Сеть поездного сообщения
 | Части этой статьи (относящиеся к дополнению статьи новыми технологиями Ethernet Consist Network (ECN) и Ethernet Train Backbone (ETB) в качестве альтернативных автомобильных/поездных шин) необходимо обновить . ( май 2021 г. ) |
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Май 2021 г. ) |
| Сеть поездной связи (ТСС) | |
|---|---|
| Информация о протоколе | |
| Тип сети | Шина устройства , управление процессом |
| Физические носители | Витая пара , стекловолокно |
| Топология сети | Автобус |
| Адресация устройства | аппаратное/программное обеспечение |
| Руководящий орган | ТрейнКом |
Сеть связи поездов (TCN) представляет собой иерархическую комбинацию двух полевых шин для передачи данных внутри поездов. Он состоит из многофункциональной автомобильной шины (MVB) внутри каждого транспортного средства и проводной шины (WTB) для соединения различных транспортных средств. Компоненты TCN стандартизированы в IEC 61375 .
Многофункциональный автомобильный автобус (МВБ)
[ редактировать ]MVB соединяет отдельные узлы внутри транспортного средства или закрытого состава поездов. не существует единого стандарта разъемов В отличие от WTB, для MVB — вместо этого существует три определенных класса носителей и разъемов:
- OGF ( оптическое стекловолокно ) использует волокно толщиной 240 микрон на расстояние до 2000 м.
- EMD (Electrical Medium Distance) использует экранированную витую пару с передатчиками и трансформаторами RS-485 для гальванической развязки на расстоянии до 200 м.
- ESD (Electrical Short Distance) использует простую проводку объединительной платы без гальванической развязки, до 20 м.
Вилки и розетки такие же, как и у Profibus , с 2 розетками DB-9 на устройство. [1]
Для OGF медиа-источники соединены репитерами. [ нужна ссылка ] (генераторы сигналов), соединяемые центральным звездообразным соединителем. Репитер также используется для перехода между средами.
Инаугурации нет, адреса выделены статически. Количество адресных устройств зависит от конфигурации автомобильной шины – может быть до 4095 простых датчиков / исполнительных устройств (Класс I) и до 255 программируемых станций (Класс 2, со слотами конфигурации). На физическом уровне используется передача данных со скоростью 1,5 Мбит/с с использованием кодировки Manchester II . Максимальное расстояние определяется ограничением максимально допустимой задержки ответа 42,7 мкс (где для больших расстояний используется второй режим, позволяющий до 83,4 мкс с пониженной пропускной способностью, в случае использования MVB для распределительного устройства на стороне пути), в то время как большинство частей системы обмениваются данными с типичным временем отклика 10 мкс. [1]
История
[ редактировать ]MVB был создан на основе шины P215, разработанной компанией Brown Boveri Cie , Швейцария (ныне ABB ), с включением принципа издателя/подписчика из ранних полевых шин ( DATRAS ). [ нужна ссылка ] . Еще в 1984 году IEC TC 57 определил технические требования к шинам, которые будут использоваться на электрических подстанциях, в сотрудничестве с IEC SC65C . MVB имеет много общего с полевой шиной FIP (первоначально от французского « Flux d'Information vers le Processus », переименованной в Factory Instrumentation Protocol , или в некоторых ссылках также используется гибридный «Flux Information Protocol»), которая была разработана во французском стандарте NFC 46602. ряд . [2] Поскольку оба основаны на одних и тех же спецификациях 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 режим двоичного деления пополам, основанный на обнаружении коллизий, в то время как FIP совмещал «просмотр» меня" немного над периодическими данными. Попытки объединить FIP и MVB провалились из-за упрямства двух сторон. [ нужна ссылка ] . 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. [ нужна ссылка ] .
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 людьми в IEC TC 57 . Разница заключалась в полевой шины физическом уровне , который предполагает наличие контура фазовой автоподстройки частоты для декодирования манчестерских данных, требующего преамбулы для синхронизации декодера, в то время как MVB работал в основном с оптическими волокнами. [ нужна ссылка ] там, где этот метод бесполезен, декодирование MVB основано на детекторах перехода через нуль и распознавании манчестерских образов.
кадры WTB/MVB, а также кадры Profibus. Однако большая часть современного оборудования для разработки и тестирования может одинаково передавать по линии [ нужна ссылка ] структура телеграммы аналогична Profibus .
Разъемы WorldFIP нашли применение в железнодорожном оборудовании во Франции и Северной Америке (компания Bombardier ), пока не были начаты совместные усилия по созданию общего поездного автобуса UIC (с Siemens и другими отраслевыми партнерами), что привело к созданию стандарта WTB/MVB в конце 1999 года. [ нужна ссылка ] .
