Tåg kommunikationsnätverk

Information om protokoll för
tågkommunikationsnätverk (TCN).
Typ av nätverk Enhetsbuss , processkontroll
Fysiska medier Tvinnat par , glasfiber
Nätverks topologi Buss
Enhetsadressering hårdvara mjukvara
Styrande organ TrainCom
Hemsida www .traincom .org

Tågkommunikationsnätverket (TCN ) är en hierarkisk kombination av två fältbussar för dataöverföring inom tåg. Den består av Multifunction Vehicle Bus (MVB) inuti varje fordon och av Wire Train Bus (WTB) för att koppla ihop de olika fordonen. TCN-komponenterna har standardiserats i IEC 61375 .

Multifunktionsbuss för fordon (MVB)

Multifunktionsfordonsbussen kopplar samman enskilda noder inom ett fordon eller i ett slutet tågset . Till skillnad från WTB finns det inga krav på en enda internationell kopplingsstandard för fordonsbussen inuti en buss, lok eller tågsats – istället finns det tre fördefinierade media- och kopplingsklasser:

  1. OGF ( optiska glasfibrer ) använder 240 μm fibrer för ett linjeavstånd på 2000 m,
  2. EMD (electrical medium distance) använder skärmade tvinnade par med RS 485-sändare och transformatorer för galvanisk isolering), för en längd som når 200 m och
  3. ESD (electrical short distance) använder en enkel bakplansledning utan galvanisk isolering, i vilket fall kabeln kan vara upp till 20 m lång.

Kontakterna och uttagen är desamma som används av Profibus (med två 9-stifts Sub-D-uttag per elektrisk enhet).

För OGF är mediakällorna anslutna genom att repeatrar [ citation needed ] (signalgeneratorer) är sammanfogade på en central stjärnkopplare. En repeater används också för övergången från ett medium till ett annat.

Det är ingen invigning, adresserna är statiskt tilldelade. Antalet adresserbara enheter beror på konfigurationen av fordonsbussen – det kan finnas upp till 4095 enkla sensorer / ställdon (Klass I) och upp till 255 programmerbara stationer (Klass 2, med konfigurationsplatser). Den fysiska nivån använder överföringar med en datahastighet på 1,5 Mbit/s med Manchester II-kodning . Det maximala avståndet bestäms på begränsningen av en maximal tillåten svarsfördröjning på 42,7 µs (där för längre sträckor används ett andra läge som tillåter upp till 83,4 μs med reducerad genomströmning, om MVB används för ställverk på marksidan) medan de flesta systemdelar kommunicerar med en svarstid på typiska 10µs.

Historia

MVB härleddes från P215-bussen som utvecklats av Brown Boveri Cie , Schweiz (numera ABB ), som införlivar utgivare-/abonnentprincipen från tidiga fältbussar (DATRAS) [ behövd hänvisning ] . Redan 1984 IEC TC 57 kravspecifikationerna för bussar som ska användas i elstationer i samarbete med IEC SC65C. MVB presenterar många likheter med FIP- fältbussen (ursprungligen från franska " Flux d'Information vers le Processus ", ommärkt som Factory Instrumentation Protocol eller vissa referenser använder också hybriden "Flux Information Protocol") som utvecklades i den franska NFC 46602-standarden serier. Eftersom båda härrörde från samma IEC TC 57- specifikationer. Detta förklarar varför MVB och FIP har liknande funktion (cyklisk och händelsedriven), bara skiljemetoden vid multipel åtkomst skiljer sig, eftersom MVB använde ett binärt halveringsläge som förlitade sig på kollisionsdetektering medan FIP piggy-backade en "look-at- mig" bit över periodiska data. Försök att slå samman FIP och MVB misslyckades på grund av de två partiernas envishet [ citat behövs ] . MVB, Profibus och WorldFIP föreslogs som en transformatorstationsbuss i IEC TC 57 , men för att undvika parallella lösningar beslutade IEC TC 57 att ingen kommer att användas och gynnade Ethernet som en gemensam nämnare [ citat behövs ] .

