Сеть железнодорожной связи

A hierarchical combination of two fieldbus for data transmission within trains
Сеть железнодорожной связи (TCN)
Руководящий органTrainCom
Информация о протоколе
Тип сетиШина устройства , управление процессом
Физические носителиВитая пара , стекловолокно
Топология сетиАвтобус
Адресация устройствааппаратное/программное обеспечение

Сеть связи поезда (TCN) представляет собой иерархическую комбинацию двух сетей полевых шин для передачи данных в поездах. Она состоит из многофункциональной шины транспортного средства (MVB) внутри каждого транспортного средства и шины Wire Train Bus (WTB) для соединения различных транспортных средств. Компоненты TCN были стандартизированы в IEC 61375 .

Многофункциональный автобус (МВБ)

MVB соединяет отдельные узлы в пределах транспортного средства или закрытого поезда. В отличие от WTB, для MVB нет единого стандарта соединителя — вместо этого есть 3 определенных класса носителей и соединителей:

  • OGF ( оптическое стекловолокно ) использует волокно 240 микрон длиной до 2000 м.
  • EMD (Electrical Medium Distance) использует экранированную витую пару с передатчиками RS-485 и трансформаторами для гальванической развязки, до 200 м
  • ESD (электрическая защита на короткие расстояния) использует простую проводку задней панели без гальванической развязки, до 20 м

Вилки и розетки такие же, как и в Profibus , с 2 розетками DE-9 на устройство. [1]

Для OGF источники среды соединяются повторителями [ требуется цитата ] (генераторами сигналов), которые соединяются на центральном звездообразном соединителе. Повторитель также используется для перехода между средами.

Нет никакого открытия, адреса статически распределены. Количество адресуемых устройств зависит от конфигурации шины транспортного средства – может быть до 4095 простых датчиков / исполнительных механизмов (класс I) и до 255 программируемых станций (класс 2, со слотами конфигурации). Физический уровень использует передачи со скоростью передачи данных 1,5 Мбит/с с использованием кодировки Manchester II . Максимальное расстояние определяется ограничением максимально допустимой задержки ответа 42,7 мкс (где для более длинных расстояний используется второй режим, который допускает до 83,4 мкс с уменьшенной пропускной способностью, в случае использования MVB для распределительного устройства на стороне пути), в то время как большинство частей системы взаимодействуют с типичным временем ответа 10 мкс. [1]

История

MVB был получен из шины P215, разработанной Brown Boveri Cie , Швейцария (теперь ABB ), включающей принцип издатель/подписчик из ранних полевых шин (DATRAS) [ требуется ссылка ] . Еще в 1984 году IEC TC 57 определил спецификации требований к шинам, которые будут использоваться на электрических подстанциях в сотрудничестве с IEC SC65C. MVB представляет много общего с полевой шиной FIP (первоначально от французского « Flux d'Information vers le Processus », переименованного в Factory Instrumentation Protocol или в некоторых ссылках также используется гибридный «Flux Information Protocol»), которая была разработана во французской серии стандартов NFC 46602. [2] Поскольку оба они произошли от одних и тех же спецификаций 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 деления пополам, полагаясь на обнаружение коллизий, в то время как FIP использовал бит «посмотри на меня» поверх периодических данных. Попытки объединить FIP и MVB потерпели неудачу из-за упрямства двух сторон [ требуется цитата ] . 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 одно из них не будет использоваться, и отдал предпочтение Ethernet в качестве общего знаменателя [ требуется цитата ] .

Кадры MVB несовместимы с кадрами полевой шины IEC 61158-2 , поскольку в них 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 лицами в IEC TC 57. Разница возникла из-за физического уровня полевой шины , который предполагает фазовую автоподстройку частоты для декодирования данных Manchester, требуя преамбулы для синхронизации декодера, в то время как MVB работал в основном с оптоволоконными кабелями [ требуется ссылка ] где этот метод бесполезен, декодирование MVB основано на детекторах перехода через нуль и распознавании манчестерских образов.

