專利名稱：：Tcn機車網(wǎng)絡控制試驗裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及鐵路行業(yè)的基于TCN標準的電力機車網(wǎng)絡控制，尤其涉及一種用于現(xiàn)場網(wǎng)絡設備試驗的TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置。技術背景在我國，電力機車一直采用集中式控制方式，即現(xiàn)場所有信號的采集與控制都需要通過硬線連接到集中控制計算機上，由于導線數(shù)量極多，接點處發(fā)生故障的幾率很大，因此系統(tǒng)的可靠性很低，故障率高，維修難度很大。隨著國外先進的TCN網(wǎng)絡控制技術高速發(fā)展，我國的電力機車也開始陸續(xù)采用TCN技術。IEC61375-1《列車通信網(wǎng)絡》(簡稱TCN標準)是一項國際標準，也是我國鐵路行業(yè)標準。TCN標準是為鐵路機車車輛這一特殊應用領域設計的現(xiàn)場總線標準，從而使得各種鐵道機車車輛能夠相互聯(lián)掛、不同廠商的設備能夠互聯(lián)。TCN標準定義了MVB(多功能列車總線)和WTB(絞線式列車總線)兩種總線形式。TCN標準只是規(guī)定了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方式，如何構建整個TCN網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的試驗裝置，對于鐵路機車行業(yè)的現(xiàn)代化具有重要的創(chuàng)新意義。與傳統(tǒng)的控制方式相比，采用TCN網(wǎng)絡控制有以下特點表lTCN的主要特點特性絞線式列車總線WTB多功能車輛總線MVB總線結構可變式結構，當組成改變時可自動編組固定結構和設備地址總線介質(zhì)雙絞屏蔽線，特征阻抗120Q(860m,32個節(jié)點，相當于22節(jié)UIC車輛)基于RS-485的雙絞線(20m，32個設備)變壓器耦合的雙絞屏蔽線(200m,32個設備)帶星耦器的光纖(2000m，2個設備)物理冗余雙份物理介質(zhì)雙份物理介質(zhì)信號形式有1632位幀頭的曼徹斯特碼有分界符的曼徹斯特碼信號數(shù)據(jù)速度l崖bit/s1.5Mbit/s地址區(qū)間過程數(shù)據(jù)(每節(jié)點1個)和消息數(shù)據(jù)都為8位地址過程數(shù)據(jù)(邏輯地址)和消息數(shù)據(jù)(物理地址)都為12位地址物理地址點對點和廣播點對點和廣播<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>目前我國機車行業(yè)采用的TCN產(chǎn)品都是國外的標準件，關鍵設備一直依賴進口，雖然有自主研發(fā)的相關產(chǎn)品，但都只是簡單的替換和代用，沒有形成應用于機車行業(yè)的TCN網(wǎng)絡控制試驗裝置。所以TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置的研制成功，標志著全部TCN試驗平臺技術已經(jīng)攻克，填補了國內(nèi)這一領域的空白，使我國的TCN機車網(wǎng)絡控制試驗平臺技術上了一個新臺階。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種新型的TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置，主要測試被試驗的機車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是否完成以下兩個方面的功能一方面是既實現(xiàn)MVB過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡管理功能，也實現(xiàn)WTB初運行、鏈路層管理、過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)等功能；另一方面是完成機車中央控制功能、顯示故障診斷功能、故障保護功能和兩節(jié)車重聯(lián)控制功能。本實用新型的技術解決方案是這樣實現(xiàn)的一種基于TCN的機車網(wǎng)絡控制試驗裝置其特征在于包括WTB板卡、MVB板卡、CPU板卡、電源板卡和背板，所述的WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡都是通過背板上的背板總線相連接，而電源板卡為WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡提供工作電壓；所述的WTB板卡負責列車總線設備的數(shù)據(jù)采集和傳輸；所述的MVB板卡負責車輛總線設備的數(shù)據(jù)采集和控制；所述的CPU板卡負責列車總線和車輛總線設備數(shù)據(jù)的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監(jiān)控數(shù)據(jù)流。