現(xiàn)場(chǎng)總線在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用

王國(guó)濤

摘要：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在列車控制網(wǎng)絡(luò)中得到越來越多的應(yīng)用。通過CAN和LonWorks兩種常用的現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)，以及在列車控制網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際應(yīng)用情況。我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，一定要考慮列車在控制網(wǎng)絡(luò)的要求和各種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線；列車控制網(wǎng)絡(luò)；Can總線；LonWorks總線

現(xiàn)場(chǎng)總線是近年來得到迅速發(fā)展的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，他主要是解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能化儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。列車控制網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)對(duì)列車關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)視，并根據(jù)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。列車控制網(wǎng)絡(luò)集列車運(yùn)行控制、機(jī)車車輛控制、狀態(tài)監(jiān)控、故障檢測(cè)與診斷以及旅客信息服務(wù)于一體，以車載微機(jī)為主要技術(shù)手段，通過控制網(wǎng)絡(luò)事先列車各個(gè)系統(tǒng)之間的信息交換，最終達(dá)到對(duì)車載設(shè)備的集散監(jiān)視、控制、管理的目的，實(shí)現(xiàn)列車控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化。列車監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用于列車環(huán)境下的特殊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，作為通用的現(xiàn)場(chǎng)總線均可以在列車控制網(wǎng)絡(luò)中得到最合適的應(yīng)用。列車運(yùn)行的狀態(tài)信息通過現(xiàn)場(chǎng)總線這個(gè)載體進(jìn)行交換與傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)列車的控制，保障列車有效而安全的高速運(yùn)行。

1.列車控制網(wǎng)絡(luò)

列車控制網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)列車運(yùn)行和車載設(shè)備的相關(guān)信息集中管理，從而將整個(gè)列車連為一體。智能化設(shè)備通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞數(shù)字信號(hào)，不僅包括反映生產(chǎn)過程參數(shù)的測(cè)量信息，還包括設(shè)備制造商提供的原始信息，如：被測(cè)量參數(shù)的單位、量程、阻尼、設(shè)備型號(hào)、版本號(hào)，材料等等，除了這些設(shè)備通常具有的共性外，對(duì)于一些特定設(shè)備，還有一些特定的描述。如：溫度傳感器，可以包括有熱元件型號(hào)、連接方式、允許測(cè)量范圍等信息通過智能化設(shè)備傳的設(shè)備本體信息，電廠的設(shè)備管理系統(tǒng)可以對(duì)智能化設(shè)備進(jìn)行有效的管理。目前多數(shù)智能化設(shè)備遵循HART通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通過專用的遵循HART通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表校驗(yàn)設(shè)備，就可以方便的完成設(shè)備的定期檢查和校驗(yàn)，再通過總線通信，將數(shù)據(jù)信息傳送到上層設(shè)備管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

1.1功能列車控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)以下主要控制功能

（1）完成各動(dòng)力車的集中控制，可以由一個(gè)司機(jī)操縱操縱全列車的動(dòng)車；（2）完成全列車的制動(dòng)控制、門控制、軸溫檢測(cè)和空調(diào)等控制；（3）實(shí)現(xiàn)列車全車自檢及故障診斷決策。

1.2技術(shù)特點(diǎn)列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)主要有三點(diǎn)

（1）列車控制網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)開放的系統(tǒng)，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)遵循IS07498標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，方便不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備連接；（2）列車控制網(wǎng)絡(luò)通常采用分層結(jié)構(gòu)。列車總線和車輛總線是兩個(gè)獨(dú)立的總線節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，在應(yīng)用層的不同總線之間通信時(shí)，由此節(jié)點(diǎn)充當(dāng)開關(guān)；（3）列車控制網(wǎng)絡(luò)以實(shí)時(shí)方式控制整個(gè)列車。其網(wǎng)絡(luò)傳輸具有短距離、低速率和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。

2.LonWorks總線

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，1990年正式頒布。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通信協(xié)議，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。它采用面對(duì)向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。

技術(shù)特點(diǎn)LonWorks總線技術(shù)特點(diǎn)主要有7點(diǎn)：（1）開放性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放，對(duì)任何用平等；（2）互操作性LonWorks總線通信協(xié)議LonTalk符合ISO定義的OSI開放互連模型。任何制造商的產(chǎn)品都可以實(shí)現(xiàn)互操作；（3）通信媒介幾乎包括了目前所有可通用媒介，包括雙絞線、光纖、電力線、無線電波、紅外線等，而且在同一網(wǎng)絡(luò)中可以使用多種媒介；（4）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是主從式、對(duì)等式等；（5）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行切巍⒖偩€型、環(huán)形和自由型；（6）通信速率可達(dá)到1.25Mbps/s，此時(shí)有效通信距離為130米。采用雙絞線，在78kbps/s速率下，直線通信距離達(dá)200米；（7）面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法LonWorks總線通信技術(shù)簡(jiǎn)稱為“網(wǎng)絡(luò)變量”它使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，增加了通信的可靠性。

3.GAN總線

控制器局域網(wǎng)CAN是由德國(guó)為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)字通信協(xié)議。1993年CAN已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898、ISO1151，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

第一，技術(shù)特點(diǎn)CAN通信協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式，其定義與開放式系統(tǒng)互連模型一致。CAN的通信介質(zhì)一般為雙絞線。CAN協(xié)議采用短偵，這將有利于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。另一個(gè)特點(diǎn)是廢除了系統(tǒng)的站地址編碼，而用標(biāo)識(shí)符對(duì)信息進(jìn)行游戲安全分級(jí)。任何節(jié)點(diǎn)可向全國(guó)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)則根據(jù)收到的標(biāo)識(shí)來決定是否處理收到的信息。

第二，CAN總線應(yīng)用結(jié)合CAN總線可靠性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)和通信特定的環(huán)境，在列車上。CAN總線基本上有兩種：一是用于列車通信網(wǎng)絡(luò)的車輛總線和列車總線。二是用于列車監(jiān)控系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAN總線協(xié)議在輕軌、鐵軌、制動(dòng)、牽引以及旅客信息等控制子系統(tǒng)的中也被廣泛應(yīng)用。

4.結(jié)語

隨著用戶對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的開放性、性價(jià)比等要求的提高和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)等新的要求的提出，CAN和LonWorks總線等總線技術(shù)都在列車控制網(wǎng)絡(luò)中找到了最合適的應(yīng)用場(chǎng)合，發(fā)揮各自的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)。再一次說明了在實(shí)際應(yīng)用中，一定要根據(jù)列車控制網(wǎng)絡(luò)的要求和各種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。我國(guó)高速鐵路動(dòng)車組的發(fā)展和技術(shù)引進(jìn)，以及城市軌道交通運(yùn)輸建設(shè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線在列車控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用會(huì)越來越多。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在列車控制網(wǎng)絡(luò)中將呈現(xiàn)出多種技術(shù)并存、相互競(jìng)爭(zhēng)和融合的局面。