Альтернативные автобусы
[ редактировать ]Стандарт MVB был введен для замены множества полевых шин в составе поездного оборудования. Несмотря на преимущества полевой шины MVB, многие автомобильные шины по-прежнему строятся на основе компонентов CANopen , WorldFIP (во Франции ), LonWorks (в США ) и Profibus . В то время как WorldFIP , CANopen , Lonworks и Profinet контролируются международными ассоциациями производителей, ориентированными на широкий спектр приложений, MVB был адаптирован для применения в подвижном составе с целью обеспечения совместимости штекеров и, следовательно, не допускает никаких вариантов. Это было сделано намеренно, поскольку в 1990-х годах бушевала драка между полевыми автобусами. [ нужна ссылка ] и решение IEC о том, что любой из восьми [ нужна ссылка ] полевые шины были стандартом, не помогла совместимость штекеров.
Модули MVB стоят дороже, чем, например, компоненты CANopen или LonWorks . Это не связано с технологией связи: большинство устройств реализуют машину протокола MVB на небольшой площади FPGA , которая сегодня так или иначе присутствует, а самым дорогостоящим компонентом остается разъем. [ нужна ссылка ] . Однако сертификация железных дорог обходится дорого и не всегда необходима для некритических приложений, таких как обеспечение комфорта и информирование пассажиров . Если принять во внимание общую стоимость владения, стоимость аппаратных элементов может легко перевесить дополнительные затраты на проектирование на железнодорожном рынке с его небольшими сериями.
В США IEEE RTVISC оценил как MVB, так и LON как транспортное средство и железнодорожный автобус. IEEE IEEE наконец решил стандартизировать оба в 1374 с четким разделением задач. [ нужна ссылка ] :
- MVB для критически важных операций, таких как противобуксовочная система и сигнализация в кабине водителя,
- LON для некритичной и медленной передачи данных, но недорогих соединений, таких как дисплеи пассажиров и средства диагностики. Такое разделение не всегда соблюдается [ нужна ссылка ] .
Кроме того, к железнодорожным транспортным средствам добавляется все больше и больше компонентов, которым требуется гораздо большая пропускная способность, чем может обеспечить любая полевая шина (например, для видеонаблюдения ), поэтому в составы поездов вводится коммутируемый Ethernet IEEE 802.3 со скоростью 100 Мбит/с (согласно EN 50155) . профиль). Тем не менее, все альтернативные автобусы подключены к проводной поездной шине. [3]
MVB похож на FlexRay называются «статическим сегментом» , оба имеют «данные процесса», которые во 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 рельсовых транспортных средств не рассматривал FlexRay , поскольку они ценили общее решение выше, чем множество лучших автобусов. И наоборот, в 1999 году автомобильная промышленность оценила MVB [ нужна ссылка ] (в расширенной версии со скоростью 24 Мбит/с), но отказался от нее из-за стоимости, которая должна быть неоправданно низкой для массового рынка, состоящего из миллионов автомобилей.
Железнодорожный автобус (WTB)
[ редактировать ]Железнодорожный автобус предназначен для международных пассажирских поездов переменного состава, включающих до 22 вагонов.
Среда представляет собой дублированную экранированную витую пару , которая проходит по кабелям UIC между транспортными средствами.
Соединение между транспортными средствами представляет собой 18-контактный разъем UIC. Поскольку разъемы открыты и могут окисляться, при установлении соединения подается импульс тока для испарения оксидного слоя , что называется фриттингом . Стандартным разъемом для узлов WTB является 9-контактный разъем DIN.
На физическом уровне используются уровни RS-485 1 Мбит/с со скоростью передачи данных . При кодировании используется код Manchester II и протокол кадров HDLC с надлежащей балансировкой напряжения, чтобы избежать составляющих постоянного тока в трансформаторах гальванической развязки . Манчестерский декодер использует фазовую/квадратурную демодуляцию (не RS-485 , которая работает с переходами через нуль), что позволяет охватывать 750 м в наихудших условиях, особенно когда оборудованы только два крайних транспортных средства, как в случае с несколькими тяга для грузовых поездов. Никаких повторителей не предусмотрено, поскольку у транспортных средств, находящихся между ними, могут быть разряжены аккумуляторы.