所述的WTB總線板卡包括WTB共享RAM、MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA邏輯處理器、WTB總線驅(qū)動器和WTB隔離變壓器，所述的背板通過背板總線與WTB共享RAM連接，然后通過內(nèi)部總線依次與MCU微控制器、HDLC控制器和FPGA邏輯處理器、WTB總線驅(qū)動器和WTB隔離變壓器相連接。所述的MVB總線板卡包括MVB共享RAM、MVB協(xié)議控制器、MVB總線驅(qū)動器和MVB隔離變壓器，所述的背板由背板總線經(jīng)MVB協(xié)議控制器及MVB共享RAM,然后通過內(nèi)部總線依次與MVB協(xié)議控制器、MVB總線驅(qū)動器和MVB隔離變壓器相連接。所述的CPU總線板卡包括中央處理器、以太網(wǎng)協(xié)議控制器、RS232協(xié)議控制器和RS485協(xié)議控制器，所述的中央處理器經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路和背板總線與背板連接，同時經(jīng)過系統(tǒng)總線與FLASH和SRAM以及以太網(wǎng)、RS232和RS485接口相連接。所述的背板的背板總線結構將各種板卡有機的組合成一個整體，電源板卡采用模塊化設計以負責整個平臺的電源供電。本裝置是將一種基于IEC61375-1和EN50155標準的TCN網(wǎng)絡試驗技術應用到鐵路機車控制領域，具有設計新穎、高可靠性、高靈活性和成本低廉的特點，在機車車輛領域有廣泛的應用前景。圖l為本實用新型的結構框圖；圖2為本實用新型的CPU板卡結構框圖；圖3為本實用新型的WTB總線板卡結構框圖；圖4為本實用新型的MVB總線板卡的結構框圖；圖5為本實用新型CPU板卡中ARM及其外圍電路接口電路圖；圖6為本實用新型的WTB總線板卡中MCU微控制器和HDLC控制器的電路連接圖7為本實用新型的WTB總線板卡中FPGA邏輯處理器的電路連接圖；圖8為本實用新型的MVB總線板卡中MVB協(xié)議控制器的電路連接圖；圖9為TCN機車網(wǎng)絡控制試驗平臺拓撲結構圖；圖1為本實用新型的說明書摘要附圖。圖中1、WTB總線板卡，2、MVB總線板卡，3、CPU板卡，4、電源板卡，5、背板，6、中央處理器，7、以太網(wǎng)協(xié)議控制器，8、RS232協(xié)議控制器，9、RS485協(xié)議控制器，10、WTB共享RAM，11、MCU微控制器，12、HDLC控制器，13、FPGA邏輯處理器，14、WTB總線驅(qū)動器，15、WTB隔離變壓器，16、MVB共享RAM，17、MVB協(xié)議控制器，18、MVB總線驅(qū)動器，19、MVB隔離變壓器。具體實施方式如圖19所示，一種基于TCN的機車網(wǎng)絡控制試驗平臺，其特征在于包括WTB總線板卡1、MVB總線板卡2、CPU板卡3、電源板卡4和背板5，所述的WTB總線板卡1、MVB總線板卡2和CPU板卡3通過背板5上的背板總線相連接；所述的電源板卡4安裝在背板5上對WTB總線板卡1、MVB總線板卡2和CPU板卡3進行統(tǒng)一供電；所述的WTB總線板卡1負責采集和控制WTB總線上設備的數(shù)據(jù)流；所述的MVB總線板卡2負責釆集和控制MVB總線上設備的數(shù)據(jù)流；所述的CPU板卡1負責WTB總線和MVB總線設備數(shù)據(jù)的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監(jiān)控數(shù)據(jù)流。WTB總線板卡1包括WTB共享RAM10、MCU微控制器11、HDLC控制器12、FPGA邏輯處理器13、WTB總線驅(qū)動器14和WTB隔離變壓器15。所述的設備數(shù)據(jù)通過背板5的背板總線和WTB共享RAM10傳入MCU微控制器11中，再通過HDLC控制器12和FPGA邏輯處理器件13的信號編碼調(diào)制，經(jīng)過WTB總線驅(qū)動器14和WTB隔離變壓器15傳送到列車總線上去；所述WTB總線板卡還可以接收列車總線上的傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板5的背板總線上。