Сеть связи поездов

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 .

Использование [ править ]

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

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

Автобус с проводным поездом [ править ]

Маршрутный поезд предназначен для международных пассажирских поездов переменного состава, в состав которых входит до 22 вагонов.

Среда состоит из дублированной экранированной витой пары , которая проложена 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 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 батареи.

Уникальным свойством WTB является открытие поезда (Цугтауфе), в котором вновь подключенные транспортные средства последовательно получают адрес 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 бита.

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 [ править ]

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, используемым в грузовых поездах SBB. Физический уровень MVB 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 Приемопередатчики FIP были изучены на ранних этапах оценки TCN, но вместо этого использовалось фазовое / квадратурное декодирование.

Многофункциональный автомобильный автобус [ править ]

Многофункциональная автомобильная шина соединяет отдельные узлы внутри транспортного средства или в составе закрытого поезда. В отличие от WTB, здесь нет требований к единому международному стандарту соединителей для автомобильных автобусов внутри вагонов, локомотивов или поездов - вместо этого существует 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 и в 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. Повторитель 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. ^[2]

История

MVB был создан на основе шины P215, разработанной компанией Brown Boveri Cie, Швейцария (теперь 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 основаны на одних и тех же спецификациях 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 обеих сторон. MVB, Profibus и WorldFIP были предложены в качестве шины подстанции в IEC TC57, но, чтобы избежать параллельных решений, IEC TC57 решил, что ни один из них не будет использоваться, и предпочел Ethernet в качестве общего знаменателя.

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 ноль). ^[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 основывается на детекторах 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), 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 [ править ]

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 годах, и решение МЭК о том, что любая из восьми полевых шин является стандартом, не способствовало совместимости разъемов.

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. Но сертификация железных дорог дорогостоящая и не всегда необходима для некритических 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 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 Bus. ^[4]

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. Запуск 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. Напротив, 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 [ править ]

• Магистраль поезда Ethernet

Внешние ссылки [ править ]

• 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.