隨著技術的進步和市場需求的變化，鐵路機車車輛工業對列車微機控制系統中的車載數據通信網絡提出了新的要求，期望建立一個在機車車輛內部及列車和地面控制系統之間交換控制命令、狀態、故障診斷信息以及旅客信息等的數據通信網絡。為此，國際電工委員會制定了IEC61375—1:1999《列車通信網絡》，它包括2種總線，即列車總線WTB和多功能車輛總線MVB,分別用來連接列車的各個車廂和車廂內的電氣設備。本文結合“北亞”號內燃動車組，研究基于TCN技術的內燃動車組列車通訊網絡。
“北亞”號內燃動車組是一種自帶動力、具有載客功能、成組運行的軌道交通工具，動車組設頭尾2輛動車，中間由幾節拖車組成。司機在頭車操縱，尾車不配司機。頭尾2輛車控制系統完全相同，并相互聯鎖，尾車控制系統通過列車通訊網絡接收頭車操縱指令，頭尾2輛車同步工作，頭車的監控信息在頭車直接顯示，尾車的監控信息可以通過通訊網絡在頭車司機臺顯示，司機在頭車上可以操縱2臺動車的各個工況。該列車通訊網絡可完成頭尾2輛動車的重聯控制、監測并實施安全保護。
1 動車組列車通信網絡拓撲結構
“北亞”號內燃動車組采用列車控制與通訊網絡系統對整列車進行控制，網絡拓撲結構如圖1所示。按照TCN標準，列車通訊網絡分為2級，第1級為絞線式列車總線WTB,實現車輛間的數據通信；第2級為多功能車輛總線MVB,主要實現同一車輛內各個功能控制單元之間的數據通信。
每臺動車由1個微機控制裝置和1個智能顯示單元組成。在頭尾2輛動車上各裝有1臺控制機箱，每臺機箱中裝有數字量輸入/輸出單元（DI/DO）、模擬量輸入/輸出單元（AX）、車輛控制單元（VCU）、無線數據傳輸單元（GPRS板）、網關（GW）和智能顯示單元（IDU）。2臺控制機箱間采用WTB通訊；每臺控制箱內各單元之間采用MVB通訊，其介質采用電氣中距離介質EMD。
2 列車控制與通信網絡系統的組成
列車控制與通信網絡系統采用通用的EXP機箱，機箱為背板式結構。以C8051F040CPU為核心，由開關電源、數字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、無線數據傳輸單元等組成，各單元通過MVB總線與CPU進行數據交換。各插件功能介紹如下。
2.1 開關電源
采用開關電源技術，將輸入24V電源變換為+5V和±15V電源，給機箱、網關、輸入輸出單元及傳感器供電。
2.2 數字量輸入/輸出
采用光電隔離技術，接收司機控制指令及動車狀態信號，完成動車邏輯控制。
2.3 模擬量輸入/輸出
對動車速度、柴油機轉速、柴油機潤滑油壓力、柴油機冷卻水溫度信號進行采樣。
2.4 無線通訊模塊
無線數據傳輸單元是利用通用分組無線業務GPRS將動車組現場采集的數據傳輸到地面監控站，供相關人員對機車的運行狀態進行監控。
2.5 車輛控制單元VCU
VCU主要實現系統的邏輯控制功能，其組成如圖2所示。具有RS—232、RS—485、CAN以及MVB通信接口，其中RS—485和CAN為功能擴充預留。
VCU采用C8051F040單片機，其速度可達25MIPS（使用25MHz時鐘）。具有4352字節內部數據RAM（4K+256）和64KBFLASH。
VCU的主要功能有：
（1）實現動車組的柴油機、輔助發電機、空氣壓縮機等設備的邏輯控制及故障診斷功能。
（2）頭尾2輛動車的VCU依靠司機鑰匙檔位定義主控微機信號來確定主控微機。當1臺VCU被定義為主控微機時，則另一臺VCU為從控微機。從控微機不具有MVB總線管理器功能。
（3）實現防空轉/防滑控制功能。在牽引或制動工況下，系統檢測輪根據空轉或滑行程度的不同，采取撒沙、降功、卸載等保護措施，以充分利用動車粘著性能，發揮牽引力。
（4）具有柴油機與動車電氣系統保護功能。動車微機實時檢測柴油機溫度、壓力、轉速等信號。若這些信號超過正常工作范圍，則根據故障的不同種類分別采取報警、降功、卸載、停機等措施對其進行保護并記錄，確保柴油機和換檔機構的正常工作。
3 列車TCN網絡通信及重聯控制