动车组网络系统主从切换原理范文

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摘要：本文以CRH380CL型动车组网络系统为例，阐述了中继传输的基本原理，详细说明了中继传输中的三种主局、从局切换原理，为该型动车组在网络异常时的故障工况分析提供了技术支撑。

关键词：CRH380CL；中继传输；网络系统

引言

CRH380CL高速列车是在CRH3型高速列车平台基础上研制的十六辆长大编组高速列车，主要运营于京沪高速铁路。列车编组型式为八动八拖，最高运营速度为350km/h，试验速度达385km/h。该型动车组集成了日立公司的列车网络控制系统。本文重点分析网络系统中继传输过程中的主从切换过程。

1网络系统中继传输基本构成

网络系统列车总线采用带有屏蔽层的双绞线作为传输线路，通信方式符合HDLC标准，以中央单元为主局、其他单元为从局的轮询方式进行周期循环传送。每个传输周期内，所有网络单元共同接收来自总线上的广播数据。列车总线传输速度是为3.2Mbit/s。在两个头车上设置中央单元，中央单元由传送部和MMC部组成，传送部用于列车总线的中继传输控制，MMC部用于整车的逻辑控制。在中间车上设置终端单元，终端单元只有传送部。各车之间交互的列车总线信息，通过传送部的传送1系和传送2系分别发送至1系和2系的传送线路上。司控器的级位信息等控制指令，通过中央单元传送部的1系及2系，经由两系的传送线路并联传送。终端单元通过1系及2系传送部接收控制指令数据，再选择一方输出到具体设备上。

2中继传输主局/从局

分类中继传输中有三种主局/从局。

2.1网络控制系主局/从局

控制系主局是指为设备编制控制指令的头车，这些指令一般是与牵引控制相关的主控信息、方向信息、牵引力百分比、恒速控制等。控制指令传输周期为10ms，前端司机室（插入司控器一端的头车）为控制系主局，后端司机室为控制系从局。

2.2网络传送系主局/从局

传送系发送的信息是网络传送起点的帧，1号车为传送主局。如果16号车在320ms期间无法接收到来自1号车的控制指令帧，将切换至传送系主局开始发送处理。另外，中间车将不切换至传送系主局，1号车也不切换至传送系从局。各中间车与传送主局的控制指令保持帧同步，处理本车的信息传送。

2.3MMC部主局/从局

MMC部主局是指发送辅机控制指令（SDR）帧的头车。在MMC部CPU基板侧进行MMC部主从的决定和切换等，MMC部SIO基板通过MMC部CPU基板或DPRAM传来的MMC部的主/从标志判断是否是主局，并进行辅机控制指令（SDR）的发送。

3中继传输主局/从局切换原理

3.1网络控制系主局/从局

切换网络系统起动时，1号车为预主局，16号车为预从局。即使在前端司机室将司控器插入后拔出，只要后端司机室的司控器不插入，就不会发生控制系主局/从局的切换。另外，在两司机室插入司控器时，先插入者优先成为控制系主局。具体主从切换工况如图1所示。

3.2网络传送系主局/从局

切换（1）中继传送帧时间。中继传送系帧的传输时间如图2所示，是按照10ms周期进行的时分多重控制传输方式。各局具有唯一的局编号，各局在接收1号车控制指令帧时，按照事先规定的时序表和局编号，对本局帧的应发送时刻进行运算，并在达到发送时刻时发送本局帧至列车总线。传送系主局是1号车时的时序图。1号车作为传送系主局时的时序图，如图2所示。当接收到来自1号车的控制指令报文时，各编号车辆对本局帧的发送时刻进行运算。按照达到发送时刻的顺序发送本局帧。控制指令发送时间（下列时间过后，各编号车辆向触发器发送1号车的控制指令[FC11]）接收反馈信息）：①2号车发送（FC12）…200μs②3号车发送（FC13）…400μs③4号车发送（FC14）…600μs④5号车发送（FC15）…800μs⑤16号车发送（FC10）…3000μs⑥辅机控制指令发送（FC21）…3200μs⑦监视器发送（FC31）…7200μs另外，当传送系主局是16号车时，时序图与主局是1号车的时序图原理相同。

3.3MMC部主局/从局

切换由于网络系统的绝大多数逻辑控制与故障诊断都在中央单元MMC部执行，MMC部都在执行控制逻辑，但只有主局向列车总线和车辆总线发送控制命令。因此，一旦MMC部主局发生异常，本系统的辅机控制将不能执行。为了防止这种情况，将实施主从切换，即当主局中央单元出现异常时，另一端头车的中央单元将切换为主局。（1）MMC部主局/从局切换时间。如果辅机控制数据在1号车作为主局时有1.8s以上未被发送，在相反号车作为主局时有3s以上未被发送，则判断为主局瘫痪，从局将变成主局，开始辅机控制数据的发送。在两中央单元MMC部对另一端头车的辅机控制指令报文进行计数，如果在刚接收到来自对方的辅机控制指令报文后本局不是1号车，则为从局，即1号车优先成为主局。（2）MMC部主局/从局切换方法。电源闭合时，两中央单元MMC部共同成为预从局。如果成为预从局后的一定时间（1号车中央单元MMC部：3s，16号车中央单元MMC部：10s）未接收到监视器报文，则成为预主局（图3中的A），即刚正常起动后1号车MMC部为主局，相反中央单元为从局。一旦低于1次/200ms的监视器报文接收状态持续3s以上，预主局将切换成预从局。预从局一旦接收到1次以上监视器报文，便切换成从局（如图3中的C）。预主局在实施2次以上的预主局预从局切换后，或是预主局一旦接收到2次/200ms以上监视器报文，便切换成主局（如图3中的D）。

一旦低于1次/200ms的监视器报文接收状态持续3s，则判断两MMC部成为主局及传输数据损坏，主局切换成预从局（如图3中的G）。主局在与传输部未进行文件传送、时钟设定等的状态下而收到来自相反端中央单元MMC部的主/从切换要求，则切换成从局；或是主局在自己未从1号车接受到辅机控制指令报文而是从相反中央单元接收时，也将切换成从局（如图3中的E）。从局向相反端中央单元发送主从切换要求时，一旦接收到来自相反端中央单元的应答，便切换成主局；或是从局向相反端中央单元MMC部发送主/从切换要求过程中，监视器报文的未接收状态持续1.6s，便切换至主局（如图3中的F）。

4结语

CRH380CL型动车组首列车在整车型式试验和运用考核阶段，中车长客股份公司与日立公司根据上述主从切换原理，在现车上实际模拟各种故障工况，并对不同试验结果进行汇总，详细分析故障造成的危害，将有利于指导该型动车组网络系统故障时的应急处理。

参考文献

[1]常振臣，李强.CRH380CL高速列车网络控制系统[J].电力机车与城轨车辆，2017，（3）：1.

[2]陈特放，曾秋芬.列车微机与网络控制技术及应用[M].北京：科学出版社，2012.

[3]史红梅，苏树强，温伟刚.动车组网络控制[M].北京：北京交通大学出版社，2013.

作者：李强；吕龙 单位：中车长春轨道客车股份有限公司