印度电力机车用TCMS网络控制VCU重联柜的制作方法

本发明属于电力机车设备领域，具体为一种印度电力机车用tcms（traincontrolandmanagementsystem，列车控制和管理系统）网络控制vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜，用于印度电力机车网络控制系统。

背景技术：

随着计算机网络的迅猛发展，城轨车、动车组、地铁等列车控制命令和状态信息的传递，对各部件的诊断，信息显示等均离不开列车网络系统。在国际的机车和动车组上，fsk（frequency-shiftkeying，频移键控）、can（controllerareanetwork，控制器局域网络）、lonworks（localoperatingnetwork，开放分布式控制网络技术）、tcn（traincommunicationnetwork，列车通信网络）、locotrol（远程重联控制系统）网络控制技术都有一定数量的应用。发展的现状主要有以下三种模式：

（1）、欧洲模式：其列车通信网络速率较高，实时性较强，支持动态编组。尤其是西门子、abb（aseabrownboveri，艾波比集团公司）等铁路供应商联合开发了的tcn（traincommunicationnetwork，列车通信网络）由多功能车辆总线mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）和绞线式列车总线wtb（wiretrainbus，绞线式列车总线）组成，已形成iec61375列车通信网络国际标准。

（2）、日本模式：三菱公司的tis（traincontrolinformationmanagementsystem，信息控制与传输系统）系统、日立公司ati（automatictraininformation，自动列车信息系统）系统和东芝的tcms（traincontrolandmanagementsystem，列车控制和管理系统）系统都具有相似的结构。每节车辆上装备一个网络节点，车辆内各设备的状态信息通过硬线或rs485方式汇集到本车节点上。

（3）、北美模式：列车控制网络主要采用lonworks（localoperatingnetwork，开放分布式控制网络技术，采用lontalk协议，高可靠性和系统响应）和arcnet技术（令牌总线网络，采用令牌机制仲裁总线使用权）。

基于wtb（wiretrainbus，绞线式列车总线）和mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）的iec（internationalelectrotechnicalcommission，国际电工委员会）tcn（traincommunicationnetwork，列车通信网络）网络技术是专为铁路应用而开发，具有时限确定、差错恢复能力强、可控性好、网络层次清晰等优点，目前已成为列车网络技术的主流。

目前，国内外为了实现网络控制技术均研发出了具有各自特点的硬件产品，市场上主要以mpu（microprocessorunit，中央控制单元）、riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）分体和合体的两种类型居多。

技术实现要素：

本发明目的是设计vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜的柜体，安装在印度电力机车电气柜sb1下，vcu重联柜内集成了gw（gateway，网关）和riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）两个控制单元。将整车司机操作的信息、整车监控的信号等通过柜内的远程输入输出单元riom上的i/o接口采集；柜内的网关gw用于实现双车重联功能。网关gw和远程输入输出单元riom通过mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）网络与整车电传动系统的主控单元mpu（microprocessorunit，中央控制单元）、牵引系统tcu（tractioncontrolunit，牵引控制单元）、辅助系统acu（auxiliarycontrolunit，辅助控制单元）、司机显示单元ddu(driverdisplayunit，司机显示单元）等连接组网。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种印度电力机车用tcms网络控制vcu重联柜，包括柜体，所述柜体内分布为如下四部分：网关gw、dc/dc电源模块、远程输入输出单元riom、散热风扇。

网关gw包括功能板卡cps、列车总线wtb模块、车辆总线mvb模块、供电单元psu、电源输入单元piu；其中，功能板卡cps提供串行通信接口；列车总线wtb模块用于建立列车通信网络；车辆总线mvb模块用于建立车辆总线或者综合的列车通讯网络；供电单元psu具有模式转换功能；电源输入单元piu用于将电池电压传送到psu模块。

远程输入输出单元riom由3u机箱、背板和各功能插件板组成，背板用于实现mpu系统内各板卡间的供电及数据交换；电源板pwr用于实现系统内部供电和对外传感器的供电；主控板mcpu用于系统的控制，软件加载及对外通信；网络接口板neti用于riom系统对外的网络通信；通讯接口为mvb一类设备，具有丛站功能；数字量输入板di用于数字量采集；数字量输出板do用于数字量输出；模拟量输入输出板aio用于模拟量输入输出；盲板为备用空余板。