MVB-ramarna är inte kompatibla med IEC 61158-2 fältbussramar eftersom de utelämnar det mesta av ingresssynkroniseringen (vilket inte krävs om nollgenomgångsdetektering är möjlig). Den paradoxala situationen är att fältbussen IEC 61158 och det fysiska lagret MVB utvecklades av samma personer i IEC TC 57 . Skillnaden kom från det fysiska fältbussskiktet som antar en faslåst slinga för att avkoda Manchester-data, vilket kräver en inledning för att syntonisera avkodaren, medan MVB huvudsakligen opererade med optiska fibrer [ citat behövs ] där denna metod är värdelös, MVB:s avkodning förlitar sig på nollgenomgångsdetektorer och Manchester-mönsterigenkänning.

Men det mesta av den moderna utvecklings- och testutrustningen kan likaväl kommunicera WTB/MVB-ramar som Profibus -ramar på linjen [ citat behövs ] som telegramstrukturen som liknar Profibus .

WorldFIP - kontakterna fann användning i tågutrustning i Frankrike och Nordamerika (av Bombardier ) tills en gemensam satsning på en gemensam UIC -tågbuss startade (med Siemens och andra industripartners) som ledde till WTB/MVB-standarden i slutet av 1999 [ citat ] behövs ] .

Alternativa fordonsbussar

MVB-standarden infördes för att ersätta mångfalden av fältbussar i tågmaterielen. Trots fördelarna med MVB-fältbussen är många fordonsbussar fortfarande byggda av CANopen , WorldFIP (i Frankrike ), LonWorks (i USA ) och Profibus- komponenter. Medan WorldFIP , CANopen , Lonworks och Profinet kontrolleras av internationella tillverkares sammanslutningar som är inriktade på ett brett spektrum av applikationer, skräddarsyddes MVB för rullande materielapplikationen, med målet om pluggkompatibilitet, och tillåter därför inga alternativ. Detta var avsiktligt och IEC eftersom fältbussarna . kampen mellan fältbussarna rasade på 1990-talet :s beslut att någon av de åtta var en standard hjälpte inte pluggkompatibiliteten

MVB-moduler är dyrare än till exempel CANopen eller LonWorks komponenter. Detta beror inte på kommunikationstekniken: de flesta enheter implementerar MVB-protokollmaskinen i ett litet område av en FPGA som i alla fall finns idag, och den dyraste komponenten förblir kontakten [ citat behövs ] . Men järnvägscertifiering är kostsamt och behövs inte alltid för okritiska tillämpningar som komfort och passagerarinformation . När den totala ägandekostnaden beaktas kan kostnaden för hårdvaruelementen lätt vägas upp av ytterligare ingenjörskostnader på järnvägsmarknaden med sina små serier.

I USA utvärderade IEEE RTVISC både MVB och LON som fordons- och tågbuss. IEEE citat behövs beslutade slutligen att standardisera båda i IEEE 1374, med en tydlig åtskillnad av uppgifter [ ] :

  • MVB för kritisk drift som traction control och signalering i förarhytten,
  • LON för okritisk och långsam dataöverföring, men lågkostnadsanslutningar som passagerarskärmar och diagnostik. Denna separation observeras inte alltid [ citat behövs ] .

Dessutom läggs fler och fler komponenter till järnvägsfordon som behöver mycket mer bandbredd än någon fältbuss kan ge (t.ex. för videoövervakning ), så switchat Ethernet IEEE 802.3 med 100 Mbit/s introduceras i tågset (enligt EN 50155 ) profil). Fortfarande är alla alternativa fordonsbussar anslutna till trådtågsbussen.