WTB隔離變壓器11為高頻隔離變壓器，它的隔離電壓達1500Vrms，EMC滿足正C61000-4標準。MVB總線板卡2包括MVB共享RAM16、MVB協(xié)議控制器17、MVB總線驅(qū)動器18和MVB隔離變壓器19。所述的設備數(shù)據(jù)流從背板5的背板總線經(jīng)MVB協(xié)議控制器17允許，傳入MVB共享RAM16，然后讀入MVB協(xié)議控制器17中，再通過MVB總線驅(qū)動器18和MVB隔離變壓器19的信號隔離調(diào)整，傳送到車輛總線上去；所述MVB總線板卡還可以接收車輛總線上的傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后回傳到背板5的背板總線上。MVB隔離變壓器19為高頻隔離變壓器，它的隔離電壓達1500Vrms，EMC滿足IEC61000-4標準。CPU總線板卡1包括中央處理器6、以太網(wǎng)協(xié)議控制器7、RS232協(xié)議控制器8和RS485協(xié)議控制器9。所述的中央處理器6分別傳送列車總線和車輛總線數(shù)據(jù)流，經(jīng)過背板5的背板總線傳入WTB總線板卡1和MVB總線板卡2，同時中央處理器6將采集的數(shù)據(jù)信息生成用于列車車輛診斷分析的數(shù)據(jù)流，分別經(jīng)過以太網(wǎng)控制器7、RS232控制器8和RS485控制器9對外輸出。另外，中央處理器6還負責提供工作電源和實時時鐘。其中WTB總線板卡2為列車總線板卡，MVB總線板卡3為車輛總線板卡；MCU微控制器11為Z8S180、HDLC控制器為Z85230、WTB隔離變壓器15為VAC-X123、MVB協(xié)議控制器17為MVBC01、MVB總線驅(qū)動器18為LCT1485、MVB隔離變壓器19為VAC-X123;中央處理器6為ARM(NET-ARM)主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，它由兩部分組成即硬件和軟件。硬件的作用主要是負責列車總線和車輛總線數(shù)據(jù)的中央處理及兩種總線數(shù)據(jù)流的交換，以及以太網(wǎng)、RS485和RS232數(shù)據(jù)流的生成，同時還要負責提供工作電源和實時時鐘等，軟件則完成網(wǎng)絡協(xié)議棧功能和機車控制功能。MCU微控制器11是WTB網(wǎng)絡的核心器件，它負責將WTB共享RAM10中要傳輸?shù)倪^程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)和監(jiān)視數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成WTB網(wǎng)絡協(xié)議所規(guī)定的數(shù)據(jù)流送到HDLC控制器12，或者將HDLC控制器12送來的串行信號解析成標準數(shù)據(jù)并將其存入WTB共享RAM10，隨之引發(fā)中斷請求信號，以供中央處理器6讀取。每個板卡與板卡之間的連接為背板總線，該背板總線遵循了標準的VME總線，背板總線插座是將上述板卡連接起來的物理結構，它將板卡間的信號安照特殊的要求進行走線和電平匹配，同時提供了整個TCN網(wǎng)絡控制試驗平臺的IIOV的外電源供電接口。所述的背板設計是根據(jù)機車現(xiàn)場電氣環(huán)境的特點設計的，背板總線信號均為5V系統(tǒng)，具有高的可靠性、良好靈活性能和可擴展性能；電源板卡4采用的是模塊化設計的方法，使用的核心電源模塊為日本COSEL公司生產(chǎn)電源模塊芯片，目的是將+110V電壓轉(zhuǎn)換為+5V電源，供給機箱內(nèi)板卡使用，是一個十分穩(wěn)定的電源。如圖9所示，是由上述三塊板卡所構建的平臺，與機車相對應來說，它是兩節(jié)重聯(lián)的機車，兩節(jié)機車通過WTB總線連接在一起，每節(jié)機車包含三塊板卡，MVB總線板卡采集各自機車的信息，WTB總線板卡將本機車的信息發(fā)送到其他機車，同時接收其他機車的信息。如果需要更多的機車重聯(lián)，那么每個機車內(nèi)就需要一套這樣的設備。系統(tǒng)構架圖如圖所示，TCN機車網(wǎng)絡控制試驗平臺清晰可見由WTB總線板卡、MVB總線板卡以及CPU板卡組成TCN網(wǎng)絡的中央控制單元，MVB—類板卡以及底層的DX、AX等板卡組成TCN網(wǎng)絡的采集執(zhí)行單元。此夕卜，TCN網(wǎng)絡還包括智能顯示單元(IDU)等。每個MVB總線板卡和一塊MVB—類板卡、IDU連接起來，所有的WTB總線板卡均連通在一起。