列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

金 犇（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧 錦州 121000）

列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

金 犇
（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧 錦州 121000）

本文主要詳細(xì)介紹了當(dāng)前列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了IEC TCN , WorldFIP, LonWorks和CAN等主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，探討了IEC網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向，指出了列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

列車控制；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

0 前言

在現(xiàn)代列車發(fā)展進(jìn)程中，控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心技術(shù)，應(yīng)用范圍十分廣泛。

目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)彰顯一定的開放性，經(jīng)濟(jì)性得到極大提升，在遠(yuǎn)程控制、信息互動方面提出了更高的要求，而IEC TCN , WorldFIP, LonWorks和CAN等技術(shù)恰好適應(yīng)這一要求，使得這種控制網(wǎng)絡(luò)在列車上得到聯(lián)合適應(yīng)，呈現(xiàn)相互融合的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

1 對當(dāng)前列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行的分析

1.1 IEC TCN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）IEC TCN主要服務(wù)于鐵路機(jī)車和動車，主要包含兩層總線架構(gòu)，即絞線式列車總線和多功能車輛總線，其協(xié)議的轉(zhuǎn)換主要借助節(jié)點來完成。總線的功能是實現(xiàn)車輛之間的通信，發(fā)揮列車初行和燒結(jié)的性能，準(zhǔn)確辨別車輛在整個編列中的具體位置以及前進(jìn)的方向，在根本上滿足列車編組的要求。而對于車輛總線，主要完成車內(nèi)具有控制作用的設(shè)備的相關(guān)交流。

（2）IEC TCN在1999年被采納為列車通信網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一、國際性標(biāo)準(zhǔn)，并完成了網(wǎng)絡(luò)一致性測試標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。近些年，TCN得到了控制部件廠商的支持，對其網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的集成應(yīng)用作用重大。目前，TCN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要集中在一些對互操作性和實時控制性標(biāo)準(zhǔn)比較高的高速機(jī)車或者動車組，也包含一些載重大和地鐵列車等軌道交通工具[1]。我國將其定為鐵路行業(yè)的主要標(biāo)準(zhǔn)，在很多動車組和電力機(jī)車中進(jìn)行廣泛的推廣。

1.2 其他控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.2.1 WorldFIP

WorldFIP具備三層結(jié)構(gòu)，主要是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層。對于物理層，其目的是實現(xiàn)信息由單一設(shè)備傳輸?shù)娇偩€的相關(guān)機(jī)器，介質(zhì)為光纖等材質(zhì)；數(shù)據(jù)鏈路層的作用是針對數(shù)據(jù)進(jìn)行的有效性訪問，關(guān)注實時控制；應(yīng)用層提供的是一種訪問功能，針對信息的變量。WorldFIP網(wǎng)絡(luò)掌控功能比較突出，仲裁器和用戶站構(gòu)成了完整的系統(tǒng)，在同步性和科學(xué)性方面比較突出。WorldFIP 與TCN具有網(wǎng)絡(luò)方面的共性，十分相似，傳輸功能主要借助曼徹斯特編碼實現(xiàn)，能夠容忍介質(zhì)和總線仲裁器的冗繁，同時，在網(wǎng)絡(luò)管理和控制方面具有一定的優(yōu)勢。WorldFIP屬于現(xiàn)場總線，彰顯開放性的特征，其設(shè)計師、客戶都能夠接受專業(yè)的培訓(xùn)和具體功能的檢測。在WorldFIP內(nèi)部，成員眾多，在經(jīng)過行業(yè)內(nèi)的運用和改善升級之后，技術(shù)性比價成熟，在部件、產(chǎn)品種類和設(shè)備方面都相對比較健全。WorldFIP技術(shù)在汽車制造業(yè)、化工領(lǐng)域的應(yīng)用十分普遍，在軌道交通領(lǐng)域主要體現(xiàn)在地鐵、動車等項目。

1.2.2 LonWorks

LonWorks為通用工業(yè)的現(xiàn)場總線，發(fā)展迅速。它的運行方式具有簡單的核算方式，可靠性較高，節(jié)點接受的訪問具有平等性。LonWorks采用退避計算方式，解決了重負(fù)荷的性能難題。LonWorks的形成是建立在LonTalk協(xié)議的前提下，其主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。完整的LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包含收發(fā)器、芯片、協(xié)議固件以及相關(guān)的工具和軟件，有利于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的不斷開發(fā)和應(yīng)用。

在列車制動控制領(lǐng)域，LonWorks被認(rèn)定為基本的行業(yè)指標(biāo)。近些年，這一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在列車領(lǐng)域受到高度重視，進(jìn)行了積極的推廣。很多國家將其應(yīng)用在照明、空調(diào)等部位的實時監(jiān)管和控制。在我國，其網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在客車的電氣設(shè)備的控制以及動車的重聯(lián)控制。1.2.3 CAN 與CANopen