Однако большая часть современного оборудования для разработки и тестирования может в равной степени передавать кадры WTB/MVB, а также кадры Profibus по линии [ необходима ссылка ], поскольку структура телеграммы аналогична Profibus .

Разъемы WorldFIP использовались в железнодорожном оборудовании во Франции и Северной Америке (компания Bombardier ), пока не начались совместные усилия по созданию общего автобуса для поездов UIC (совместно с Siemens и другими отраслевыми партнерами), что привело к появлению стандарта WTB/MVB в конце 1999 года [ необходима ссылка ] .

Автобусы альтернативного транспортного средства

Стандарт MVB был введен для замены множества полевых шин в оборудовании поездов. Несмотря на преимущества полевой шины MVB, многие транспортные шины по-прежнему строятся из компонентов CANopen , WorldFIP (во Франции ), LonWorksСША ) и Profibus . В то время как WorldFIP , CANopen , Lonworks и Profinet контролируются международными ассоциациями производителей, нацеленными на широкий спектр приложений, MVB был адаптирован для применения в подвижном составе с целью совместимости разъемов и, следовательно, не допускал никаких вариантов. Это было сделано намеренно, поскольку борьба между полевыми шинами бушевала в 1990-х годах [ нужна цитата ] и решение МЭК о том, что любая из восьми [ нужна цитата ] полевых шин является стандартом, не способствовало совместимости разъемов.

Модули MVB дороже, чем, например, компоненты CANopen или LonWorks . Это не из-за технологии связи: большинство устройств реализуют машину протокола MVB ​​в небольшой области FPGA , которая сегодня так или иначе присутствует, а самым дорогим компонентом остается разъем [ требуется цитата ] . Но сертификация для железных дорог стоит дорого и не всегда нужна для некритичных приложений, таких как комфорт и информация для пассажиров . Если учесть общую стоимость владения, стоимость аппаратных элементов может быть легко перевешена дополнительными инженерными расходами на рынке железных дорог с его небольшими сериями.

В США IEEE RTVISC оценил как MVB, так и LON как транспортное средство и поездную шину. IEEE в конце концов решил стандартизировать оба в IEEE 1374, с четким разделением задач [ необходима цитата ] :

  • MVB для критически важных операций, таких как управление тягой и сигнализация в кабине водителя,
  • LON для некритической и медленной передачи данных, но недорогих соединений, таких как пассажирские дисплеи и диагностика. Это разделение не всегда соблюдается [ требуется цитата ] .

Кроме того, все больше и больше компонентов добавляются к рельсовым транспортным средствам, 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 составы поездов (согласно профилю EN 50155 ). Все альтернативные шины транспортных средств по-прежнему подключены к шине Wire Train. [3]

MVB похож на FlexRay , оба имеют «данные процесса», которые называются «статическим сегментом» в FlexRay , и «данные сообщения», которые являются «динамическим сегментом» и управляются фиксированной схемой TDMA . Запуск 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 оценили общее решение выше, чем множество лучших шин. Напротив, в 1999 году автомобильная промышленность оценила MVB ​​[ требуется цитата ] (в расширенной версии 24 Мбит/с), но отказалась от нее из-за затрат, которые должны быть неоправданно низкими для массового рынка миллионов транспортных средств.

Автобус Wire Train (WTB)

Автобус-трос предназначен для международных пассажирских поездов переменного состава, включающего до 22 вагонов.

Среда передачи данных представляет собой дублированный экранированный кабель витой пары , который проложен в кабелях UIC между транспортными средствами.

Соединитель между транспортными средствами — это 18-контактный разъем UIC. Поскольку разъемы открыты и могут окисляться, при установлении соединения применяется импульс тока для испарения оксидного слоя , называемого фриттованием . Стандартный разъем для узлов WTB — это 9-контактный разъем DIN.

