[实用新型]基于FPGA的WTB通讯设备

说明书

技术领域

本实用新型应用于符合TCN标准的WTB网络控制系统，是WTB网络通讯设备。广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆等实时性要求较高、能够自动编组的工业控制领域。

背景技术

IEC61375-1《列车通信网络》(简称TCN标准)，是一项国际标准，也是我国铁路行业标准。TCN标准是为铁路机车车辆这一特殊应用领域设计的现场总线标准，它制定了一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂、不同厂商的设备能够互联。TCN标准一共定义了两种总线形式：(1)连接一个车辆内设备的多功能车辆总线MVB，总线工作频率为1.5Mbit/s，介质为双绞线或光纤；(2)连接列车中各车辆的绞线式列车总线WTB，总线能够自动编组，工作频率为1Mbit/s，介质为双绞屏蔽线。这些总线在链路层提供了相同的两种传输服务：(1)过程数据：周期性的，源寻址广播数据；(2)消息数据：按需传送的，目标寻址的数据报文。TCN标准规定的两种总线特点如下页表1所示。

按照TCN标准规定，连接在网络上的WTB设备只实现WTB物理层和链路层功能，而高层协议的实现则需要宿主机支持。WTB设备功能包括介质冗余处理、介质相关编码即报文的编码、定时与同步等、介质无关编码即HDLC帧格式组成、CRC校验等、介质分配即过程、消息、监控报文的分配、初运行即主权分配、节点命名等、链路层适配器、链路层管理等。WTB参考模型如图1所示。

在我国，电力机车一直采用集中式控制方式，即现场所有信号的采集与控制都需要通过硬线连接到集中控制计算机上。从上世纪90年代，国外先进的TCN分布式网络控制技术开始引入我国，同时国内的电力机车也开始陆续采用TCN分布式网络控制技术进行应用。但是我国自主研发的TCN通信网络技术一直处于空白阶段，一些TCN网络关键设备一直依赖进口。基于FPGA的WTB设备的研制成功，标志着全部WTB网络技术已经攻克，使我国的机车网络控制技术上了一个新台阶。

特性绞线式列车总线WTB多功能车辆总线MVB总线结构可变式结构，当组成改变时可自动编组固定结构和设备地址总线介质双绞屏蔽线，特征阻抗120Ω(860m，32个节点，相当于22节UIC车辆)基于RS-485的双绞线(20m，32个设备)变压器耦合的双绞屏蔽线(200m，32个设备)带星耦器的光纤(2000m，2个设备)物理冗余双份物理介质双份物理介质信号形式有16～32位帧头的曼彻斯特码有分界符的曼彻斯特码信号数据速度1.0Mbit/s1.5Mbit/s地址区间过程数据(每节点1个)和消息数据都为8位地址过程数据(逻辑地址)和消息数据(物理地址)都为12位地址物理地址点对点和广播点对点和广播有效的帧长度可变的4～132个八位位组固定为16，32，64，128或256位完整性每帧FCS-16、帧长度检查及曼彻斯特编码IEC60870校验序列及帧长度检查介质分配由一个总线主分配由一个总线主分配主权转移每个节点都可成为强总线主(根据命令)或弱总线主(根据默认)通过令牌传递总线管理器成为总线主总线主冗余初运行后，总线主权转移到另一节点自动的主权转移，由令牌传递进行冗余校验链路层服务过程数据  周期性数据             按源寻址广播的数据集消息数据  偶发性数据             点对点或广播数据报文监视数据  周期性数据/偶发性数据  总线管理的数据