栾创业　董建磊　吴发杰

摘 要：随着自动化技术的不断发展，大量不同功能的设备的应用，对作为车辆控制核心的列车通讯网络系统也不断提出新的要求。同时，网络通讯系统布线简单，占用空间少，标准统一，数据承载量大，可维护性强等优点，也在不断取代传统硬线控制系统。文章从硬件结构、传输速率、传输距离、抗干扰能力、冗余性等各方面对城轨车辆上使用的列车网络系统做比较分析，总结得出常用网络的优缺点和适用环境。

关键词：城轨车辆；网络系统；适用性

1 列车网络通讯系统

为满足安全、快捷、舒适的要求，城轨车辆上安装了大量设备，包括牵引系统、制动系统、旅客服务系统、烟火报警系统、信号控制系统等。列车通讯网络将全列车辆的各个设备连接到一起，以统一处理设备状态检测、运行信息提示、设备故障及维护信息等任务。随着电子技术和计算机技术的发展，各种总线协议、接口硬件不断更新，车辆网络的组成也向着多样化发展。

1.1 RS485总线

RS485总线常用两线制传输方式，可提供高达10Mbit/s的数据传输速率，最大通讯距离约1200m，但数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，两者无法兼得。因采用平衡发送和差分接收的方式，抗共模干扰能力。支持多点通讯，但只支持终端匹配的总线型结构，不支持环形或星型网络，一般支持32个节点。

1.2 CAN总线

CAN总线为多主方式的串行通讯总线，采用双绞线来传输信号。CAN总线可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，当信号传输距离达到10Km时，仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。具有高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。CAN总线同样为终端匹配的总线型结构，理论上可以挂接无数个节点，但在实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性限制。

1.3 MVB/WTB总线

列车通信网络TCN（Train Communication Network）由多功能车辆总线MVB（Multifunction Vehicle Bus）和列车总线WTB（Wire Train Bus）组成。MVB总线采用双绞线来传输信号，传输速率达1.5Mbit/s。按照采用的传输介质不同，传输距离也不一样。轨道车辆多使用中距离传输介质EMD（Electrical Middle Distance），有效传输距离约200m。同样为终端匹配的总线型结构，一般支持32个节点。WTB总线采用双绞线为传输媒介，传输速率达1.0Mbit/s。可连接32个节点，传输距离860m。近年来随着相关设备国产化，MVB/WTB总线系统在城轨车辆方面应用广泛。

1.4 以太网总线

工业以太网总线基于IEEE 802.3（Ethernet），采用4对双绞线传输信号。五类、超五类双绞线传输速率为100-250Mbit/s，六类线更高达1Gbit/s。网络拓扑结构多样化，理论节点数不受限制。六类线推荐使用星型拓扑结构，传输距离90m。

2 常用列车网络优劣

2.1 环境适用性

轨道车辆运行中振动大，对网络系统线缆、设备固定，特别是设备的电气连接器部位要求高。为了保证良好的动力需求，通常采用高压电源供电，配电柜等电器密集区域电磁干扰严重。针对运行环境振动，对线缆、设备的固定有专门的行业标准，对不同网络的区别意义不大。为了应对电磁干扰，对网络及设备的屏蔽提出较高要求。比如线缆外被屏蔽层，设备外壳或内衬为金属密封结构，不同设备电气接口部分做好屏蔽处理，避免干扰进入。同时，RS485总线、CAN总线和MVB/WTB总线信号电压较高，对车辆运行环境有良好的抗干扰能力，而以太网总线虽然可以采用屏蔽双绞线STP（Shielded）减小干扰，但因信号电压低，当车辆控制系统电压等级较高时，受影响较大，严重时将淹没有效信号，无法正常工作，故以太网总线的使用存在局限性，短期内无法大规模应用。而降低车辆控制系统电压等级将大大增加制造难度和成本，因此从轨道车辆环境适用性考虑，RS485总线、CAN总线和MVB/WTB总线优于以太网总线。

2.2 数据传输能力

网络的数据传输能力可以从传输速率和传输距离两方面判定。以常见的A型车辆为例，单车长度约22m，全列6节车厢。RS485总线的理论最大数据传输速率10Mbit/s，最大通讯距离约1200m。同时数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比。数据传输速率600Kbit/s时，传输长度约为200m。因此RS485总线可以用于单车网络系统，考虑到衰减以及数据传输率，难以承担整列车数据通讯。以太网总线的传输速率优势明显，只要硬件满足，速率可达1Gbit/s，但缺点同样明显，即信号传输的距离与信号传输的波特率成反比，数据传输速率1Gbit/s时，传输长度约为90m，且硬件成本增大。CAN总线和MVB/WTB总线可以提供良好的单车/整列通讯网络。

3 结束语

RS485总线结构简单易于实现，且成本较低，在单车子系统组网具有优势。以太网总线拓扑结构多样，接口硬件成熟，数据承载量大，适用于低电压大数据量车辆系统。CAN总线传输距离长，节点数量限制小，但数据承载量较小，适用于车辆之间通讯。MVB/WTB总线专为城轨车辆设计，适用性强，抗干扰能力突出，但硬件比较复杂，成本较高。可以预见，新一代的列车网络系统，将综合各种总线的优点，向着大数据量、抗干扰、抗衰减、容错性强、负载节点多等方向发展。

作者简介：栾创业（1983，3-），男，汉族，山东省即墨县，工程师。