LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)在列車監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

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1.引言

地鐵作為城市公共交通工具的一個重要組成部分其安全性越來越受到國際社會的關(guān)注，但是由于地鐵列車車廂的獨特性以及其功能定位的特殊性，因此不能用傳統(tǒng)的眼光來破解地鐵列車車廂監(jiān)控系統(tǒng)這一難題；我國城市軌道交通建設(shè)雖已進入快速發(fā)展時期，但長期以來軌道交通的信號控制技術(shù)一直被德國西門子、法國阿爾斯通和泰雷茲等國際信號公司所壟斷。不過，目前這種壟斷正被國內(nèi)鐵路信號領(lǐng)域高新技術(shù)企業(yè)打破：上海卡斯柯信號有限公司研制的智能列車監(jiān)控系統(tǒng)的各項技術(shù)指標(biāo)，如自動調(diào)度、自動調(diào)整、能耗優(yōu)化、異常預(yù)警等，均達到甚至優(yōu)于國際先進水平，在我國上海、北京、天津等大中城市有著廣泛的開通業(yè)績。智能列車監(jiān)控系統(tǒng)在信號系統(tǒng)中是保證列車高效率運行的重要設(shè)備，它將現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機技術(shù)與城軌信號技術(shù)結(jié)合，對城軌交通列車運行進行監(jiān)督和自動控制，實現(xiàn)了多項列車運行智能調(diào)整和決策功能。本標(biāo)準(zhǔn)同樣規(guī)定了兩種類型的列車通信網(wǎng)絡(luò)：T型和L型。目前，國內(nèi)列車通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在L型網(wǎng)絡(luò)。在鐵路系統(tǒng)內(nèi)采用開放的IEEE標(biāo)準(zhǔn)將可以保證多廠家產(chǎn)品的互操作性，從而可以幫助促進供應(yīng)鏈中每一環(huán)節(jié)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

LonWorks（LocalOperatingNetworks）是美國Echelon公司1991年推出的現(xiàn)場總線技術(shù)，它可以很好地解決在控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、構(gòu)成、安裝和維護中出現(xiàn)的大量問題。

LonWorks網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的特點：

（1）開放性：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放，對任何用戶平等；

（2）互操作性：LonWorks通信協(xié)議LonTalk符合ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）定義的OSI開放互連模型。任何制造商的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)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、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外線等，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(jié)構(gòu)：可以是主從式、對等式或客戶/服務(wù)器模式；

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

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

（7）LonWorks網(wǎng)絡(luò)通信采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法：LonWorks網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)稱之為“網(wǎng)絡(luò)變量”，它使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，增加了通信的可靠性；

正是由于LonWorks技術(shù)完全滿足了未來發(fā)展對測控系統(tǒng)的要求，目前，它的使用已經(jīng)遍及世界56個國家和地區(qū)的工業(yè)、樓宇、交通、能源等自動化領(lǐng)域。

現(xiàn)場總線是指以工廠內(nèi)的測量和控制機器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數(shù)字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線（配線的共享）。

3.LonWorks技術(shù)的應(yīng)用

3.1鐵道部列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)對L型網(wǎng)絡(luò)的規(guī)定

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“適用于連接一個基本運轉(zhuǎn)單元（單個車輛或車輛的固定組合）或一組基本運轉(zhuǎn)單元內(nèi)的電子裝置，傳送時間不太緊迫、時間不要求確定的由事件驅(qū)動的消息數(shù)據(jù)的傳送”，主要應(yīng)用于列車監(jiān)控系統(tǒng)中。由于列車監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控對象組成的相對固定和列車編組的特殊性，標(biāo)準(zhǔn)同時規(guī)定了為常用的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中的總線關(guān)系，如圖1所示。

3.2列車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)概述

在目前眾多的應(yīng)用中，列車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要是實現(xiàn)對列車運行中所有車輛設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視，并根據(jù)需要對可可控設(shè)備進行遠端控制操作。這些車輛設(shè)備往往比較固定，一般包括空調(diào)控制器、輔助電源逆變器、煙火報警器、門控器、軸溫報警器、防滑器、列車供電控制器等，幾乎列車上所有必需的電子設(shè)備。系統(tǒng)對這些設(shè)備的監(jiān)視控制變量中，既有模擬量，也有數(shù)字量。因為列車的編掛數(shù)量往往超過18輛，整個系統(tǒng)的監(jiān)控對象數(shù)量比較多，網(wǎng)絡(luò)通信量也比較大。另外，由于列車編組情況可能會變動，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)還必須根據(jù)設(shè)定器中設(shè)定的車號和編組對整個網(wǎng)絡(luò)進行動態(tài)配置，以適應(yīng)不同的列車編組情況。系統(tǒng)設(shè)計中，除了通用節(jié)點的設(shè)計外，由于目前很多列車設(shè)備采用傳統(tǒng)微控制技術(shù)，還保持原有的RS-232/485串行通信方式，系統(tǒng)要與這些設(shè)備建立通信，就必須安裝協(xié)議轉(zhuǎn)換節(jié)點。因此，整個系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)都比較復(fù)雜。

3.3應(yīng)用現(xiàn)狀

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

國內(nèi)目前列車監(jiān)控系統(tǒng)LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用也在不斷增加。已經(jīng)投入使用的有用于內(nèi)燃動車組（曙光號、神州號）點對點通信，實現(xiàn)首尾機車的重聯(lián)控制。在新設(shè)計的動車組上，有的用于列車總線（多個節(jié)點），有的用于車輛總線（多個設(shè)備）。北京高包車則全部采用LON總線。

在目前已經(jīng)投入運行的系統(tǒng)中，基本上都采用了總線形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，每一節(jié)車廂作為一個獨立的監(jiān)控單元，每一監(jiān)控單元內(nèi)根據(jù)需求不同所需節(jié)點數(shù)量也不一樣。同一單元內(nèi)各節(jié)點通過車輛總線（LON總線）相連。通過在每一單元內(nèi)安裝一代理節(jié)點來完成本單元內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的管理，同時也提供本單元同列車總線及其它單元的接口。在司機室或發(fā)電車內(nèi)有一監(jiān)控主機，通過LON網(wǎng)卡與列車總線相連，負責(zé)數(shù)據(jù)的顯示、存儲等工作。操作員可通過主機觸摸屏監(jiān)視列車運行狀況以及各設(shè)備狀態(tài)，并可對車輛設(shè)備進行遠方操作控制。整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。除了上述主從方式的的系統(tǒng)，也有的系統(tǒng)采用對等方式，不再設(shè)監(jiān)控主機，而是在每一監(jiān)控單元內(nèi)各有一監(jiān)控終端（配置可相對較低），通過監(jiān)控終端可對其它單元內(nèi)設(shè)備狀況進行監(jiān)視，并可對可控設(shè)備進行控制。目前在一些新型車或改造車上，這種方式已經(jīng)得到了應(yīng)用。另外，國產(chǎn)地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中也開始采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)。目前，國內(nèi)投入運營的地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)，基本都是從日本或歐洲隨車進口，成本很高，如果采用我們自己的系統(tǒng)成本將會大大降低。

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4.結(jié)束語

LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)是一項新技術(shù)，它突出的優(yōu)點使得LON總線也成為當(dāng)前為流行的現(xiàn)場總線之一。雖然國內(nèi)引入改項技術(shù)比較