淺談CAN總線在鐵路通信中的應用

隨著鐵路的快速發(fā)展，電子信息設備在鐵路信號上得到了廣泛的應用，如何進行設備之間的通信成為了一個重要的議題。

列車通訊中的相關概念

TCMS

列車控制和管理系統(tǒng)（TCMS）由處理單元、網(wǎng)絡、子系統(tǒng)及其接口組成

提供控制和檢測、診斷等服務，以及對各種列車組件（HVAC、速度控制

振動控制、剎車、燈光、供水、閉路電視、電池、車門、緊急通信和事件

記錄儀）的升級和重新配置。

TCN

列車通信網(wǎng)絡（TCN）最初基于CAN等工業(yè)現(xiàn)場總線，用于TCMS的數(shù)據(jù)傳輸

TCN由多功能車輛總線（MVB）和絞線式列車總線（WTB）組成，用于

連接列車的不同車廂（車廂和貨車廂）。TCN組件通過IEC 61375實現(xiàn)標準化

以適用于鐵路應用。以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)（ETB）是一種基于以太網(wǎng)的TCN

已通過IEC 61375-2-5實現(xiàn)標準化，比原來的IEC 61375標準化TCN更具成本

效益和靈活性。

MVB

MVB全稱是多功能車輛總線，它的使用場合比較單一，是IEC 61375中

標準化的車輛總線，用于鐵路車輛的互連，目前廣泛應用于城市軌道

交通的各類車型中。IEC 61375定義了硬件和軟件協(xié)議、自動化重新配置

以及拓撲結構和子系統(tǒng)接口等網(wǎng)絡服務。在車頭中，它能為各種機載設備

如無線電、診斷系統(tǒng)、剎車、電力電子模塊、電源線、電機控制和駕駛艙

提供標準通信接口。在車廂中，它能連接車門控制、HVAC、乘客信息系統(tǒng)

照明單元等。

WTB

WTB絞線式列車總線主要用于列車級的通信，其傳輸速率為1Mbit/s

可以實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)的傳輸，其最大特點就是具有列車初運行功能

（列車初運行功能就是當列車車輛的配置發(fā)生變化后，能夠自動地對

車輛進行編址，構成新的列車拓撲結構，而不需要人為的參與）

WTB總線特別適用于需要動態(tài)編組的列車車輛。

CAN

CAN（控制器局域網(wǎng)，Controller Area Network）屬于工業(yè)現(xiàn)場總線范圍

是最有穩(wěn)定可靠的現(xiàn)場總線之一。相比其他總線來講，CAN 總線具有

可靠性高、通信速率高、容易實現(xiàn)、維護方便、性價比高等諸多特點

另外很多開發(fā)板都帶CAN接口，這也方便了行業(yè)工程師進行拓展開發(fā)

CANopen是由國際協(xié)會“CAN自動化（CiA）”基于CAN開發(fā)的通信協(xié)議

并通過EN 50325-4標準化。它是一種更高層次的通信協(xié)議和設備文件規(guī)范

適用于分布式、工業(yè)、嵌入式和自動化解決方案。

=

基于以下特點，現(xiàn)在CAN總線被越來越多的應用于鐵路行業(yè)：

??能夠設置多個節(jié)點，完成更多設備的網(wǎng)絡管理。CAN總線支持多個

節(jié)點掛載在總線上，比較類似I2C總線，可以在SCL和SDA上掛載多個從機。

在CAN總線具體應用過程中，總線主要應用MCU/CPU、CAN控制器以及

CAN收發(fā)器等多個部分。

??具有錯誤檢測功能。在網(wǎng)絡報文發(fā)送出錯之后，CAN總線能夠對

錯誤進行自行檢測。

??節(jié)點控制器可以判斷錯誤是暫時的數(shù)據(jù)錯誤還是持續(xù)性錯誤

當總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯誤時，控制器可將節(jié)點從總線上隔離。

如今，CAN與CANopen解決方案可在各種列車上運行，如機車

長途客車、城市/地區(qū)/國際列車、高速列車、有軌電車、單軌鐵路和地鐵等。

CAN總線在鐵路通信中的應用

CAN總線可在鐵路通信中支持以下應用：

1.列車控制

CAN總線用于傳輸駕駛員與車輛之間的信息，實現(xiàn)列車的行駛、制動

加速等功能。例如，駕駛員可以通過操縱桿控制列車的速度，這一信息

被傳輸?shù)杰囕v控制單元中，由控制單元對列車進行控制。CAN總線可以

在這個過程中實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸和控制，確保列車的安全、穩(wěn)定運行。

2.信號系統(tǒng)

CAN總線用于傳送軌道的信號信息。例如，在信號控制設備中

CAN總線可以將軌道的信號狀況信息傳輸給列車控制單元，使列車能夠

更好地適應信號狀態(tài)變化，實現(xiàn)對列車的有效控制。

3.維護維修

CAN總線可以將列車各個系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障信息實時傳輸?shù)?/p>

列車的監(jiān)控系統(tǒng)，從而及時發(fā)現(xiàn)或診斷問題并進行維修，提高處理

效率和安全性。

4.其他應用

CAN總線可應用于列車的各個子信息系統(tǒng)，例如：安全監(jiān)控系統(tǒng)

行車記錄器、空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等領域，進行實時可靠的數(shù)據(jù)通信

確保列車的正常運行和乘客的安全。

滿足當前和未來的鐵路通信需求

1983年，CAN總線協(xié)議由德國Bosch公司設計推出。1985年，Kvaser就開始

專注于CAN技術的研發(fā)，深耕行業(yè)領域40年，至今已經(jīng)累計推出100多款CAN產(chǎn)品

憑借可靠、便捷且耐久的品質(zhì)，Kvaser產(chǎn)品深受全球工程師的喜愛

Kvaser擁有許多與火車/機車應用相關的CAN產(chǎn)品，包括PCI-X、PCIe

Mini PCIe和PCI 104等接口。

案例分享

MicroMax Computer Intelligence成立于1979年，公司總部設在紐約市。MicroMax是一家工程公司，開發(fā)和制造工業(yè)和機載計算機，以及用于關鍵任務應用的專用計算機系統(tǒng)。為了滿足客戶對運輸（鐵路、海運和航空）等關鍵任務應用的需求，Kvaser為其M-Max系列堅固型計算機提供了定制的雙通道PC/104+兼容CAN接口。

“鐵路行業(yè)的CAN接口必須高壓隔離。Kvaser已經(jīng)更新了其標準PCI/104產(chǎn)品，滿足了我們對高壓隔離的需求，是我們需要的產(chǎn)品。我們的客戶正在尋找：堅固耐用、完全密封、符合 IP66標準、具備抗沖擊和振動保護并能夠承受極端溫度（-50至 +70°C）的系統(tǒng)。我們的系統(tǒng)需要非?？煽浚虼伺c能夠達到這些標準的供應商合作對我們來說非常重要?！?/p>

——MicroMax總裁兼首席執(zhí)行官

Samuel J. Abarbanel

除此以外，Kvaser擁有許多與CANopen兼容的產(chǎn)品，可用于以太網(wǎng)列車骨干網(wǎng)（ETB）

其中，Kvaser Ethercan HS是一款CAN轉以太網(wǎng)接口，支持使用標準

Kvaser API將CAN系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡發(fā)送。它與CANopen完全兼容

Kvaser CANopen協(xié)議棧是一種完整且用戶友好的API，專為高性能

CANopen網(wǎng)絡而開發(fā)，例如：用于鐵路應用以及其他領域的網(wǎng)絡。

審核編輯 黃宇