散热风扇，为远程输入输出单元riom散热。

dc\dc模块，为整车需要24v电源供电的传感器供电。

本发明所述的vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜，成功安装于印度clw的wag9h电力机车电气室的低压电气柜下。vcu重联柜实现整车的运行和重联功能，保证电传动系统的数据通信，使其安全可靠运行，满足用户的实际需求，获得了用户的肯定，取得了良好的经济和社会效益。

附图说明

图1表示vcu重联柜的柜体部件组成示意图。

图2表示gw面板布局示意图。

图3表示riom板卡布局示意图。

图4表示vcu重联柜的柜体正视示意图。

图5表示vcu重联柜的柜体不带连接器示意图。

图6表示vcu重联柜的柜体对外带部分连接器示意图。

图7表示印度电力机车tcms网络拓扑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

根据用户对vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜的外形尺寸要求，结合硬件的接口和整车网络控制的功能需求，柜体分布为四部分组成，如图1所示，包括网关gw、dc/dc电源模块、远程输入输出单元riom、散热风扇。

1、柜体内子部件-网关gw（gateway，网关）说明

gw（gateway，网关）通过mvb/wtb的协议转换，实现双车重联功能。gw（gateway，网关）通过多功能车辆总线mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）与ddu（driverdisplayunit，司机显示单元）、mpu（microprocessorunit，中央控制单元）、acu（auxiliarycontrolunit，辅助控制单元）和tcu（tractioncontrolunit，牵引控制单元）等设备交换本车数据，通过绞式列车总线wtb（wiretrainbus，绞线式列车总线）与其它车gw（gateway，网关）交换不同车的数据。

gw（gateway，网关）为3u高度标准机箱，外形尺寸（宽×高×深）279.4mm×132.5mm×214.2mm。冷却方式为自然风冷，采用前面板出线接线方式。

板卡布局如表1所示，cps（controlandprotectiveswitchingdevice，控制与保护开关电器）功能板卡提供了串行通信接口，可以扩展为主控、通讯网关、或者根据应用场景添加各种应用程序。cps（controlandprotectiveswitchingdevice，控制与保护开关电器）板卡可以通过isagraf对内核进行配置编程来实现tcms（traincontrolandmanagementsystem，列车控制和管理系统）应用。用户可以在isagraf平台上或板卡的linux平台上开发自己的程序。

列车总线wtb（wiretrainbus，绞线式列车总线）模块用于建立列车通信网络。wtb（wiretrainbus，绞线式列车总线）模块执行iec61375-1列车通信网络标准的wtb（wiretrainbus，绞线式列车总线）链路层功能。支持线缆冗余，tcn实时协议，uic-556标准和wtb（wiretrainbus，绞线式列车总线）与其他总线之间的路由通过网关cpu执行。

mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）功能板卡是mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）总线的接口模块，用于建立车辆总线或者综合的列车通讯网络。mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）模块通过本地处理器执行iec61375-1列车通信网络标准中的mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）链路层功能。网关cpu（centralprocessunit，中央处理器）执行mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）和其他总线之间的tcn实时协议和路由。mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）模块可以实现组网，诊断和控制功能，通过本地处理器可以配置总线端口的专用芯片电路和链路层的功能，实现总线冗余支持。tcn实时协议通过系统的cpu功能板卡实现。

供电单元psu（powersupplyunit，供电单元）具有模式转换功能，需配合piu（pathinformationunit，通路信息单元）模块一起使用。piu（pathinformationunit，通路信息单元）从车载电池上取电并将其传送给psu（powersupplyunit，供电单元）模块，最终为vme（versamoduleeurocard，versa总线）供电。

电源输入单元piu（pathinformationunit，通路信息单元）用于将电池电压传送到psu（powersupplyunit，供电单元）模块，以此为整个系统供电。必须要选择一个电压相似的psu（powersupplyunit，供电单元）模块配合使用。

表1：gw板卡布局

gw（gateway，网关）的面板布局图如图2所示。

2、柜体内子部件-远程输入输出单元riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）说明

tcms（traincontrolandmanagementsystem，列车控制和管理系统）远程输入输出单元采用采集整车司机操作台的接口信号、整车的信号，通过emd（electricalmiddledistance，电气中距离介质）介质进行mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）总线通信；mpu（microprocessorunit，中央控制单元）通过网络把控制指令传送给riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元），从而实现司控台的指示灯、整车开关量的逻辑控制。

riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）为3u高度标准机箱，外形尺寸（宽×高×深）为482mm×132mm×290mm（不包括把手），冷却方式为自然风冷；采用前面板出线接线方式，机箱内的功能子板为220mm长的标准3u板卡。

