(海思自動化技術(shù)部LonWorks技術(shù)粉絲提供)
1.引言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和在各行業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來越多的證據(jù)證明，某一行業(yè)或更廣泛領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一越來越重要，并成為制約或促進行業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個極為重要的因素。過去相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，鐵路系統(tǒng)列車網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)就處于一種無標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)，在很大程度上制約了列車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。1999年，對于列車通信網(wǎng)絡(luò)，國際上制定了兩個相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)：IEC(國際電工委員會)制定的《列車通信網(wǎng)絡(luò)》和IEEE(美國電氣與電子工程師協(xié)會)制定的《列車網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議》。后者的內(nèi)容范圍包含了前者，它規(guī)定了兩種類型的列車通信網(wǎng)絡(luò)：T型和L型。T型即TCN網(wǎng)絡(luò)(列車通信網(wǎng)絡(luò))，L型為《自由拓撲雙絞線信道規(guī)范》規(guī)定的LonWorks通信網(wǎng)絡(luò)。參照上述兩大國際標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國內(nèi)鐵路牽引的實際情況，2002年，我國鐵道部也制定了相應(yīng)的《中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)――列車通信網(wǎng)絡(luò)》。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(Local Operating Networks)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。
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)定了最為常用的網(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。