Физический уровень использует уровни RS-485 со скоростью передачи данных 1 Мбит/с . Кодирование использует код Manchester II и протокол кадра HDLC с надлежащей балансировкой напряжения, чтобы избежать компонентов постоянного тока в трансформаторах гальванической развязки . Декодер Manchester использует фазовую/квадратурную демодуляцию (не RS-485 , который работает с нулевыми переходами), что позволяет охватывать 750 м в худших условиях, особенно когда оборудованы только два крайних транспортных средства, как в случае с несколькими тяговыми для грузовых поездов. Ретрансляторы не предусмотрены, поскольку транспортные средства между ними могут иметь разряженные батареи.

Уникальным свойством WTB является инаугурация поезда (на немецком языке: Zugtaufe ), при которой вновь подключенные транспортные средства получают адрес в последовательности и могут идентифицировать сторону транспортного средства (называемую левым и правым бортом, как в морском транспорте), чтобы двери открывались с правильной стороны. До 32 адресов могут быть динамически распределены. Когда два состава поезда соединяются, адреса перераспределяются для формирования нового состава транспортных средств с последовательным адресом. Транспортные средства без узла WTB (« транспортные средства с onduction ») не учитываются.

Максимальная полезная нагрузка кадров составляет 1024 бита.

WTB работает циклически, обеспечивая детерминированную работу с периодом 25 мс, используемым в основном для управления тягой [ требуется ссылка ] . WTB также поддерживает спорадическую передачу данных для диагностики. Содержание периодических и спорадических кадров регулируется стандартом UIC 556. [4] Поскольку размер кадра ограничен, для сегментации и повторной сборки сообщений использовалась версия TCP с уменьшенными накладными расходами, что в то же время позволяет справляться с изменениями в составе, называемая RTP (протокол реального времени).

Альтернативные поезда автобусы

История

WTB был получен из немецкой шины DIN , разработанной ABB Henschel [ нужна цитата ] (теперь Bombardier [ нужна цитата ] ). Он выиграл от фазово-квадратурного декодирования, предоставленного Италией , и от улучшенного ввода поезда в эксплуатацию, предоставленного Швейцарией , на основе опыта с многотяговой шиной FSK ABB Secheron, Женева, используемой в грузовых поездах SBB [ нужна цитата ]) . Физический уровень WTB показывает сходство с полевой шиной WorldFIP (EN 50170 часть 4) - ее "режим напряжения" использовал 1 Мбит/с и максимум 32 станции на шине с максимальной длиной 750 метров, использование приемопередатчиков FIP было изучено на ранней стадии [ нужна цитата ] в оценке TCN, но вместо этого использовалось фазово-квадратурное декодирование.

Использование

TCN используется в большинстве современных систем управления поездами, обычно соединяя транспортные средства с 18-контактным разъемом UIC 558 , включая:

Стандарты МЭК 61375

IEC 61375 — это набор стандартов.

Набор стандартов IEC 61375
КодЗаголовокАбстрактный
МЭК 61375-2-1:2012Электронное железнодорожное оборудование - Сеть железнодорожной связи (TCN) - Часть 2-1: Проводная железнодорожная шина (WTB)Стандарт IEC 61375-2-1:2012 применяется к передаче данных в открытых поездах, т.е. он охватывает передачу данных между составами указанных открытых поездов и передачу данных внутри составов указанных открытых поездов.
МЭК 61375-2-2:2012Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поезда (TCN) - Часть 2-2: Тестирование соответствия Wire Train BusIEC 61375-2-2:2012 применяется ко всему оборудованию и устройствам, реализованным в соответствии с IEC 61375-2-1, то есть он охватывает процедуры, которые должны применяться к такому оборудованию и устройствам, когда соответствие должно быть доказано. Применимость этого стандарта к реализации TCN позволяет проводить индивидуальную проверку соответствия самой реализации и является предпосылкой для дальнейшей проверки совместимости между различными реализациями TCN.
МЭК 61375-2-3:2015Электронное железнодорожное оборудование - Сеть железнодорожной связи (TCN) - Часть 2-3: Профиль связи TCNIEC 61375-2-3:2015 определяет правила обмена данными между составами в поездах. Совокупность этих правил определяет профиль связи TCN. Целью профиля связи является обеспечение взаимодействия между составами указанных поездов в отношении обмена информацией. Для этой цели он определяет все элементы, которые необходимы для взаимодействия связи:
  • архитектура с определенными направлениями движения поездов, связанными с различными видами поездов;
  • общая концепция функциональной адресации;
  • общий протокол связи для обмена данными между функциями;
  • комплекс услуг по управлению поездной связью.

