58 IEC_IEEE列车通信网络(一)
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4变流技术与电力牵引512003滋滋
IEC／IEEE列车通信网络(一)
H．Kirrmann等(瑞士)
【摘要】铁路运营公司及制造商对车辆之间及内部的可编程设备进行互联的数据通信网络实行了标准化。
这种数据总线结构为将来的铁路应用标准化打下了基础。
关键词：列车；通信网络；标准化
中图分类号：U285．5+4文献标识码：A文章编号：1671—8410(2003)05．0004—03
TheIEC／IEEETrainCommunicationNetwork
Abstract：Railwayoperatorsandmanufacturershavestandardizedadatacommunicationnetworkthatinterconnectsprogrammable
equipmentbetweenandwithinrailvehicles．Thisdatabusarchitectureoffersabasisforstandardizationoffuturerailwaysapplications．
Keywords：train；communicationnetwork；standardization
自从19世纪末自动车钩出现以来，铁道车辆的
自动化对接就已经存在。对铁路工业而言，下一个挑
战是带数据总线的车辆自动互联技术，这就要求车
载数据通信进行世界范围内的标准化。经过国际铁
路联盟UIC和国际电工委员会IEC的共同努力，对轨
道断面、空气管道、牵引电压、操作程序等等进行标
准化，以保证跨国界的轨道交通。IEC对IEEE会员来
说是众所周知的，因为它对电气领域标准的收集令
人印象深刻，同时也因为它是国际标准化组织IsO的
“电气姐妹”。
来自20多个国家，包括许多欧洲国家、美国、日
本及中国的主要铁路运营公司及制造商的代表，在
IEC的第22工作小组(WG22)共同工作了若干年，对列车通信网络——TCN进行定义。TCN在1999年被采
纳为国际标准IEC61375。IEEE铁道运输车辆接口标
准委员会第1工作组在此项工作的后期做出了很大贡
献，并将TCN纳为同年无任何修改的IEEE标准1473．1999T型。
对于列车及车辆级来说，都需要一个数据通信
的国际化标准。日常运营服务中改变编组的列车，如
地铁、城际及国际列车等，需要一个数据通信的标准
形式来进行列车控制、诊断及提供旅客信息。当车辆
在轨道上连接时，这种通信必须进行自我配置。
在车辆级上，设备的标准接入将对制造商、供应商及运营商有利。制造商可以组装经过预测的单元。
不同制造商和供应商使用符合某一标准的接口部件，
以降低研发成本，而运营商则可减少备件，简化维护
及部件更换。
1一般结构
TCN对出现在轨道车辆上的所有相关配置寻址，
包括连接各车辆的列车总线及连接车辆内部或车组
设备的车辆总线(图1o哑卿
列车总线沙——][——u——][——u——][一印固审
呈呈里里I里呈里里仝仝里仝I仝仝呈呈里里呈里l呈呈呈里车辆总线车辆总线车辆总线
图1列车通信网络
一节车辆可以没有或有一至若干种车辆总线。车
辆总线可以跨越几节车辆，如在日常运营服务中不分
开的车组(单元)。在闭式列车编组中列车总线不需要
节点的顺序编号，车辆总线可以充当列车总线(图2o线式列车总线(WTB)
为了适应列车级标准化需要，WG22将
线式列变流技术与电力牵引5／2003EC／IEEE列车通信网络(一)5
无节点无车辆总线1种车辆总线2种车辆总线r乱(标准MVB)(标准和非标准的)、：／(a)200m(无中继器)————+
(b)200m(无中继器)
1种车辆总线无车辆总线(c)
图2(a)开式列车，MVB作为车辆总线(在某
些车辆中)，WTB作为列车总线；(b)车组之间采用
WTB作为列车总线，MVB作为车辆之间的互连；(c)
闭式列车如摆式列车，MvB既作为列车总线，也作
为车辆总线一一非标准总线也可作为车辆总线集成
车总线(WTB)指定为TCN结构的一部分。WTB通
过手动插座跨接电缆或自动连接器将车辆互联起来
(图3)。图4WTB电缆(俯视图)
输的，也就是技术上常说的不归零法，而是采用一种
有许多优点的曼彻斯特编码方案(附录1)。
WTB最显著、同时也是在铁道行业中独一无二的
一个特点，便是它自动将节点接顺序编码，而且使所
有节点区分列车的左、右侧和前后方向。每当列车编
组发生变化，例如，在增加或减少车辆之后，列车总
线节点执行初运行程序，将各个节点电气互联，并给
各个节点分配连续地址。通常一节车有一个节点，但
如图3中所示，也许会有不止一个节点或一个没有。
当初运行完成之后，所有车辆识别列车的拓扑结构：
(1)自己的地址、方向(左及右)、相对于总线