MVB liknar FlexRay , båda har "processdata", som kallas "statiskt segment" i FlexRay , och "meddelandedata", som är det "dynamiska segmentet" och drivs av ett fast TDMA- schema. Att köra FlexRay med 2,5 Mbit, ett fysiskt RS-485- lager och bara en "kallstartare" skulle leda till ett mycket liknande beteende med avseende på applikationen. Trots likheterna har ingen järnvägstillverkare övervägt FlexRay , eftersom de värderade en gemensam lösning högre än en mängd bättre bussar. Omvänt, 1999 utvärderade fordonsindustrin MVB [ citat behövs ] (i en utökad 24 Mbit/s version), men släppte den på grund av kostnaderna, som borde vara orimligt låga för massmarknaden med miljontals fordon.

Tågbuss (WTB)

Tågbussen har designats för internationella persontåg med variabel sammansättning, bestående av upp till 22 fordon.

Mediet består av en duplicerad skärmad partvinnad kabel, som går i UIC- kablarna mellan fordonen.

Kontakten mellan fordonen är den 18-poliga UIC-kontakten. Eftersom kontakter är exponerade och kan oxidera, appliceras en strömpuls vid upprättandet av anslutningen för att förånga oxidskiktet , kallat fritting . Standardkontakten för WTB-noderna är en DIN 9-stiftskontakt.

Den fysiska nivån använder RS-485 -nivåer vid 1 Mbit/s datahastighet . Kodningen använder en Manchester II-kod och ett HDLC- ramprotokoll med korrekt spänningsbalansering för att undvika DC-komponenter i de galvaniska isoleringstransformatorerna . Manchester-avkodaren använder en fas-/kvadraturdemodulering ( inte RS-485 , som fungerar med nollkorsningar) som gör det möjligt att spänna 750 m under värsta tänkbara förhållanden, särskilt när endast de två extremitetsfordonen är utrustade, vilket är fallet med flera dragkraft för godståg. Inga repeatrar planeras eftersom fordon däremellan kan ha urladdade batterier.

En unik egenskap hos WTB är tåginvigningen (på tyska: Zugtaufe ) där de nyanslutna fordonen får en adress i följd och kan identifiera fordonssidan (kallas babord och styrbord som i marin) så att dörrar öppnas på rätt sida. Upp till 32 adresser kan tilldelas dynamiskt. När två tågsammansättningar går samman, omfördelas adresserna för att bilda en ny sammansättning av fordon med en sekventiell adress. Fordon utan WTB-nod ("c onduction vehicles ") räknas inte.

Ramarna har en maximal nyttolast på 1024 bitar.

WTB:en fungerar cykliskt för att tillhandahålla deterministisk drift, med en period på 25 ms, som huvudsakligen används för dragkraftskontroll [ citat behövs ] . WTB stöder också sporadisk dataöverföring för diagnostik. Innehållet i de periodiska och sporadiska ramarna styrs av UIC 556-standarden. Eftersom ramstorleken är begränsad användes en version av TCP med reducerad overhead för meddelandesegmentering och återmontering, som samtidigt gör det möjligt att hantera förändringar i sammansättningen, kallad RTP (Real-Time Protocol).

Alternativa tågbussar

Huvudartikel: Ethernet-tågsryggrad

Historia

WTB härleddes från den tyska DIN - [ behövd hänvisning bussen som utvecklats av ABB Henschel [ behövd hänvisning ] (nu Bombardier ]). Den gynnades av fas-/kvadraturavkodningen som tillhandahålls av Italien och av en förbättrad tåginvigning som tillhandahålls av Schweiz , baserat på erfarenheten av FSK-multipelbuss från ABB Secheron, Genève som användes i SBB-godstågen [ citat behövs ] . Det fysiska lagret av WTB visar likheter med WorldFIP- fältbussen (EN 50170 del 4) - dess "spänningsläge" använde 1 Mbit/s och maximalt 32 stationer på bussen med en maximal längd på 750 meter, användningen av FIP- transceivrar studerades tidigt [ citat behövs ] i TCN-utvärderingen, men Phase/Quadrature-avkodningen användes istället.

Användande

TCN används i de flesta moderna tågkontrollsystem som vanligtvis ansluter fordonen med en 18-stifts UIC 558, inklusive:

Vidare läsning

Anteckningar och referenser

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Train_communication_network&oldid=1143465635 "