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1．引言 隨著科學技術的不斷發展和在各行業領域的廣泛應用，越來越多的證據證明，某一行業或更廣泛領域內技術標準的統一越來越重要，并成為制約或促進行業技術發展的一個極為重要的因素。在鐵路系統中也存在同樣的問題，如果沒有統一的標準，各車輛系統制造商往往沿著自己的路子，開發出專有的，不兼容接口的產品，以限制買方只能使用他們的系統，不利于產品和技術的競爭，制約了相關技術的發展。過去相當長的一段時間內，鐵路系統列車網絡通信技術就處于一種無標準的狀態，在很大程度上制約了列車網絡監控系統技術的發展。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會）制定的《列車網絡通信協議》。后者的內容范圍包含了前者，它規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范》規定的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標準――列車通信網絡》。本標準同樣規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節的競爭力，加快技術發展。 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：網絡協議開放，對任何用戶平等； （2） 互操作性：LonWorks通信協議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展對測控系統的要求，目前，它的使用已經遍及世界56個國家和地區的工業、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型網絡的規定 標準中規定“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”，主要應用于列車監控系統中。由于列車監控系統監控對象組成的相對固定和列車編組的特殊性，標準同時規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。 3.2列車網絡監控系統概述 在目前眾多的應用中，列車網絡監控系統主要是實現對列車運行中所有車輛設備運行狀態的監視，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。因為列車的編掛數量往往超過18輛，整個系統的監控對象數量比較多，網絡通信量也比較大。另外，由于列車編組情況可能會變動，網絡監控系統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配置，以適應不同的列車編組情況。系統設計中，除了通用節點的設計外，由于目前很多列車設備采用傳統微控制技術，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，就必須安裝協議轉換節點。因此，整個系統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。 國內目前列車監控系統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中，基本上都采用了總線形網絡拓撲結構，每一節車廂作為一個獨立的監控單元，每一監控單元內根據需求不同所需節點數量也不一樣。同一單元內各節點通過車輛總線（LON總線）相連。通過在每一單元內安裝一代理節點來完成本單元內網絡節點的管理，同時也提供本單元同列車總線及其它單元的接口。在司機室或發電車內有一監控主機，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視列車運行狀況以及各設備狀態，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，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），通過監控終端可對其它單元內設備狀況進行監視，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，國產地鐵列車監控系統中也開始采用LonWorks現場總線技術。目前，國內投入運營的地鐵列車監控系統，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成本將會大大降低。 監控系統結構示意圖 4．結束語 LonWorks現場總線技術是一項新技術，它突出的優點使得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展。在鐵路行業，LonWorks現場總線技術被列為鐵路網絡通信標準后，其發展必將更迅速，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的應用也將是一個促進。 |