Уникальным свойством WTB является открытие поезда (на немецком языке: Zugtaufe ), при котором вновь подключенные транспортные средства последовательно получают адрес и могут идентифицировать сторону транспортного средства (называемую левым и правым бортом, как в морском судне), чтобы двери открывались в правильном направлении. сторона. Динамически может быть выделено до 32 адресов. Когда соединяются два состава поездов, адреса перераспределяются для формирования нового состава транспортных средств с последовательным адресом. Транспортные средства без узла WTB (« транспортные средства с электроприводом ») не учитываются.
Максимальная полезная нагрузка кадров составляет 1024 бита.
WTB работает циклично, обеспечивая детерминированную работу с периодом 25 мс и используется в основном для контроля тяги. [ нужна ссылка ] . WTB также поддерживает спорадическую передачу данных для диагностики. Содержимое периодических и спорадических кадров регулируется стандартом UIC 556 . [4] версия TCP Поскольку размер кадра ограничен, для сегментации и повторной сборки сообщений использовалась с уменьшенными накладными расходами, которая в то же время позволяет справляться с изменениями в составе, называемая RTP ( протокол реального времени ).
Альтернативные поезда-автобусы
[ редактировать ]История
[ редактировать ]WTB был создан на основе немецкой шины DIN , разработанной ABB Henschel. [ нужна ссылка ] (ныне Бомбардье [ нужна ссылка ] ). Он воспользовался фазовым/квадратурным декодированием, предоставленным Италией , а также улучшенным вводом в эксплуатацию поезда, предоставленным Швейцарией , на основе опыта использования автобуса с многократной тягой FSK компании ABB Secheron , Женева, используемого в грузовых поездах SBB. [ нужна ссылка ] . Физический уровень WTB имеет сходство с WorldFIP полевой шиной ( EN 50170, часть 4 ) — в ее «режиме напряжения» использовалась скорость 1 Мбит/с и максимум 32 станции на шине с максимальной длиной 750 метров, использование FIP Трансиверы изучались рано. [ нужна ссылка ] в оценке TCN, но вместо этого использовалось фазовое/квадратурное декодирование.
Использование
[ редактировать ]TCN используется в большинстве современных систем управления поездами, обычно соединяющих транспортные средства с 18-контактным UIC 558 , в том числе:
- Deutsche Bahn : ICE T , ICE-TD , ICE 3 и TRAXX AC2 P160. [ нужна ссылка ]
- Швейцарские федеральные железные дороги : IC2000 и EW IV ( de )
- Австрийские федеральные железные дороги : все Railjet и Talent поезда [ нужна ссылка ]
Стандарты МЭК 61375
[ редактировать ]МЭК 61375 представляет собой набор стандартов.
| Код | Заголовок | Абстрактный |
|---|---|---|
| МЭК 61375-2-1:2012 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть поездной связи (TCN). Часть 2-1. Проводная шина поезда (WTB). | МЭК 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 состава указанных открытых поездов. |
| МЭК 61375-2-2:2012 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 2-2. Тестирование соответствия проводной шины поезда. | МЭК 61375-2-2:2012 применяется ко всему оборудованию и устройствам, реализованным в соответствии с МЭК 61375-2-1, т. е. охватывает процедуры, которые следует применять к такому оборудованию и устройствам, когда необходимо доказать соответствие. 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 61375-2-3:2015 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 2-3. Профиль связи TCN. | МЭК 61375-2-3:2015 определяет правила обмена данными между составами поездов. Совокупность этих правил определяет профиль связи TCN. Целью профиля связи является обеспечение взаимодействия между составами упомянутых поездов в отношении обмена информацией. Для этой цели он определяет все элементы, необходимые для взаимодействия связи:
В данный экземпляр включено содержание исправлений от декабря 2015 г. и октября 2016 г. |
| МЭК ТС 61375-2-4:2017 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 2-4. Профиль применения TCN. | IEC TS 61375-2-4:2017(E) применяется к приложениям в поездах, т. е. охватывает профиль приложений для функций, принадлежащих системе управления и мониторинга поездов (TCMS). Профиль приложения основан на системе связи TCN для передачи данных между составами упомянутых поездов. В этом документе предусмотрен 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 соединения и рассоединения. Данная часть МЭК 61375 может быть дополнительно применима к закрытым поездам и составным поездам, если это согласовано между покупателем и поставщиком. |
| МЭК 61375-2-5:2014 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 2-5. Магистральная сеть поезда Ethernet. | IEC 61375-2-5:2014 определяет требования к магистральной сети поездов Ethernet (ETB) для реализации системы передачи данных открытого 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. Настоящий стандарт может быть дополнительно применим к закрытым поездам и моторвагонным поездам, если это согласовано между покупателем и поставщиком. |