В данную копию включено содержание исправлений от декабря 2015 г. и октября 2016 г.

МЭК ТС 61375-2-4:2017Электронное железнодорожное оборудование - Сеть железнодорожной связи (TCN) - Часть 2-4: Профиль применения TCNIEC TS 61375-2-4:2017(E) применяется к приложениям в поездах, т. е. он охватывает профиль приложения для функций, принадлежащих системе управления и мониторинга поезда (TCMS). Профиль приложения основан на системе связи TCN для передачи данных между составами указанных поездов. Этот документ обеспечивает интерфейс данных с параметрами и адресацией функций TCMS на основе профиля связи, изложенного в IEC 61375-2-3. Этот документ применим к подвижному составу, требующему совместимого сцепления и расцепления. Эта часть IEC 61375 может быть дополнительно применима к закрытым поездам и многосекционным поездам, если это согласовано между покупателем и поставщиком.
МЭК 61375-2-5:2014Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поездов (TCN) - Часть 2-5: Магистраль поезда EthernetIEC 61375-2-5:2014 определяет требования к магистрали поездов Ethernet (ETB) для выполнения открытой системы передачи данных поезда на основе технологии Ethernet. Соблюдение этого стандарта обеспечивает совместимость между локальными подсетями Consist независимо от сетевой технологии Consist (более подробную информацию см. в IEC 61375-1). Все определения сетей Consist должны учитывать этот стандарт для сохранения совместимости. Этот стандарт может быть дополнительно применен к закрытым поездам и многосекционным поездам, если это согласовано между покупателем и поставщиком.
МЭК 61375-2-6:2018Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поезда (TCN) - Часть 2-6: Бортовая связь с землейIEC 61375-2-6:2018 устанавливает спецификацию для связи между бортовыми подсистемами и наземными подсистемами. Система связи, интерфейсы и протоколы определены как функция мобильной связи, использующая любую доступную беспроводную технологию. В этом документе содержатся требования для того, чтобы:

а) выбирать беспроводную сеть на основе параметров QoS, запрашиваемых приложением; б) разрешать приложениям TCMS и/или OMTS, установленным на борту и взаимодействующим по бортовой сети связи, иметь удаленный доступ к приложениям, работающим на наземных установках; в) разрешать приложениям, работающим на наземных установках, иметь удаленный доступ к приложениям TCMS и/или OMTS, установленным на борту.