母板（3u×84hp，1u=44.45mm，1hp=5.08mm）安装在机箱后部，用于各功能插件板间的电气连接及网络连接，母板上的电连接器与母板采用过盈配合的方式压接而成，提高连接的电气可靠性。母板上安装有电路子板（也称功能插件板），电路子板可以从前端拆除。各功能插件板由对应面板和标准3u功能电路板组成，插件板采用易插拔连接技术，面板安装自锁拉手，易于插拔，各功能插件板与母板接口的连接器部分有防插错部件，可防止插件板板位插错。各功能子板的面板连接器均采用防插错，带自锁功能连接器，防止对外接线连接器插错和方便锁紧。

riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）由3u机箱、背板和各功能插件板组成，各功能板卡采用加长3u（100x220mm）标准尺寸开展设计，板厚2.0mm。riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）系统整机布置如图3所示，板卡板位如表2所示。背板（bpla，backplane）：用于实现mpu（microprocessorunit，中央控制单元）系统内各板卡间的供电及数据交换；电源板（pwr，power）：用于实现系统内部供电和对外传感器的供电。主控板（mcpu，microcentralprocessingunit）：用于系统的控制，软件加载及对外通信等。网络接口板（neti，networkinterface）：用于riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）系统对外的网络通信；通讯接口为mvb（multifunctionvehiclebus，多功能车辆总线）一类设备，具有丛站功能。数字量输入板（di，digitalinput）：用于数字量采集。数字量输出板（do，digitaloutput）：用于数字量输出。模拟量输入输出板（aio，analoginputoutput）：用于模拟量输入输出。盲板为备用空余板。

表2：riom板卡板位布局

3、柜体内子部件-柜体散热风扇说明

整个vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）柜体的风扇是为mpu（microprocessorunit，中央控制单元）和riom（remoteinputoutputmodule，远程输入输出单元）散热。输入110vdc，散热功率100w。

4、柜体内子部件-dc\dc（directcurrent，直流电）模块说明

此模块输入110vdc，输出24vdc，额定输出50ma；为整车需要24v电源供电的传感器供电。

本发明具体应用如下：

如图7所示，tcms（traincontrolandmanagementsystem，列车控制和管理系统）包含1个mpu（microprocessorunit，中央控制单元）主处理单元（mpu1/2为冗余热备）、1个mvb/wtb网关（gw，gateway）、2个远程输入输出单元（riom1、riom2，remoteinputoutputmodule）、2个司机显示单元（ddu，driverdisplayunit）、2个牵引控制单元（tcu，tractioncontrolunit）和2个辅助控制单元（acu，auxiliarycontrolunit）组成。

司机显示单元（ddu1，driverdisplayunit1）安装在司机室1中c面板上；mvb/wtb网关（gw，gateway）和远程输入输出单元（riom1，remoteinputoutputmodule1）安装在低压电气柜sb1下，即为本发明所述的vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜；主处理单元（mpu1/2，microprocessorunit1/2）和远程输入输出单元（riom2，remoteinputoutputmodule2）安装在低压电气柜sb2下。

司机显示单元（ddu2，driverdisplayunit2）安装在司机室2中c面板上；牵引控制单元（tcu1，tractioncontrolunit1）和辅助控制单元（acu1,auxiliarycontrolunit1）分别安装牵引变流柜1和辅助变流柜1中；牵引控制单元（tcu2，tractioncontrolunit2）和辅助控制单元（acu2,auxiliarycontrolunit2）分别安装牵引变流柜2和辅助变流柜2中。

本发明所述的vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜，成功安装于印度clw的wag9h电力机车电气室的低压电气柜下。具体的整车网络系统如图7所示，gw（gateway，网关）和riom1（remoteinputoutputmodule1，远程输入输出单元1）组成vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜安装在低压柜sb1下。vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜实现整车的运行和重联功能，保证电传动系统的数据通信，使其安全可靠运行，满足用户的实际需求，获得了用户的肯定，取得了良好的经济和社会效益。

vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜的柜体正视图示意图如图4所示。

vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜的柜体不带连接器三维示意图如图5所示，外形尺寸（宽×高×深）：550mm×340mm×400mm；安装尺寸（宽×高）：404mm×142mm，四孔m8。

vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜的柜体对外带部分连接器三维示意图如图6所示，其余板卡可依次参考。

vcu（vehiclecontrolunit，整车控制系统）重联柜的对外提供的接口和数量如下：

表3

应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。