论文草稿20110425检测去掉标题

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1、第1章绪论1.1研究的内容与意义随着工业现场总线技术与嵌入式控制技术的迅速发展，在现代列车通信中，基于网络的分布式控制系统已经取代了过去的集中型直接数字控制系统。为了实现资源共享、协同工作、分散监测和集中操作等目的，列车分布式控制系统应用多种总线技术互联起来形成一种工业局域网。随着人们生活水平的提高，现代列车已不仅仅是提供单一的运输业务，高速化、自动化、舒适化已经成为现代列车的发展趋势。越来越多的信息需要在各车辆之间进行传输和交换，这些信息的种类和功能各异，主要包括：远程控制信息、状态信息、诊断信息、和旅客服务信息等等[41]。这些信息的增

2、加使得传统的通信网络无法承担，于是迫切需要一个容量大、实时性高的传输网络进行传输。我国作为铁路运输大国，解决列车安全、高速、舒适等问题显得尤为迫切。相比于西方国家，我国对列车通信网络的基础研究和开发应用相对较晚，目前仍处于初级阶段。因此，采用引进与研发相结合的方式，按照成熟的国际标准来研究和开发列车通信网络及其相关产品，并运用到国内制造的轨道机车车辆上对于制定我国列车通信网络标准具有指导意义。自主研制列车网络控制系统能够带动我国牵引/制动等重要设备、工业控制技术和国产软件的研究和发展；自主研制列车网络控制系统，还将为我国工业控制技术、实时嵌

3、入式操作系统、软件运行开发环境、铁路软件标准等领域的发展做出巨大贡献；自主研制列车网络控制系统，对适应高速铁路未来发展要求和控制生产运行成本具有重要意义。1.2国内外几种主流列车通信网络的比较世界各国铁道机车车辆生产企业在各自发展过程中使用了各种各样的列车通信网络技术。目前广泛使用的列车通信网络有符合IEC标准的TCN网络，符合IEEE标准的列车通信网络以及其他工业控制网络，如应用于TGV高速列车ARGAT控制系统的WorldFIP网络、应用于日本新干线高速列车的ARCENT网络等等。（1）CAN总线CAN总线（controllerArea

4、Network，控制器局域网）是国际上应用最广泛的一种现场总线，接触网上的单相工频25kV交流电经受电弓和主断路器输送给牵引变压器，降压后供给整流器，整流器将单相交流电整流成直流电，经中间直流环节把直流电输出给牵引逆变器，逆变器输出电压、电流、频率可控的三相交流电，供牵引电机使用。整流器是交直交系统的网侧变流器，机车牵引时工作在整流状态，再生制动时工作在逆变状态，可以实现牵引工况与制动工况之间的快速转换。机车牵引时，将单相交流电整流成直流电，并保证直流环节电压稳定，机车网侧功率因数接近1，网侧电流波形近似正弦，减少机车谐波对牵引网的影响；当

5、电网电压或者机车负载波动时，能够快速调节中间直流环节电压使其稳定，给牵引逆变器提供良好的直流工作电压。机车再生制动时，将直流侧的直流电逆变成大小和相位满足要求的单相工频交流电，通过牵引变压器回馈给电网。（2）LonWorks总线交直交机车和牵引网都是高速铁路成功运行的关键设备。如果在设计过程中未充分考虑交直交机车控制方式和参数与牵引网参数之间的良好匹配，容易引发车网系统强烈的高次谐波谐振，进而引起牵引变电所55kV母线电压和分区所27.5kV母线电压升高，甚至造成停车事故，严重影响铁路正常运输秩序。我国已经建成的高速铁路和重载铁路部分区段发

6、生过类似问题。随着我国高速铁路建设的快速推进，今后投运的交直交机车会越来越多，如何实现牵引网与交直交机车的良好电气匹配，避免谐波谐振问题的发生，是我国当前亟需解决的技术难题之一。（3）WorldFIP总线谐波谐振问题在许多国家高速铁路建设中都存在，并得到高度重视。日本高新干线实际运营中为了抑制牵引网发生高次谐波谐振，在牵引网末端安装HMCR抑制装置。国内对机车和牵引网之间谐波谐振的研究开展相对较晚，但研究内容和研究方法日益完善，与国外差距越来越小。（4）ARCNET网络上世纪70年代末，我国开始发展交流传动电力机车，90年代初AC4000型

7、交流传动电力机车试制成功，其后又对中原之星、先锋号、中华之星等车型进行了试验，并取得成功。近年来，通过引进消化吸收国外交流传动技术和自主研发创新，先后研制出HXD1、HXD2、HXD3、CRH1、CRH2、CRH3、CRH5等具有国际一流水平的交流传动电力机车和动车组，并已得到成功应用。这些交流传动电力机车和动车组将逐步成为我国高速铁路和重载线路的主力车型[28]。1.3列车通信网络的发展趋势高速列车的控制网络最基本也是最重要的功能就是要对列车上各类设备进行可靠地控制、检测和故障诊断，这样才能保证旅客乘车的安全与舒适。而伴随着列车舒适化和智

8、能化的发展要求，集中型的直接控制系统已经不能满足列车网络的需求。现场总线技术由于其自身的优点被应用到列车控制网络中。现场总线技术出现于上世纪80年代，是一种串行的数字数据通信链路