CRH2型系列动车组网络控制系统的研究与应用

秦协安+刘峰

摘要：当今社会，人们出行范围愈发广泛，出行次数愈发频繁，为了满足快节奏出行的需求，高速列车技术自然就成为了研究的热点。网络控制系统作为高速动车组的神经中枢系统，实现列车的控制、监视、诊断与保护等功能，是动车组的核心系统和关键技术，也是国外公司技术封锁的重点。本文详细介绍CRH2型高速动车组网络控制系统的主要架构、原理、功能、软件自主开发及其应用情况，为高速列车网络控制系统升级和改造提供了理论指导。

关键词：高速动车组；网络控制系统；自主开发；理论指导

一、引言

随着我国对动车组设计制造能力和运行时速提出的更高要求，国内机车车辆工业企业在引进国外先进技术的基础上先后制造了“和谐”号CRH系列高速动车组，CRH2型高速动车组就是其中应用最为广泛的一种。CRH2型动车组，全称为和谐号CRH2型电动车组（简称CRH2）[1]。是我国铁道部为中国铁路第六次大提速，向日本的川崎重工业和中国中车集团的四方机车车辆股份有限公司订购的高速电动车组。

二、系统概述

1、系统结构。CRH2型动车组网络控制系统名为车辆信息控制系统，简称为MON系统。MON系统为分布式控制系统，采用集中采集、车辆级控制和列车级控制相结合的控制方式，是基于ANSI/ATA-878.1（又称为ARCNET）协议开发设计的TIS系统完成的，整个信息系统通过列车的总线进行通讯信息的传送，而车辆运营即时状况和车上装置的动作信息也得以统一体现[2]。

MON系统主要由中央装置、终端装置、车辆信息显示器、显示控制装置、IC卡读写装置及车厢内各对象设备等组成。

2、系统工作原理。MON系统信息传输采用两层网络结构，上层网络为连接各动态编组车辆的列车级通信网络，下层为连接车辆内固定设备的车辆级通信网络[3]。列车级总线有两种类型。其一为光纤环网，连接所有中央装置与终端装置，采用ANSI/ ATA-878.1（ARCNET）协议，其二为自我诊断传输网，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议。车辆级网络指中央装置/终端装置与车辆内设备之间信息交换的通道。中央装置/终端装置与设备之间采用点对点通信方式，牵引变流器（CI）、制动控制单元（BCU）与终端装置采用光纤连接，其他设备与中央装置、终端装置采用电流环方式连接。

CRH2型高速动车组应用了光纤双层环网式的车辆主干网络总线，包容性较高，比较于其他数据信息传送方式，其传送光纤具有抗干扰能力强、不受电磁干扰影响、布线时不需特殊抗干扰介质等优势。

3、系统功能。MON系统主要功能如下：

第一，冗余功能。列车级、车辆级总线及重要控制设备或装置采用冗余结构，系统能自动选择通讯信号质量好的线路进行通讯；重要网络设备冗余，包括中央控制单元、网关、I/0设备等；主要网络设备供电冗余，包括MVB中继器、显示单元；总线管理器冗余。

第二，控制、监视、诊断功能。MO N系统的主要控制、监视和诊断功能包括：牵引/制动指令的传輸、设备的切除/复位、显示灯/蜂鸣器控制、乘务员支持、服务设备控制、数据记录、车上试验、自我诊断传输线、远程装载功能、升弓位置异常监测功能、自动过分相控制逻辑等。

第三，人机交互功能。通过司机和乘务员显示器。使司机和乘务员能实时在线观测整车运行状态，或通过显示器控制相关系统的运行状态。

CRH2型高速动车组采用的MON网络系统具有设备状态即时监控、重大故障引导处理功能，大大提升了司乘人员的即时操控和问题处理效率。而且，其高稳定性、上手容易等优点以及运用过程中的低故障率也使其可靠性得到了充分验证，赢得了用户和社会的一致认可。

三、MON系统软件自主开发简介

MON系统软件主要采用C语言开发，同时平台历史悠久，缺乏现代的代码运行调试手段，为保证工程质量，MON软件采用严格遵循软件流程管理，对于需求变更需要从头梳理。

MON系统软件开发体系由几十到上百个大小文档组成，用于支撑技术方案的变更响应，对于不同车型的改造，虽然由需求分析制定的技术方案可借鉴，但由于动拖比、编组数据、各车设备配置、IO点位、第三方设备等差异，方案设计阶段的各文档必须重新根据技术方案设计。

组合测试与系统测试为人工完成不具备自动重复性，由于MON系统有8节车厢/16节车厢，对于8编组的IO点位近1500个，对于16编组还要多1倍，每节车还具有多个第三方通信设备，对每个车进行协议测试，其中还有很多组合逻辑，与几个信号相关进行组合排列测试，相当耗时，根据三菱经验和测试经历，对于整系统测试大概需要2-3个月，对于变更点测试，根据变更点大小，一般变更点测试时间平均在1个月左右。

对于一般的变更，根据系统软件构成介绍，都会设计多块单板软件变更，各单板都严格遵循开发流程，在文档体系、测试体系中都需要消耗大量时间，而编码只是实现环节，是为保证工程质量中的一部分。

四、总结和展望自2007年中国铁路第6次大提速以来，CRH2型系列动车组以其高可靠性运行得到了用户和社会的普遍认可。其网络控制系统在动车组的运行过程中充分发挥了其设备状态监控、重大故障引导处理的功能，极大地提高了司乘人员对动车组的操作性和对故障的处理能力。该网络控制系统在运行过程中表现出了极高的可靠性，没有发生因网络控制系统故障而导致的动车组停运事件，保证了动车组的高可靠安全运行。

参考文献

[1] 张曙光.铁路高速列车应用基础理论与工程技术[M].北京：科学出版社，2007.

[2] 梁兆煜.高速铁路技术[M].北京：中国铁道出版社，2005：309-316.

[3] 王磊，何正友.高速列车通信网络技术特点及其应用[J].城市轨道交通研究，2008（2）：57-64.

[4] 高枫，赵红卫，黄志平，王立文.高速动车组列车网络控制系统自主化研制及应用[期刊论文]-铁路技术创新，2015（2）.endprint