| МЭК 61375-2-6:2018 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть поездной связи (TCN). Часть 2-6. Бортовая связь с наземной связью. | IEC 61375-2-6:2018 устанавливает спецификации связи между бортовыми подсистемами и наземными подсистемами. Система связи, интерфейсы и протоколы определяются как функция мобильной связи с использованием любой доступной беспроводной технологии. В этом документе предусмотрены требования для:
а) выбрать беспроводную сеть на основе параметров QoS, запрошенных приложением; б) обеспечить возможность приложениям СКУД и/или ОМТС, установленным на борту и взаимодействующим по бортовой сети связи, иметь удаленный доступ к приложениям, работающим на наземных установках; в) разрешить приложениям, работающим на наземных установках, иметь удаленный доступ к приложениям TCMS и/или OMTS, установленным на борту. |
| МЭК ТР 61375-2-7:2014 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 2-7. Магистральная сеть беспроводного поезда (WLTB). | В стандарте IEC TR 61375-2-7:2014 описан стек протоколов беспроводной магистральной сети поездов, который используется в грузовых поездах с распределенной мощностью. Эта часть предоставляет информацию о физическом уровне, уровне канала передачи данных, уровне приложений и приложении распределенного питания. |
| МЭК 61375-2-8:2021 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 2-8. Испытание на соответствие TCN. | МЭК 61375-2-8:2021 применяется ко всему оборудованию и устройствам, реализованным в соответствии с МЭК 61375-2-3:2015, МЭК 61375-2-5:2014 и МЭК 61375-3-4:2014, т.е. он охватывает процедуры, применяться к такому оборудованию и устройствам, когда соответствие должно быть подтверждено. 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 61375-3-1:2012 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 3-1. Многофункциональный автомобильный автобус (MVB). | IEC 61375-3-1:2012 применяется там, где требуется MVB. |
| МЭК 61375-3-2:2012 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 3-2. Тестирование на соответствие MVB (многофункциональный автомобильный автобус). | МЭК 61375-3-2:2012 применяется ко всему оборудованию и устройствам, реализованным в соответствии с МЭК 61375-3-1, т. е. охватывает процедуры, которые следует применять к такому оборудованию и устройствам, когда необходимо доказать соответствие. 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 61375-3-3 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 3-3. Сеть CANopen Consist (CCN). | В стандарте IEC 61375-3-3:2012 указано, что внутренняя шина передачи данных основана на CANopen. CANopen был разработан для использования в приложениях промышленной автоматизации, помимо прочего. Эти приложения могут включать в себя такие устройства, как модули ввода/вывода, контроллеры движения, человеко-машинные интерфейсы, датчики, контроллеры с обратной связью, энкодеры, гидравлические клапаны или программируемые контроллеры. Эта часть IEC 61375 применяется ко всему оборудованию и устройствам, работающим в объединенной сети на базе CANopen в архитектуре TCN, как описано в IEC 61375-1. |
| МЭК 61375-3-4:2014 | Электронное железнодорожное оборудование. Сеть связи поездов (TCN). Часть 3-4. Сеть Ethernet (ECN). | IEC 61375-3-4:2014 определяет сеть передачи данных внутри Consist, основанную на технологии Ethernet, — Ethernet Consist Network (ECN). Применимость этой части IEC 61375 к Consist Network обеспечивает совместимость отдельных транспортных средств в составе открытых поездов в международном сообщении. Настоящая часть МЭК 61375 может быть дополнительно применима к закрытым поездам и составным поездам, если это согласовано между покупателем и поставщиком. |
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с 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.
- ^ WorldFIP. Архивировано 3 августа 2012 г. на archive.today.
- ^ «Информационные и управляющие технологии на железнодорожном транспорте – автобусные системы в поездах» . elektronik industrie, 9 августа 2008 г. (на немецком языке). InnoTrans Special: Железнодорожная электроника. 14 сентября 2008 г. Архивировано из оригинала 02 апреля 2012 г. Проверено 16 сентября 2011 г.
- ^ 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.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Хуберт Киррманн (корпоративные исследования ABB); Пьер А. Зубер (DaimlerChrysler Rail Systems). «Сеть железнодорожной связи IEC/IEEE» (PDF) . IEEE микро . Март – апрель 2001 г.: 81–92. 0272-1732/01.
- «Сеть связи поездов IEC/IEEE/UIC для срочной и безопасной бортовой связи» . Бомбардье Транспорт. 10 июня 2002 г. Архивировано из оригинала (Powerpoint) 22 декабря 2009 г. Проверено 11 сентября 2011 г.
