LonWorks 現(xiàn)場總線技術在列車監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

標簽：LON總線 總線技術

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(jù)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DD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(xiàn)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(xiàn)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(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(shù)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(shù)據(jù)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(xiàn)對列車運行中所有車輛設備運行狀態(tài)的監(jiān)視，并根據(jù)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(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(jù)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(xiàn)都比較復雜。

3.3應用現(xiàn)狀

國外，尤其是美國等西方國家，LonWorks現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)首尾機車的重聯(lián)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(jù)需求不同所需節(jié)點數(shù)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(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(xiàn)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。