МЭК ТР 61375-2-7:2014Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поездов (TCN) - Часть 2-7: Беспроводная магистральная сеть поездов (WLTB)IEC TR 61375-2-7:2014 описывает стек протоколов беспроводной магистральной сети поезда на основе радио, которая используется в грузовых поездах с распределенной мощностью. В этой части содержится информация о физическом уровне, уровне канала передачи данных, прикладном уровне и приложении распределенной мощности.
МЭК 61375-2-8:2021Электронное железнодорожное оборудование - Сеть поездной связи (TCN) - Часть 2-8: Тест соответствия TCNIEC 61375-2-8:2021 применяется ко всему оборудованию и устройствам, реализованным в соответствии с IEC 61375-2-3:2015, IEC 61375-2-5:2014 и IEC 61375-3-4:2014, то есть он охватывает процедуры, которые должны применяться к такому оборудованию и устройствам, когда соответствие должно быть доказано. Применимость этого документа к реализации TCN позволяет проводить индивидуальную проверку соответствия самой реализации и является предпосылкой для дальнейшей проверки совместимости между различными реализациями TCN.
МЭК 61375-3-1:2012Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поездов (TCN) - Часть 3-1: Многофункциональный автобус (MVB)IEC 61375-3-1:2012 применяется там, где требуется MVB.
МЭК 61375-3-2:2012Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поезда (TCN) - Часть 3-2: Тестирование соответствия MVB (многофункциональная транспортная шина)IEC 61375-3-2:2012 применяется ко всему оборудованию и устройствам, реализованным в соответствии с IEC 61375-3-1, то есть он охватывает процедуры, которые должны применяться к такому оборудованию и устройствам, когда соответствие должно быть доказано. Применимость этого стандарта к реализации TCN позволяет проводить индивидуальную проверку соответствия самой реализации и является предпосылкой для дальнейшей проверки совместимости между различными реализациями TCN.
МЭК 61375-3-3Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поездов (TCN) - Часть 3-3: CANopen Consist Network (CCN)IEC 61375-3-3:2012 определяет шину передачи данных внутри составов, которые основаны на CANopen. CANopen был разработан для использования в приложениях промышленной автоматизации, но не ограничивается ими. Эти приложения могут включать такие устройства, как модули ввода/вывода, контроллеры движения, интерфейсы человек-машина, датчики, контроллеры с обратной связью, энкодеры, гидравлические клапаны или программируемые контроллеры. Эта часть IEC 61375 применяется ко всему оборудованию и устройствам, работающим в сети составов на основе CANopen в архитектуре TCN, как описано в IEC 61375-1.
МЭК 61375-3-4:2014Электронное железнодорожное оборудование - Сеть связи поездов (TCN) - Часть 3-4: Ethernet Consist Network (ECN)IEC 61375-3-4:2014 определяет сеть передачи данных внутри Consist на основе технологии Ethernet, Ethernet Consist Network (ECN). Применимость этой части IEC 61375 к Consist Network обеспечивает взаимодействие отдельных транспортных средств в составе Open Trains в международном сообщении. Эта часть IEC 61375 может быть дополнительно применима к закрытым поездам и многосекционным поездам, если это согласовано между покупателем и поставщиком.


Дальнейшее чтение

Примечания и ссылки

  1. ^ abc профессор доктор Хуберт Киррманн (20 января 1999 г.). «Сеть связи поездов IEC 61375 - 3 многофункциональных автомобильных автобуса». Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL). Архивировано из оригинала (Powerpoint) 13 апреля 2017 г.
  2. ^ WorldFIP Архивировано 2012-08-03 в archive.today
  3. ^ "Информация - и Steuerungstechnik auf Schienenfahrzeugen - Bussysteme im Zug" . Электронная промышленность, 9 августа 2008 г. (на немецком языке). InnoTrans Special: Бахэлектроник. 14 сентября 2008 г. Архивировано из оригинала 2 апреля 2012 г. Проверено 16 сентября 2011 г.
  4. ^ Профессор доктор Хуберт Киррманн (20 января 1999 г.). «Сеть железнодорожной связи IEC 61375 — 4-проводная поездная шина». Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL). Архивировано из оригинала (Powerpoint) 16 июня 2011 г.
  • Хьюберт Киррманн (ABB Corporate Research); 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 в поездах IEC / IEEE / UIC для безопасной и критической по времени связи на борту». Bombardier Transportation. 2002-06-10. Архивировано из оригинала (powerpoint) 2009-12-22 . Получено 2011-09-11 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Train_communication_network&oldid=1252254568"