淺析城軌車輛常用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的適用性

欒創(chuàng)業(yè)　董建磊　吳發(fā)杰

摘 要：隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，大量不同功能的設(shè)備的應(yīng)用，對作為車輛控制核心的列車通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也不斷提出新的要求。同時，網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)布線簡單，占用空間少，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，數(shù)據(jù)承載量大，可維護性強等優(yōu)點，也在不斷取代傳統(tǒng)硬線控制系統(tǒng)。文章從硬件結(jié)構(gòu)、傳輸速率、傳輸距離、抗干擾能力、冗余性等各方面對城軌車輛上使用的列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)做比較分析，總結(jié)得出常用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點和適用環(huán)境。

關(guān)鍵詞：城軌車輛；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；適用性

1 列車網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

為滿足安全、快捷、舒適的要求，城軌車輛上安裝了大量設(shè)備，包括牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、旅客服務(wù)系統(tǒng)、煙火報警系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)等。列車通訊網(wǎng)絡(luò)將全列車輛的各個設(shè)備連接到一起，以統(tǒng)一處理設(shè)備狀態(tài)檢測、運行信息提示、設(shè)備故障及維護信息等任務(wù)。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，各種總線協(xié)議、接口硬件不斷更新，車輛網(wǎng)絡(luò)的組成也向著多樣化發(fā)展。

1.1 RS485總線

RS485總線常用兩線制傳輸方式，可提供高達10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，最大通訊距離約1200m，但數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢龋瑑烧邿o法兼得。因采用平衡發(fā)送和差分接收的方式，抗共模干擾能力。支持多點通訊，但只支持終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)，一般支持32個節(jié)點。

1.2 CAN總線

CAN總線為多主方式的串行通訊總線，采用雙絞線來傳輸信號。CAN總線可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，當(dāng)信號傳輸距離達到10Km時，仍可提供高達50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。具有高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。CAN總線同樣為終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點，但在實際應(yīng)用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性限制。

1.3 MVB/WTB總線

列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN（Train Communication Network）由多功能車輛總線MVB（Multifunction Vehicle Bus）和列車總線WTB（Wire Train Bus）組成。MVB總線采用雙絞線來傳輸信號，傳輸速率達1.5Mbit/s。按照采用的傳輸介質(zhì)不同，傳輸距離也不一樣。軌道車輛多使用中距離傳輸介質(zhì)EMD（Electrical Middle Distance），有效傳輸距離約200m。同樣為終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，一般支持32個節(jié)點。WTB總線采用雙絞線為傳輸媒介，傳輸速率達1.0Mbit/s。可連接32個節(jié)點，傳輸距離860m。近年來隨著相關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化，MVB/WTB總線系統(tǒng)在城軌車輛方面應(yīng)用廣泛。

1.4 以太網(wǎng)總線

工業(yè)以太網(wǎng)總線基于IEEE 802.3（Ethernet），采用4對雙絞線傳輸信號。五類、超五類雙絞線傳輸速率為100-250Mbit/s，六類線更高達1Gbit/s。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣化，理論節(jié)點數(shù)不受限制。六類線推薦使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳輸距離90m。

2 常用列車網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣

2.1 環(huán)境適用性

軌道車輛運行中振動大，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)線纜、設(shè)備固定，特別是設(shè)備的電氣連接器部位要求高。為了保證良好的動力需求，通常采用高壓電源供電，配電柜等電器密集區(qū)域電磁干擾嚴(yán)重。針對運行環(huán)境振動，對線纜、設(shè)備的固定有專門的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對不同網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別意義不大。為了應(yīng)對電磁干擾，對網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的屏蔽提出較高要求。比如線纜外被屏蔽層，設(shè)備外殼或內(nèi)襯為金屬密封結(jié)構(gòu)，不同設(shè)備電氣接口部分做好屏蔽處理，避免干擾進入。同時，RS485總線、CAN總線和MVB/WTB總線信號電壓較高，對車輛運行環(huán)境有良好的抗干擾能力，而以太網(wǎng)總線雖然可以采用屏蔽雙絞線STP（Shielded）減小干擾，但因信號電壓低，當(dāng)車輛控制系統(tǒng)電壓等級較高時，受影響較大，嚴(yán)重時將淹沒有效信號，無法正常工作，故以太網(wǎng)總線的使用存在局限性，短期內(nèi)無法大規(guī)模應(yīng)用。而降低車輛控制系統(tǒng)電壓等級將大大增加制造難度和成本，因此從軌道車輛環(huán)境適用性考慮，RS485總線、CAN總線和MVB/WTB總線優(yōu)于以太網(wǎng)總線。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸能力

網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力可以從傳輸速率和傳輸距離兩方面判定。以常見的A型車輛為例，單車長度約22m，全列6節(jié)車廂。RS485總線的理論最大數(shù)據(jù)傳輸速率10Mbit/s，最大通訊距離約1200m。同時數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢取?shù)據(jù)傳輸速率600Kbit/s時，傳輸長度約為200m。因此RS485總線可以用于單車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，考慮到衰減以及數(shù)據(jù)傳輸率，難以承擔(dān)整列車數(shù)據(jù)通訊。以太網(wǎng)總線的傳輸速率優(yōu)勢明顯，只要硬件滿足，速率可達1Gbit/s，但缺點同樣明顯，即信號傳輸?shù)木嚯x與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢龋瑪?shù)據(jù)傳輸速率1Gbit/s時，傳輸長度約為90m，且硬件成本增大。CAN總線和MVB/WTB總線可以提供良好的單車/整列通訊網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)束語

RS485總線結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，且成本較低，在單車子系統(tǒng)組網(wǎng)具有優(yōu)勢。以太網(wǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣，接口硬件成熟，數(shù)據(jù)承載量大，適用于低電壓大數(shù)據(jù)量車輛系統(tǒng)。CAN總線傳輸距離長，節(jié)點數(shù)量限制小，但數(shù)據(jù)承載量較小，適用于車輛之間通訊。MVB/WTB總線專為城軌車輛設(shè)計，適用性強，抗干擾能力突出，但硬件比較復(fù)雜，成本較高。可以預(yù)見，新一代的列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將綜合各種總線的優(yōu)點，向著大數(shù)據(jù)量、抗干擾、抗衰減、容錯性強、負(fù)載節(jié)點多等方向發(fā)展。

作者簡介：欒創(chuàng)業(yè)（1983，3-），男，漢族，山東省即墨縣，工程師。