兩節(jié)機車的拓撲結構，最底層板卡為數(shù)字量和模擬量板卡，它將數(shù)據(jù)交給MVB—類板卡，生成MVB數(shù)據(jù)格式報文，然后由MVB總線板卡、CPU板卡和WTB總線板卡傳送到WTB總線上的其他機車。同時反過來也是將其他機車的數(shù)據(jù)發(fā)送到最底層的板卡。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如上所述。當然，根據(jù)機車的要求還可以帶很多其他設備，比如制動單元、壓縮機單元等。權利要求1、一種TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置，其特征在于包括WTB板卡(1)、MVB板卡(2)、CPU板卡(3)、電源板卡(4)和背板(5)，所述的WTB板卡(1)、MVB板卡(2)和CPU板卡(3)都是通過背板(5)上的背板總線相連接，而電源板卡(4)為WTB板卡(1)、MVB板卡(2)和CPU板卡(3)提供工作電壓；所述的WTB板卡(1)負責列車總線設備的數(shù)據(jù)采集和傳輸；所述的MVB板卡(2)負責車輛總線設備的數(shù)據(jù)采集和控制；所述的CPU板卡(3)負責列車總線和車輛總線設備數(shù)據(jù)的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監(jiān)控數(shù)據(jù)流。2、根據(jù)權利要求1所述的TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置，其特征在于所述的WTB總線板卡包括WTB共享RAM(10)、MCU微控制器(11)、HDLC控制器(12)、FPGA邏輯處理器(13)、WTB總線驅(qū)動器(14)和WTB隔離變壓器(15)，所述的背板(5)通過背板總線與WTB共享RAM(10)連接，然后通過內(nèi)部總線依次與MCU微控制器(11)、HDLC控制器(12)和FPGA邏輯處理器(13)、WTB總線驅(qū)動器(14)和WTB隔離變壓器(15)相連接。3、根據(jù)權利要求1所述的TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置，其特征在于所述的MVB總線板卡包括MVB共享RAM(16)、MVB協(xié)議控制器(17)、MVB總線驅(qū)動器(18)和MVB隔離變壓器(19)，所述的背板(5)由背板總線經(jīng)MVB協(xié)議控制器(17)及MVB共享RAM(16),然后通過內(nèi)部總線依次與MVB協(xié)議控制器(17)、MVB總線驅(qū)動器(18)和MVB隔離變壓器(19)相連接。4、根據(jù)權利要求1所述的TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置，其特征在于所述的CPU總線板卡包括中央處理器(6)、以太網(wǎng)協(xié)議控制器(7)、RS232協(xié)議控制器(8)和RS485協(xié)議控制器(9)，所述的中央處理器(6)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路和背板總線與背板(5)連接，同時經(jīng)過系統(tǒng)總線與FLASH和SRAM以及以太網(wǎng)、RS232和RS485接口相連接。5、根據(jù)權力要求1所述的TCN機車網(wǎng)絡控制試驗裝置，其特征在于所述的背板(5)的背板總線結構將各種板卡有機的組合成一個整體，電源板卡采用模塊化設計以負責整個平臺的電源供電。專利摘要本實用新型公開了一種基于TCN的機車網(wǎng)絡控制試驗裝置，其特征在于包括WTB總線板卡、MVB總線板卡、CPU板卡、電源板卡和背板，所述的WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡都是通過背板上的背板總線相連接，而電源板卡為WTB板卡、MVB板卡和CPU板卡提供工作電壓；所述的WTB板卡負責列車總線設備的數(shù)據(jù)采集和傳輸；所述的MVB板卡負責車輛總線設備的數(shù)據(jù)采集和控制；所述的CPU板卡負責列車總線和車輛總線設備數(shù)據(jù)的中央處理以及生成ETHERNET、RS232和RS485監(jiān)控數(shù)據(jù)流。本實用新型是一種符合國際標準的TCN網(wǎng)絡技術，具有設計新穎、高可靠性等特點，適合在我國機車車輛和電廠等工業(yè)領域中應用。文檔編號H04L12/26GK201044455SQ200720012259公開日2008年4月2日申請日期2007年5月24日優(yōu)先權日2007年5月24日發(fā)明者躍于,健吳,濤吳,姜悅禮,李常賢,謝步明申請人:謝步明