列車(chē)以太網(wǎng)接口方案
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
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?
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.