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 .
MVB соединяет отдельные узлы внутри транспортного средства или закрытого состава поездов. В отличие от WTB, для MVB не существует единого стандарта разъемов — вместо этого существует три определенных класса носителей и разъемов:
Вилки и розетки такие же, как и у Profibus , с 2 розетками DB-9 на устройство. [1]
Для OGF источники мультимедиа соединяются повторителями ( нужна ссылка ) (генераторами сигналов), соединенными на центральном звездообразном соединителе. 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]
MVB был создан на основе шины P215, разработанной компанией Brown Boveri Cie , Швейцария (ныне ABB ), включив в себя принцип издателя/подписчика из ранних полевых шин (DATRAS) [ нужна цитата ] . 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 они 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 потерпели неудачу из - за упрямства двух сторон . 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 .
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 возникла из-за физического уровня полевой шины , который предполагает фазовую автоподстройку частоты для декодирования манчестерских данных, требуя преамбулы для синхронизации декодера, в то время как MVB работал в основном с оптическими волокнами [ нужна цитация ] , где этот метод бесполезен, декодирование MVB основано на детекторы пересечения нуля и распознавание манчестерских образов.
Однако большая часть современного оборудования для разработки и тестирования может в равной степени передавать кадры WTB/MVB, а также кадры Profibus по линии [ нужна ссылка ] как структуру телеграммы, аналогичную Profibus .
Разъемы WorldFIP нашли применение в железнодорожном оборудовании во Франции и Северной Америке (компания Bombardier ) , пока не были начаты совместные усилия по созданию общего поезда UIC (с Siemens и другими отраслевыми партнерами), что привело к созданию стандарта WTB/MVB в конце 1999 года . нужный ] .
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 борьба между полевыми шинами [ нужна ссылка ] и решение IEC о том, что любая из восьми [ нужна ссылка ] полевых шин является стандартом, не способствовало совместимости штекеров.
Модули MVB стоят дороже, чем, например, компоненты CANopen или LonWorks . Это не связано с технологией связи: большинство устройств реализуют машину протокола MVB в небольшой области FPGA, которая сегодня так или иначе присутствует, а самым дорогостоящим компонентом остается разъем . 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 наконец решил стандартизировать оба в IEEE 1374 с четким разделением задач [ 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 , оба имеют «данные процесса», которые во FlexRay называются «статическим сегментом» , 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 оценили общее решение выше, чем множество лучших автобусов. И наоборот, в 1999 году автомобильная промышленность оценила MVB ( в расширенной версии со скоростью 24 Мбит/с), но отказалась от него из-за затрат, которые должны быть неоправданно низкими для массового рынка с миллионами автомобилей.
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 со скоростью передачи данных 1 Мбит/с . 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 циклически , чтобы обеспечить детерминированную работу с периодом 25 мс, используемую в основном для контроля тяги . WTB также поддерживает спорадическую передачу данных для диагностики. Содержимое периодических и спорадических кадров регулируется стандартом UIC 556. [4] Поскольку размер кадра ограничен, для сегментации и повторной сборки сообщений использовалась версия TCP с уменьшенными накладными расходами, которая в то же время позволяет справляться с изменениями в составе, называемая RTP (протокол реального времени).
WTB был создан на основе немецкой шины DIN , разработанной компанией ABB Henschel ( теперь Bombardier ) . Он извлек выгоду из фазового/квадратурного декодирования, предоставленного Италией , а также из улучшенного запуска поезда , предоставленного Швейцарией , на основе опыта работы с автобусом с многократной тягой FSK компании ABB Secheron, Женева, используемым в грузовых поездах SBB . Физический уровень WTB имеет сходство с полевой шиной WorldFIP (EN 50170, часть 4) – в ее «режиме напряжения» использовалась скорость 1 Мбит/с, а на шине было максимум 32 станции с максимальной длиной 750 метров, использование Трансиверы FIP изучались на ранних стадиях оценки TCN , но вместо них использовалось фазовое/квадратурное декодирование.
TCN используется в большинстве современных систем управления поездами, обычно соединяющих транспортные средства с 18-контактным UIC 558 , в том числе:
МЭК 61375 представляет собой набор стандартов.