LonWorks 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在列車(chē)監控系統中的應用

標簽：LON總線(xiàn) 總線(xiàn)技術(shù)

1.引言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和在各行業(yè)領(lǐng)域的廣泛應用，越來(lái)越多的證據證明，某一行業(yè)或更廣泛領(lǐng)域內技術(shù)標準的統一越來(lái)越重要，并成為制約或促進(jìn)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)極為重要的因素。在鐵路系統中也存在同樣的問(wèn)題，如果沒(méi)有統一的標準，各車(chē)輛系統制造商往往沿著(zhù)自己的路子，開(kāi)發(fā)出專(zhuān)有的，不兼容接口的產(chǎn)品，以限制買(mǎi)方只能使用他們的系統，不利于產(chǎn)品和技術(shù)的競爭，制約了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。過(guò)去相當長(cháng)的一段時(shí)間內，鐵路系統列車(chē)網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)就處于一種無(wú)標準的狀態(tài)，在很大程度上制約了列車(chē)網(wǎng)絡(luò )監控系統技術(shù)的發(fā)展。1999年，對于列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )，國際上制定了兩個(gè)相應標準：IEC(國際電工委員會(huì ))制定的《列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )》和IEEE(美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì ))制定的《列車(chē)網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議》。后者的內容范圍包含了前者，它規定了兩種類(lèi)型的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )：T型和L型。T型即TCN網(wǎng)絡(luò )(列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò ))，L型為《自由拓撲雙絞線(xiàn)信道規范》規定的LonWorks通信網(wǎng)絡(luò )。參照上述兩大國際標準，并結合國內鐵路牽引的實(shí)際情況，2002年，我國鐵道部也制定了相應的《中華人民共和國鐵道行業(yè)標準DD列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )》。本標準同樣規定了兩種類(lèi)型的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )：T型和L型。目前，國內列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )的應用主要集中在L型網(wǎng)絡(luò )。在鐵路系統內采用開(kāi)放的IEEE標準將可以保證多廠(chǎng)家產(chǎn)品的互操作性，從而可以幫助促進(jìn)供應鏈中每一環(huán)節的競爭力，加快技術(shù)發(fā)展。

2. 網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)的特點(diǎn)

LonWorks(Local Operating Networks)是美國Echelon公司1991年推出的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，它可以很好地解決在控制網(wǎng)絡(luò )的設計、構成、安裝和維護中出現的大量問(wèn)題。

LonWorks網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)的特點(diǎn)：

(1) 開(kāi)放性：網(wǎng)絡(luò )協(xié)議開(kāi)放，對任何用戶(hù)平等;

(2) 互操作性：LonWorks通信協(xié)議LonTalk符合ISO(國際標準化組織)定義的OSI開(kāi)放互連模型。任何制造商的產(chǎn)品都可以實(shí)現互操作;

(3) 通信媒介：幾乎囊括了目前所有可用通信媒介，包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、光纖、同軸電纜、無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)等，而且在同一網(wǎng)絡(luò )中可以有多種通信媒介;

(4) 網(wǎng)絡(luò )結構：可以是主從式、對等式或客戶(hù)/服務(wù)器模式;

(5) 網(wǎng)絡(luò )拓撲：有星形、總線(xiàn)形、環(huán)形以及自由形;

(6) 通信速率：可達1.25Mb/s，此時(shí)有效通信距離為130m。采用雙絞線(xiàn)情況下，在78Kb/s速率下直線(xiàn)通信距離長(cháng)達2700m;

(7) LonWorks網(wǎng)絡(luò )通信采用面向對象的設計方法：LonWorks網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)稱(chēng)之為“網(wǎng)絡(luò )變量”，它使網(wǎng)絡(luò )通信的設計簡(jiǎn)化為參數設置，增加了通信的可靠性;

正是由于LonWorks技術(shù)完全滿(mǎn)足了未來(lái)發(fā)展對測控系統的要求，目前，它的使用已經(jīng)遍及世界56個(gè)國家和地區的工業(yè)、樓宇、交通、能源等自動(dòng)化領(lǐng)域。

3.LonWorks技術(shù)的應用

3.1鐵道部列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )標準對L型網(wǎng)絡(luò )的規定

