство устройств реализуют машину протокола MVB на небольшой площади ПЛИС, которая сегодня так или иначе присутствует, и самым дорогостоящим компонентом остается соединитель [ необходима цитата ] . Но сертификация железных дорог дорогостоящая и не всегда необходима для некритичных приложений, таких как комфорт и информация для пассажиров . Если учесть общую стоимость владения, стоимость элементов оборудования может быть легко перевешена дополнительными инженерными затратами на рынке железных дорог с его небольшими сериями.
В США , то IEEE RTVISC оценивали как MVB и LON в качестве транспортного средства и железнодорожного автобуса. В конце концов IEEE решил стандартизировать их в IEEE 1374 с четким разделением задач [ необходима цитата ] :
- MVB для критических операций, таких как противобуксовочная система и сигнализация в кабине водителя,
- LON для некритичной и медленной передачи данных, но недорогих соединений, таких как дисплеи для пассажиров и средства диагностики. Это разделение не всегда соблюдается [ ссылка ] .
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 Bus. [3]
MVB похож на FlexRay , оба имеют «данные процесса», которые в FlexRay называются «статическим сегментом» , и «данные сообщения», которые являются «динамическим сегментом» и управляются фиксированной схемой TDMA . Использование FlexRay с 2,5 Мбит, физическим уровнем RS-485 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 [ необходима цитата ] (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.
Проволочный поезд автобус (WTB)
Маршрутный поезд предназначен для международных пассажирских поездов переменного состава, в состав которых входит до 22 вагонов.
Среда состоит из дублированного экранированного кабеля витой пары , который проложен в кабелях UIC между транспортными средствами.
Соединитель между автомобилями представляет собой 18-полюсный соединитель UIC. Поскольку соединители открыты и могут окисляться, при установлении соединения применяется импульс тока для испарения оксидного слоя , что называется спеканием . Стандартный разъем для узлов WTB - это 9-контактный разъем DIN.
На физическом уровне используются уровни RS-485 со скоростью передачи данных 1 Мбит / с . Кодирование использует код Manchester II и протокол кадра HDLC с надлежащей балансировкой напряжений, чтобы избежать составляющих постоянного тока в трансформаторах гальванической развязки . Манчестерский декодер использует фазовую / квадратурную демодуляцию (не RS-485 , который работает с переходами через нуль), что позволяет охватить 750 м в худших условиях, особенно когда оборудованы только две конечные машины, как в случае с несколькими тяга для грузовых поездов. Репитеры не предусмотрены, так как автомобили между ними могут разрядить батареи.
Уникальное свойство WTB является поезд инаугурация (На немецком языке : Zugtaufe ) , в котором вновь подключенные машины получить адрес в последовательности и может идентифицировать стороны транспортного средства ( так называемый порт и правого борта , как в морской) , так что двери открываются на правильный боковая сторона. 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 (« транспортные средства для перевозки ») не учитываются.
Кадры имеют максимальную полезную нагрузку 1024 бита.
WTB работает циклически для обеспечения детерминированной работы с периодом 25 мс, который используется в основном для контроля тяги [ необходима цитата ] . WTB также поддерживает спорадическую передачу данных для диагностики. Содержание периодических и спорадических кадров регулируется стандартом UIC 556 . [4] 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 ).
Автобусы с запасным поездом
История
WTB был получен из немецкой шины DIN, разработанной ABB Henschel [ необходима ссылка ] (теперь Bombardier [ необходима ссылка ] ). 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, используемым в грузовых поездах SBB [ необходима цитата ] . Физический уровень WTB имеет сходство с полевой шиной WorldFIP ( EN 50170, часть 4 ) - его «режим напряжения» действительно использовал 1 Мбит / с и максимум 32 станции на шине с максимальной длиной 750 метров, использование FIP приемопередатчики был изучен ранний [ править ] в оценке TCN, но декодирование фазы / квадратурной был использован вместо.
Применение
TCN используется в большинстве современных систем управления поездом, обычно соединяющих транспортные средства с 18-контактным UIC 558 , в том числе:
- Deutsche Bahn : ICE T , ICE-TD , ICE 3 и TRAXX AC2 P160 [ необходима ссылка ]
- Швейцарские федеральные железные дороги : IC2000 и EW IV ( de )
- Австрийские федеральные железные дороги : все поезда Railjet и Talent [ необходима цитата ]
дальнейшее чтение
- Магистральная сеть Ethernet (ETB)
- Сеть Ethernet Consist (ECN)
- WorldFIP
- CANopen
- Lonworks
- Профинет
- FlexRay
- Система контроля и управления поездом (TCMS)
Примечания и ссылки
- ^ a b c Проф. доктор Хуберт Киррманн (1999-01-20). «Сеть связи поездов IEC 61375 - 3 Многофункциональная автомобильная шина» (powerpoint) . Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL).
- ^ WorldFIP Архивировано 3 августа 2012 г. в archive.today
- ^ «Информация - унд Steuerungstechnik auf Schienenfahrzeugen - Bussysteme im Zug» . elektronik Industrie 8/9 2008 (на немецком языке). InnoTrans Special: Bahnelektronik. 2008-09-14. Архивировано из оригинала на 2012-04-02 . Проверено 16 сентября 2011 .
- ^ Проф. Д-р Хуберт Киррманн (1999-01-20). «Сеть связи поездов IEC 61375 - 4-проводная шина для поездов» . Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL). Архивировано из оригинала (Powerpoint) на 2011-06-16.
Внешние ссылки
- Хуберт Киррманн (Корпоративные исследования ABB); Пьер А. Зубер (DaimlerChrysler Rail Systems). «Сеть связи поездов IEC / IEEE» (PDF) . IEEE Micro . Март – апрель 2001 г.: 81–92. 0272-1732 / 01.
- «Сеть связи поездов IEC / IEEE / UIC для срочной и безопасной бортовой связи» (powerpoint) . Bombardier Transportation. 2002-06-10.