1.引言
隨著科學技術的不斷發(fā)展和在各行業(yè)領域的廣泛應用,越來越多的證據證明,某一行業(yè)或更廣泛領域內技術標準的統(tǒng)一越來越重要,并成為制約或促進行業(yè)技術發(fā)展的一個極為重要的因素。在鐵路系統(tǒng)中也存在同樣的問題,如果沒有統(tǒng)一的標準,各車輛系統(tǒng)制造商往往沿著自己的路子,開發(fā)出專有的,不兼容接口的產品,以限制買方只能使用他們的系統(tǒng),不利于產品和技術的競爭,制約了相關技術的發(fā)展。
過去相當長的一段時間內,鐵路系統(tǒng)列車網絡通信技術就處于一種無標準的狀態(tài),在很大程度上制約了列車網絡監(jiān)控系統(tǒng)技術的發(fā)展。1999年,對于列車通信網絡,國際上制定了兩個相應標準:IEC(國際電工委員會)制定的《列車通信網絡》和IEEE(美國電氣與電子工程師協(xié)會)制定的《列車網絡通信協(xié)議》。后者的內容范圍包含了前者,它規(guī)定了兩種類型的列車通信網絡:T型和L型。T型即TCN網絡(列車通信網絡),L型為《自由拓撲雙絞線信道規(guī)范》規(guī)定的LonWorks通信網絡。參照上述兩大國際標準,并結合國內鐵路牽引的實際情況,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――列車通信網絡》。本標準同樣規(guī)定了兩種類型的列車通信網絡:T型和L型。目前,國內列車通信網絡的應用主要集中在L型網絡。在鐵路系統(tǒng)內采用開放的IEEE標準將可以保證多廠家產品的互操作性,從而可以幫助促進供應鏈中每一環(huán)節(jié)的競爭力,加快技術發(fā)展。
2. 網絡控制技術的特點
LonWorks(Local Operating Networks)是美國Echelon公司1991年推出的現場總線技術,它可以很好地解決在控制網絡的設計、構成、安裝和維護中出現的大量問題。
LonWorks網絡控制技術的特點:
(1) 開放性:網絡協(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(國際標準化組織)定義的OSI開放互連模型。任何制造商的產品都可以實現互操作;
(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、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外線等,而且在同一網絡中可以有多種通信媒介;
(4) 網絡結構:可以是主從式、對等式或客戶/服務器模式;
(5) 網絡拓撲: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網絡通信采用面向對象的設計方法:LonWorks網絡通信技術稱之為“網絡變量”,它使網絡通信的設計簡化為參數設置,增加了通信的可靠性;
正是由于LonWorks技術完全滿足了未來發(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、能源等自動化領域。
3.LonWorks技術的應用
3.1鐵道部列車通信網絡標準對L型網絡的規(guī)定
標準中規(guī)定“適用于連接一個基本運轉單元(單個車輛或車輛的固定組合)或一組基本運轉單元內的電子裝置,傳送時間不太緊迫、時間不要求確定的由事件驅動的消息數據的傳送”,主要應用于列車監(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,標準同時規(guī)定了最為常用的網絡拓撲結構和網絡中的總線關系,如圖1所示。
網絡結構及總線關系
3.2列車網絡監(jiān)控系統(tǒng)概述
在目前眾多的應用中,列車網絡監(jiān)控系統(tǒng)主要是實現對列車運行中所有車輛設備運行狀態(tài)的監(jiān)視,并根據需要對可可控設備進行遠端控制操作。這些車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備。系統(tǒng)對這些設備的監(jiān)視控制變量中,既有模擬量,也有數字量。因為列車的編掛數量往往超過18輛,整個系統(tǒng)的監(jiān)控對象數量比較多,網絡通信量也比較大。另外,由于列車編組情況可能會變動,網絡監(jiān)控系統(tǒng)還必須根據設定器中設定的車號和編組對整個網絡進行動態(tài)配置,以適應不同的列車編組情況。系統(tǒng)設計中,除了通用節(jié)點的設計外,由于目前很多列車設備采用傳統(tǒng)微控制技術,還保持原有的RS-232/485串行通信方式,系統(tǒng)要與這些設備建立通信,就必須安裝協(xié)議轉換節(jié)點。因此,整個系統(tǒng)的設計和實現都比較復雜。
3.3應用現狀
國外,尤其是美國等西方國家,LonWorks現場總線技術已經在鐵路領域得到廣泛應用。歐洲國家則主要采用TCN。
國內目前列車監(jiān)控系統(tǒng)LonWorks現場總線技術的應用也在不斷增加。已經投入使用的有用于內燃動車組(曙光號、神州號)點對點通信,實現首尾機車的重聯控制。在新設計的動車組上,有的用于列車總線(多個節(jié)點),有的用于車輛總線(多個設備)。北京高包車則全部采用LON總線。
在目前已經投入運行的系統(tǒng)中,基本上都采用了總線形網絡拓撲結構,每一節(jié)車廂作為一個獨立的監(jiān)控單元,每一監(jiān)控單元內根據需求不同所需節(jié)點數量也不一樣。同一單元內各節(jié)點通過車輛總線(LON總線)相連。通過在每一單元內安裝一代理節(jié)點來完成本單元內網絡節(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)電車內有一監(jiān)控主機,通過LON網卡與列車總線相連,負責數據的顯示、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備狀態(tài),并可對車輛設備進行遠方操作控制。整個網絡結構如圖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,不再設監(jiān)控主機,而是在每一監(jiān)控單元內各有一監(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設備狀況進行監(jiān)視,并可對可控設備進行控制。目前在一些新型車或改造車上,這種方式已經得到了應用。另外,國產地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中也開始采用LonWorks現場總線技術。目前,國內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)結構示意圖#p#分頁標題#e#
4.結束語
LonWorks現場總線技術是一項新技術,它突出的優(yōu)點使得LON總線也成為當前最為流行的現場總線之一。雖然國內引入改項技術比較晚,但也得到了越來越多的應用和發(fā)展。在鐵路行業(yè),LonWorks現場總線技術被列為鐵路網絡通信標準后,其發(fā)展必將更迅速,應用也將越來越廣泛。這對于鐵路列車國產化水平的提高,列車成本的降低有極為重要的意義。同時,對于LonWorks現場總線技術在其它行業(yè)的應用也將是一個促進。
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