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摘要:國(guó)內(nèi)地鐵線路中有一些線路已經(jīng)和歐洲開(kāi)始同步,在設(shè)備間配置以太網(wǎng)通訊。而列車(chē)中的以太網(wǎng)通訊和常用MVB、CANOpen、HDLC等列車(chē)控制總線對(duì)比,有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢?

以太網(wǎng)接口方案" />

國(guó)內(nèi)地鐵線路中有一些線路已經(jīng)和歐洲開(kāi)始同步,在設(shè)備間配置以太網(wǎng)通訊。而列車(chē)中的以太網(wǎng)通訊和常用MVB、CANOpen、HDLC等列車(chē)控制總線對(duì)比,有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢?

IEC61375-3-4-2014中規(guī)定了列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)(Train communication network TCN)中以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)(Ethernet Consist Network ECN)的標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)制定的主要原因是目前列車(chē)通訊的數(shù)據(jù)量劇增,而傳統(tǒng)列車(chē)總線無(wú)法滿足大數(shù)據(jù)量傳輸,所以采用以太網(wǎng)通訊,可以滿足數(shù)據(jù)的傳輸要求。比如車(chē)載廣播系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、下載固件程序等。

圖1 列車(chē)TCN網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型

但由于以太網(wǎng)本身的物理層、鏈路層、協(xié)議棧的復(fù)雜性,導(dǎo)致其可靠性、網(wǎng)絡(luò)失效影響和魯棒性還都在驗(yàn)證中,故列車(chē)的主要控制系統(tǒng)還沒(méi)有大批量使用以太網(wǎng)作為主要控制通訊方式。以太網(wǎng)通訊和主流的MVB、CANopen通訊對(duì)比,如表1所示。

表1 TCN幾種通訊方式對(duì)比

 

MVB總線

CANopen總線

實(shí)時(shí)以太網(wǎng)

最高波特率

1.5Mbps

1Mbps

100Mbps

實(shí)用波特率

1.5Mbps

250kbps

100Mbps

實(shí)用通訊距離

小于200米

小于200米

小于100米

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線型,分支長(zhǎng)度小于10cm

總線型,分支長(zhǎng)度小于6米

交換機(jī)星型結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā),點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊不大于100米

收發(fā)器類(lèi)型

ESD:MAX3088

EMD:MAX3088+隔離變壓器

TJA1051T(非隔離)

CTM1051KT(隔離)

以太網(wǎng)PHY芯片KSZ8041NL

+隔離變壓器

控制器類(lèi)型

MVBC02專(zhuān)用芯片

或者

FPGA嵌入?yún)f(xié)議棧

SJA1000T

或者

MCU內(nèi)部自帶CAN

DM9000

或者

MCU內(nèi)部自帶以太網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)物理數(shù)量

32

110

1對(duì)1

數(shù)據(jù)吞吐量

1個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸256位數(shù)據(jù)需要336us

1個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸256位數(shù)據(jù)需要1.875ms

1個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸256位數(shù)據(jù)需要100us

控制器穩(wěn)定性

非常穩(wěn)定

需要篩選汽車(chē)級(jí)芯片,以及進(jìn)行程序防護(hù)

需要高效穩(wěn)定的協(xié)議棧以及外圍高防護(hù)

時(shí)間可預(yù)測(cè)性

可以預(yù)測(cè)

不可預(yù)測(cè)

可以預(yù)測(cè)

節(jié)點(diǎn)突發(fā)發(fā)送

不可以

可以

可以

設(shè)備成本

中等

便宜

較高

開(kāi)發(fā)成本

較高

中等

較高

開(kāi)發(fā)難度

較大

簡(jiǎn)單

較大

應(yīng)用場(chǎng)合

高鐵地鐵列車(chē)中關(guān)鍵性的控制信號(hào)

低速的低地板車(chē)與輕軌的控制信號(hào)通訊

列車(chē)中需要大流量傳輸?shù)男盘?hào),比如視頻

成熟度

非常成熟

較為成熟

目前用于非控制場(chǎng)合

可以看出,采用以太網(wǎng)接口主要優(yōu)點(diǎn)是傳輸大數(shù)據(jù)量時(shí),可以減少傳輸時(shí)間,但是會(huì)增加布線成本、布線難度,以及以太網(wǎng)通訊由于極度依賴于交換機(jī)的穩(wěn)定性,一旦交換機(jī)死機(jī)或者損壞,全部節(jié)點(diǎn)將都無(wú)法通訊。

另外EMC(電磁兼容)也需要考慮,由于以太網(wǎng)速率極高,其EMI(電磁輻射)極大,所以要使用較好的屏蔽網(wǎng)線。

列車(chē)設(shè)備中的以太網(wǎng)接口包括帶鎖緊的RJ45頭、光纖接口、M12通訊電纜三種類(lèi)型,如圖2所示。

圖2 以太網(wǎng)接口方式

根據(jù)《TCSN終端設(shè)備以太網(wǎng)接口規(guī)范》要求,提供控制器以太網(wǎng)通訊口接入方案。目前列車(chē)中大部分采用M12通訊電纜方式,可以保證較好的性價(jià)比。

網(wǎng)卡一般采用廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司的ZNE-100TL+模塊的??梢暂p松地使用主控MCU的串口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口。

圖3 以太網(wǎng)模塊

功能特點(diǎn)

l10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口;

l支持AUTO MDI/MDIX,可使用交叉網(wǎng)線或平行網(wǎng)線連接;

l工作方式可選擇TCP Server, TCP Client, UDP和 Real COM driver等多種工作模式,工作端口,目標(biāo)IP地址和端口均可設(shè)定;

l提供通用配置函數(shù)庫(kù),方便用戶使用VC、VB、Delphi和C++Builder開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序進(jìn)行二次開(kāi)發(fā);

l支持虛擬串口工作方式,提供WINDOWS虛擬串口驅(qū)動(dòng),讓用戶串口設(shè)備無(wú)逢升級(jí)至以太網(wǎng)通訊方式,無(wú)需修改原有串口軟件;

l支持AT命令配置;

l支持遠(yuǎn)程配置.

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