標準中規定“適用于連接一個(gè)基本運轉單元(單個(gè)車(chē)輛或車(chē)輛的固定組合)或一組基本運轉單元內的電子裝置，傳送時(shí)間不太緊迫、時(shí)間不要求確定的由事件驅動(dòng)的消息數據的傳送”，主要應用于列車(chē)監控系統中。由于列車(chē)監控系統監控對象組成的相對固定和列車(chē)編組的特殊性，標準同時(shí)規定了最為常用的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構和網(wǎng)絡(luò )中的總線(xiàn)關(guān)系，如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò )結構及總線(xiàn)關(guān)系

3.2列車(chē)網(wǎng)絡(luò )監控系統概述

在目前眾多的應用中，列車(chē)網(wǎng)絡(luò )監控系統主要是實(shí)現對列車(chē)運行中所有車(chē)輛設備運行狀態(tài)的監視，并根據需要對可可控設備進(jìn)行遠端控制操作。這些車(chē)輛設備往往比較固定，一般包括空調控制器、輔助電源逆變器、煙火報警器、門(mén)控器、軸溫報警器、防滑器、列車(chē)供電控制器等，幾乎列車(chē)上所有必需的電子設備。系統對這些設備的監視控制變量中，既有模擬量，也有數字量。因為列車(chē)的編掛數量往往超過(guò)18輛，整個(gè)系統的監控對象數量比較多，網(wǎng)絡(luò )通信量也比較大。另外，由于列車(chē)編組情況可能會(huì )變動(dòng)，網(wǎng)絡(luò )監控系統還必須根據設定器中設定的車(chē)號和編組對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，以適應不同的列車(chē)編組情況。系統設計中，除了通用節點(diǎn)的設計外，由于目前很多列車(chē)設備采用傳統微控制技術(shù)，還保持原有的RS-232/485串行通信方式，系統要與這些設備建立通信，就必須安裝協(xié)議轉換節點(diǎn)。因此，整個(gè)系統的設計和實(shí)現都比較復雜。

3.3應用現狀

國外，尤其是美國等西方國家，LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)在鐵路領(lǐng)域得到廣泛應用。歐洲國家則主要采用TCN。

國內目前列車(chē)監控系統LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用也在不斷增加。已經(jīng)投入使用的有用于內燃動(dòng)車(chē)組(曙光號、神州號)點(diǎn)對點(diǎn)通信，實(shí)現首尾機車(chē)的重聯(lián)控制。在新設計的動(dòng)車(chē)組上，有的用于列車(chē)總線(xiàn)(多個(gè)節點(diǎn))，有的用于車(chē)輛總線(xiàn)(多個(gè)設備)。北京高包車(chē)則全部采用LON總線(xiàn)。

在目前已經(jīng)投入運行的系統中，基本上都采用了總線(xiàn)形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，每一節車(chē)廂作為一個(gè)獨立的監控單元，每一監控單元內根據需求不同所需節點(diǎn)數量也不一樣。同一單元內各節點(diǎn)通過(guò)車(chē)輛總線(xiàn)(LON總線(xiàn))相連。通過(guò)在每一單元內安裝一代理節點(diǎn)來(lái)完成本單元內網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的管理，同時(shí)也提供本單元同列車(chē)總線(xiàn)及其它單元的接口。在司機室或發(fā)電車(chē)內有一監控主機，通過(guò)LON網(wǎng)卡與列車(chē)總線(xiàn)相連，負責數據的顯示、存儲等工作。操作員可通過(guò)主機觸摸屏監視列車(chē)運行狀況以及各設備狀態(tài)，并可對車(chē)輛設備進(jìn)行遠方操作控制。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )結構如圖2 所示。除了上述主從方式的的系統，也有的系統采用對等方式，不再設監控主機，而是在每一監控單元內各有一監控終端(配置可相對較低)，通過(guò)監控終端可對其它單元內設備狀況進(jìn)行監視，并可對可控設備進(jìn)行控制。目前在一些新型車(chē)或改造車(chē)上，這種方式已經(jīng)得到了應用。另外，國產(chǎn)地鐵列車(chē)監控系統中也開(kāi)始采用LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。目前，國內投入運營(yíng)的地鐵列車(chē)監控系統，基本都是從日本或歐洲隨車(chē)進(jìn)口，成本很高，如果采用我們自己的系統成本將會(huì )大大降低。