(海思LonWorks技術(shù)人粉絲提供)
一、引言
信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展正在帶來鐵路運(yùn)輸的智能化。我國(guó)動(dòng)車組、高鐵列車、地鐵列車等現(xiàn)代化裝備的開發(fā)正改變著中國(guó)的未來。這些新型鐵路機(jī)車車輛都必須裝備先進(jìn)的列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)列車的智能化運(yùn)行。列車通信網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)列車連成一個(gè)整體，司機(jī)對(duì)整個(gè)列車的控制命令通過列車通信控制總線送到列車的各個(gè)車廂，而列車的各個(gè)車廂工作狀態(tài)通過列車通信控制總線送到司機(jī)顯示平臺(tái)上，保障整個(gè)列車有效而安全地運(yùn)行。缺少相應(yīng)的列車通信控制系統(tǒng)，這些新型鐵路機(jī)車車輛就不能很好投入使用。所以一些工廠為了盡早搶占市場(chǎng)，紛紛從國(guó)外進(jìn)口有網(wǎng)絡(luò)功能的控制系統(tǒng)，如從ADtranz瑞士分公司、德國(guó)西門子公司和日本新瀉公司進(jìn)口了相應(yīng)的產(chǎn)品，以解燃眉之急。
二、列車通信控制系統(tǒng)發(fā)展脈絡(luò)與現(xiàn)狀
70年代末至80年代初，車載微機(jī)的雛形分別在西門子公司和BBC公司出現(xiàn)，開始僅僅是用于傳動(dòng)裝置的控制。隨著控制、服務(wù)對(duì)象的增多，人們把鐵道系統(tǒng)依次劃分為六個(gè)層次：公司管理、鐵路運(yùn)營(yíng)、列車控制、機(jī)車車輛控制、傳動(dòng)控制和過程驅(qū)動(dòng)，列車通信控制總線在初期的串行通信總線的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，并從原來不同公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成了列車通信與控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件系列和全方位的開發(fā)、調(diào)試、維護(hù)、管理軟件工具。
ABB公司的微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)MICAS-S2在列車層采用了FSK列車總線，波特率19.2Kbps；車輛總線采用了在RS485控制器總線基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)的MICAS車輛總線MVB，波特率1.5Mbps，這二種總線均具有全方位的軟件工具支持。
1988年，IEC第九技術(shù)委員會(huì)TC9成立了第22工作組WG22，其任務(wù)是制訂一個(gè)開放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機(jī)車車輛能夠相互聯(lián)掛，并且車上的可編程電子設(shè)備能夠互換。
1992年6月，TC9 WG22以委員會(huì)草案CD(Committee Draft)的形式向各國(guó)發(fā)出列車通信網(wǎng)TCN的征求意見稿，該稿分成四個(gè)部分：第一部分總體結(jié)構(gòu)，第二部分實(shí)時(shí)協(xié)議，第三部分多功能車輛總線MVB，第四部分絞式列車總線WTB。
總體結(jié)構(gòu)把列車通信網(wǎng)規(guī)定為由多功能車輛總線MVB和絞式列車總線WTB組成。其中多功能車輛總線MVB以ABB的MICAS車輛總線MVB為藍(lán)本，WTB以西門子的DIN 43322和意大利的CD 450為藍(lán)本。
MVB的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纖。在后一種場(chǎng)合，其跨距為2000m，最多可聯(lián)結(jié)256個(gè)智能總線站。數(shù)據(jù)劃分為過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)，對(duì)過程數(shù)據(jù)的傳輸作了優(yōu)化。發(fā)送的基本周期是1ms或2ms。
WTB的傳輸介質(zhì)為雙絞線，最多可連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)，總線跨距860m。WTB具有列車初運(yùn)行和接觸處防氧化功能。發(fā)送的基本周期是25ms。
1994年5月至1995年9月，歐洲鐵路研究所ERRI耗資300萬美元，在瑞士的Interlaken至荷蘭的阿姆斯特丹的區(qū)段，對(duì)由瑞士SBB、德國(guó)DB、意大利FS、荷蘭NS的車輛編組成的運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)列車進(jìn)行了全面的TCN實(shí)驗(yàn)。
1998年11月，在中國(guó)湖南株洲召開IEC年會(huì)。1999年6月，TCN標(biāo)準(zhǔn)草案61375-1正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在61375-1中，除了以上四個(gè)部分外，還有第五部分列車網(wǎng)絡(luò)管理。
三、LonWorks在列車通信控制系統(tǒng)中的應(yīng)用前景
可以用作列車通信網(wǎng)絡(luò)的還有現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。五十年代檢測(cè)控制儀表處于發(fā)展的初級(jí)階段，信號(hào)僅在本儀表內(nèi)起作用。后來出現(xiàn)了氣動(dòng)、電動(dòng)系列的單元組合式儀表，出現(xiàn)了集中控制室。后來人們尋求用數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程控制器(PLC)以及有多個(gè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)，也就是今天被許多企業(yè)采用的DCS系統(tǒng)。由于在DCS系統(tǒng)形成的過程中，受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)早期存在的系統(tǒng)封閉這一缺陷的影響，各廠家的產(chǎn)品自成體系，彼此不能互連，難以實(shí)現(xiàn)互操作，組成更大范圍信息共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在很多困難。
新型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)突破了DCS系統(tǒng)中通信由專用網(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)帶來的缺陷，把基于封閉、專用的解決方案變成基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，即可以把來自不同廠商而遵守同一協(xié)議的自動(dòng)化設(shè)備，通過現(xiàn)場(chǎng)總線連成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的各種功能;同時(shí)把DCS集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成全分布式機(jī)構(gòu)，把控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，依靠現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)基本控制功能。
PROFIBUS、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)、CAN和LonWorks是目前幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。LonWorks是美國(guó)Echelon公司開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，與其它工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線相比，它的溫度范圍寬，其網(wǎng)絡(luò)芯片即神經(jīng)元協(xié)議控制器和總線收發(fā)器的工作溫度為-40℃～85℃;支持雙絞線、電力線、無線電、紅外線、光纖等多種介質(zhì)和支持總線型、環(huán)型、自由拓?fù)湫投喾N拓?fù)?/FONT>;傳輸信號(hào)采用差分曼徹斯特編碼;是現(xiàn)有各種現(xiàn)場(chǎng)總線中唯一提供了OSI參考模型中所定義的全部7層服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，它有配套的節(jié)點(diǎn)、路由器或網(wǎng)關(guān)開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、安裝設(shè)備，可以在較高層次上實(shí)施網(wǎng)絡(luò)工程。LonWorks用在鐵道車輛上已有先例;今年7月19日，LonWorks互操作協(xié)會(huì)運(yùn)輸任務(wù)組開會(huì)討論了鐵路運(yùn)輸業(yè)的第一個(gè)LonMark功能框架(LonMark Functional Profile)草案。
九十年代初在美國(guó)出現(xiàn)的LonWorks工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這些年來迅速在各個(gè)領(lǐng)域推廣普及開來，鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域也不例外。加拿大Bombardier和日本川崎等公司已將LonWorks用作列車通信網(wǎng)絡(luò)，用在他們生產(chǎn)的地鐵車輛上。
IEEE制定的列車通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE1473-1999包含了TCN和LonWorks，即1473-T(TCN)和1473-L(LonWorks)，而且有些公司已在生產(chǎn)連接這兩個(gè)協(xié)議的網(wǎng)關(guān)。