的位置(前及后)；
一末端车辆——卜中间车辆(s)++中问车辆(s)+：-一末端车辆———叫棒点苷6301020304
图3绞线式列车总线
WG22考虑了若干种介质。同轴电缆因为其抗机
械冲击及振动性能差被排除。而光缆因难以制造能
经受振动冲击以及恶劣天气的自动连接器也不予考
虑。因此，顾名思义，WTB使用一对绞合的屏蔽线，
其可靠性已在欧洲的若干列车上得到了验证。最初
国际上所有车辆上WTB都用来作为控
制照明灯、扬声器及车门的DC信号的
UIC电缆。因这种电缆容量有限，并考
虑到未来的需要，UIC决定在UIC电缆
中增加能以1Mbps速率传输数据的专用双绞屏蔽线。WTB在原则上采用冗
余布线，即车辆每侧布一条线(图4)。
WTB的传输距离可跨越860m，即相当于22节UIC车辆的长度而无须
中继器，因而允许在一列车中加挂未
装有新数据总线的旧车辆，同时，也(2)其他车辆的编号及在列车中
的位置；
(3)其他车辆的型号及版本(如机
车、客车等)，以及支持他们的功能；
(4)自己及其他车辆的动态特性
(例如司机的存在)。
每个节点由2个高级数据链(ISO
3309)控制通道组成，每个方向(前及后)各一个(图
5)。在操作中端节点插入终端电阻来闭合总线，而中
间节点在端节点间建立联接。在端节点上，2个通道
都处于激活状态，而另一个为减少总线负载而被隔
离。
中问节点(s)干线电缆
允许旁路那些蓄电池电压较低的车辆，这主要是基
于当车辆在编组站时蓄电放电的考虑。WTB有可能
在连接器发生氧化的恶劣环境条件下工作。为清洁
氧化的连接器或接触器，可以将一个加电清除电压
(联接触点的清洁措施)叠加到传输线上。
在WTB上二进制并不是以l和0的序列来传1个通道激活1个通道激活2个通道激活
图5WTB结构图
当一列有N个节点编组的列车在运行时，它的端
点每隔50ms在开端上发出“我们有N个节点”的数
据帧，其他时问内它监视增加的节点。当有M个节点
的第二个编组与它连接时，则第一个编组的端点检
测到“我们有M个节点”的帧而新编组检测到
“我们有N个节点”的编组。接下来则要看各自节点
的量，若第二个编组有更多的节点(即M>N)
，则6IEC／IEEE列车通信网络(一)变流技术与电力牵引5／2003
第一编组解散。如果2个编组具有相同的强度，则解
散的判定是随机的。获胜的编组将一个接一个地编
组被解散编组的节点，而前一个端节点转换为一个
中间节点。
原理虽然很简单，然而初运行是复杂的，因为在
许多情况下它要求正确的节点编号与标识。比如节
点可以在已初运行的编组中间从低能耗的休眠模式
过渡到激活状态，节点可以作为备份开始工作以防
工作节点失效或一条冗余总线失败(图5中只显示了
一条总线)，而且这样可以不影响编号。为在总线故
障后能快速恢复，每个节点均可成为总线主，在这种
情况下，总线主权自动转移到相邻的节点。例如餐车，
可以成为总线主，但因为所有TCN通信都是从一从方
式，不能控制列车。当有32个节点时，最坏情况下
的恢复时间不超过1S。一旦初始运行完成，节点便开始互相通报自己
的配置，例如以表征它们是机车、动力车或司机控制
车等。它们也通报性质，如缓冲器问的距离及它们的
重量。这就要求严格的数据定义以及建立铁路专家
的专门技术。wTB的数据通信和每个变量及每位
(bit)的确切定义在UIC556中已标准化。
2多功能车辆总线(MVB)
为了简化组装、调试及子系统重用，TCN体系规
定多功能车辆总线(MVB)为车辆总线。MVB将一
节车辆或闭式列车组中若干节车辆内的设备连接起
来。图6显示了一台机车中可连接的子系统。MVB在
下列传输介质中以1．5Mbps的传输速率工作。(1)当距离超过200m或在对电磁干扰较敏感的环
境(机车上)时，使用光缆。MVB指定使用240“m
的光缆，与标准电信光缆相比，它不易破裂且抗振动。
(2)在200m的距离内，使用变压器耦合的120Q的
双绞线来连接列车组中2～3节车辆。这些规范与IEC61158
类似，但使用120Q阻抗以增强耐用性及降低衰减度。
(3)对于在同一屏柜内或在无电隔离的一块背板
上且对成本影响较大的设备连接，采用RS485／120Q电
缆。当有电隔离时，此电缆可以将闭式列车组中不同
车辆上的设备连接起来。
因为这些不同的介质以同样的速率传送同样的
信号，它们可通过中继器直接互连。
一个专用的总线主控制MVB并可以有一个冗余
的总线主作为备份以提高可用性。MVB控制器在物
理层提供冗余：设备在冗余线上传输信息，但在监视
另一个时只听从于一个。其他的特点包括如高集成
度以防止破坏，并且由于强劲的曼彻斯特编码及校验和，可达到IEC60870．5FT2等级的要求。当使
用光缆时汉明距是84。
分
图6机车中多功能总线的布置
(待续)
译自《@2001IEEE))
译者：吴裕庆校者：张利芝
