列车控制网络的实时性与可靠性研究

论文摘要

随着嵌入式微机控制技术和现场总线技术的发展,现代列车的过程控制已从集中型的直接数字控制系统发展成为基于网络的分布式控制系统。应用于列车过程控制的总线标准主要有CAN、LonWorks、WorldFIP、ARCNET和TCN。随着列车控制网络完成任务的增多和列车这一特殊产品的运营要求,对列车控制网络系统的实时性和可靠性提出了更高的要求。本论文主要对列车控制网络的实时性和可靠性进行了研究,主要完成了以下工作:首先,介绍了应用于列车的几种典型现场总线,并对比分析了其优缺点和适用性。第二,对列车通信网的关键技术进行了详细分析和研究。分别从变量和消息的角度,分析研究了变量通信采用的周期轮询、源寻址广播和消息通信采用的事件巡回、事件搜索等关键技术,说明了这些技术如何来保证消息的实时性和可靠性。对于采用何种方法和手段来确保列车通信网络中所有周期信息的实时性要求,同时又满足紧急非周期通信的严格时限要求等问题,开展了进一步的研究工作。以MVB总线为例,对如何保证其所有周期信息的实时通信能力的方法展开研究,并建立通信模型,分析了MVB通信的实时性。第三,研究了CRH5型动车组的控制网络结构。对列车总线和车辆总线进行冗余设计。分析了可靠性框图、故障树和故障模式、影响及重要性分析三种可靠性分析方法在列车控制网络故障诊断和提高列车控制网络可靠性方面的应用。最后,对本文所做工作进行了总结,并对下一步所需要进行的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 列车通信网络发展综述
• 1.3 论文研究的主要内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 应用于列车的总线技术
• 2.1 现场总线技术
• 2.2 国内外主流列车通信总线
• 2.2.1 LonWorks总线
• 2.2.2 CAN总线
• 2.2.3 WorldFIP总线
• 2.2.4 ARCNET总线
• 2.2.5 TCN总线
• 2.3 小结
• 第三章 TCN的关键技术和实时性
• 3.1 TCN总述
• 3.2 MVB通信原理
• 3.2.1 MVB变量数据的通信机制及关键技术
• 3.2.2 消息数据的通信机制及关键技术
• 3.3 WTB通信原理
• 3.3.1 WTB变量的通信机制
• 3.3.2 WTB消息数据的通信机制
• 3.4 列车通信网络性能的优化研究
• 3.4.1 MVB过程数据通信模型
• 3.4.2 周期通信带宽分配策略
• 3.4.3 周期信息特征周期与逻辑端口数间的配置关系
• 3.5 小结
• 第四章 TCN的具体应用及可靠性研究
• 4.1 CRH5动车组网络控制系统
• 4.1.1 列车级网络功能及设备
• 4.1.2 车辆级网络功能及设备
• 4.2 列车网络系统可靠性研究与设计
• 4.2.1 WTB容错技术
• 4.2.2 MVB容错技术
• 4.3 列车控制网络系统RAM分析
• 4.3.1 RAM概念和指标
• 4.3.2 RAM分析的目的
• 4.3.3 RAM分析方法
• 4.3.4 动车组列车网络的诊断模式
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文