CAN是多主串行通信總線，主要作用是實現(xiàn)設(shè)備之間的信息的無障礙溝通。當(dāng)前，CAN 與CANopen在輕軌、地鐵和貨車等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，同時，在控制子系統(tǒng)中也具有一定的功能，例如，制動、牽引等[2]。針對CANopen技術(shù)，將重點集中在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用制度和開發(fā)和運用方面。

2 列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 IEC 列車控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的最新發(fā)展趨勢

IEC制定TCN的主要目的是為了實現(xiàn)列車、車載控制設(shè)備之間的互操作性的增強(qiáng)，減少對車控系統(tǒng)的各方面支出，實現(xiàn)后期費用的降低，獲取更大經(jīng)濟(jì)收益。總線技術(shù)的應(yīng)用以及在鐵路領(lǐng)域的深入應(yīng)用，使得對控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了更高的要求，也就是涉及整體優(yōu)勢、機(jī)動性以及開放性等方面。于是，成立了TAHG,進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的完善和修改。TAHG對總線進(jìn)行評估，形成互聯(lián)模型。當(dāng)前，主要應(yīng)用形式為模塊式，實現(xiàn)對TCN標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的重構(gòu)。

2.2 對列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢的分析

目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，促使控制網(wǎng)絡(luò)的運用實現(xiàn)較大進(jìn)步，區(qū)域逐漸擴(kuò)大，客戶針對其投入、擴(kuò)展提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)靈活性、可行性、豐富性的發(fā)展。對于多種形式的控制網(wǎng)種類，質(zhì)量各不相同，尤其在鐵路領(lǐng)域，都沒有實現(xiàn)完美的效果。因此，列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)將不受到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的限制，形成多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并存的局面[3]。具體發(fā)展趨勢為：

（1） 各個主體之間競爭日益激烈，形成多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共同存在的狀態(tài)。IE C TCN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在WTB和MVB的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是專門為鐵路系統(tǒng)而研制和開發(fā)的，代表企業(yè)利益，在實時性和可靠性方面特征突出，能夠在根本上滿足鐵路領(lǐng)域特別的要求，必將成為一段時期鐵路列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要方向，更多應(yīng)用于動車、地鐵等高端市場的需求，而對于其它一些常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如CAN open等，鑒于便利性和開放性的特征，將運用于信息量小、對實時性沒有要求的領(lǐng)域，如貨車、輕軌等的控制子系統(tǒng)。

（2）兼容性明顯，相容并蓄，在整個系統(tǒng)中存在多種網(wǎng)絡(luò)形式。當(dāng)前，用戶的需求呈現(xiàn)上升的趨勢，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，如WorldFIP , CANopen , TIMN,LonWorks等將實現(xiàn)與TCN 的共存，技術(shù)之間能夠?qū)崿F(xiàn)功能的互補(bǔ)，借鑒各自優(yōu)勢，同時，這種趨勢將持續(xù)相當(dāng)長的時間。例如，在列車總線中，WTB將被廣泛使用，而對于車輛總線，MVB將被大量利用，但是，WorldFIP , CANopen等也可能被運用。

（3）技術(shù)將不斷創(chuàng)新，工業(yè)以太網(wǎng)被引入鐵路列車控制領(lǐng)域，成為新的發(fā)展契機(jī)。近些年，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動化以及過程控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，逐漸發(fā)展到對工業(yè)發(fā)展的控制和管理領(lǐng)域，將開放特征的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與總線型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行積極、科學(xué)的融合。當(dāng)前，在鐵路行業(yè)，對網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程的分析、維護(hù)、診斷、用戶信息以及舒適性的編制和要求發(fā)生了變化，需要進(jìn)行較大程度的技術(shù)升級，以太網(wǎng)的存在能夠集中發(fā)揮對列車網(wǎng)絡(luò)高層信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性作用，保證信息在垂直方向交流的順暢性，有效連接下層車載控制設(shè)備，促進(jìn)現(xiàn)代寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的形成，彰顯在信息溝通、車輛掌控以及服務(wù)方面的優(yōu)勢，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)與信息的緊密結(jié)合。

3 結(jié)束語

當(dāng)前，我國的列車控制完了技術(shù)處于初級發(fā)展時期，在技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用方面比較落后，因此，要緊抓鐵路發(fā)展額契機(jī)，吸收先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)積極的研發(fā)和創(chuàng)新，更好地滿足客戶對列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求，保證技術(shù)穩(wěn)定而成熟，可行性高，能夠創(chuàng)造更高的價值和收益，這也是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)行業(yè)和企業(yè)需要共同努力的目標(biāo)。

[1]李洋濤.TCN列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2012(01):4-7.

[2]彭權(quán)威. 基于OPNET的列車通信網(wǎng)絡(luò)仿真研究[D].西南交通大學(xué),2010.

[3]聶曉波.列車控制網(wǎng)絡(luò)實時性能分析及調(diào)度策略研究[D].北京交通大學(xué),2011.