LonWorks 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在列車監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
時(shí)間:2006-08-11 10:14:00來源:wangsl
導(dǎo)語:?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。
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(jìn)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)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(biāo)準(zhǔn),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(chǎn)品,以限制買方只能使用他們的系統(tǒng),不利于產(chǎn)品和技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng),制約了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。過去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)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(duì)于列車通信網(wǎng)絡(luò),國(guó)際上制定了兩個(gè)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn):IEC(國(guó)際電工委員會(huì))制定的《列車通信網(wǎng)絡(luò)》和IEEE(美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì))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?fù)潆p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(guó)際標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合國(guó)內(nèi)鐵路牽引的實(shí)際情況,2002年,我國(guó)鐵道部也制定了相應(yīng)的《中華人民共和國(guó)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(guó)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(jìn)供應(yīng)鏈中每一環(huán)節(jié)的競(jìng)爭(zhēng)力,加快技術(shù)發(fā)展。
2. 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的特點(diǎn)
LonWorks(Local Operating Networks)是美國(guó)Echelon公司1991年推出的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),它可以很好地解決在控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、構(gòu)成、安裝和維護(hù)中出現(xiàn)的大量問題。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的特點(diǎn):
(1) 開放性:網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放,對(duì)任何用戶平等;
(2) 互操作性:LonWorks通信協(xié)議LonTalk符合ISO(國(guó)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(shí)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(duì)等式或客戶/服務(wù)器模式;
(5) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌河行切?、總線形、環(huán)形以及自由形;
(6) 通信速率:可達(dá)1.25Mb/s,此時(shí)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(zhǎng)達(dá)2700m;
(7) LonWorks網(wǎng)絡(luò)通信采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)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(jì)簡(jiǎn)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(duì)測(cè)控系統(tǒng)的要求,目前,它的使用已經(jīng)遍及世界56個(gè)國(guó)家和地區(qū)的工業(yè)、樓宇、交通、能源等自動(dòng)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(duì)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(gè)基本運(yùn)轉(zhuǎn)單元(單個(gè)車輛或車輛的固定組合)或一組基本運(yùn)轉(zhuǎn)單元內(nèi)的電子裝置,傳送時(shí)間不太緊迫、時(shí)間不要求確定的由事件驅(qū)動(dòng)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(duì)象組成的相對(duì)固定和列車編組的特殊性,標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)規(guī)定了最為常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中的總線關(guān)系,如圖1所示。
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及總線關(guān)系
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(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行中所有車輛設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視,并根據(jù)需要對(duì)可可控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(bào)警器、門控器、軸溫報(bào)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(duì)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?yàn)榱熊嚨木帓鞌?shù)量往往超過18輛,整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)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(huì)變動(dòng),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(hào)和編組對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置,以適應(yīng)不同的列車編組情況。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,除了通用節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)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(diǎn)。因此,整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都比較復(fù)雜。
3.3應(yīng)用現(xiàn)狀
國(guó)外,尤其是美國(guó)等西方國(guó)家,LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)在鐵路領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。歐洲國(guó)家則主要采用TCN。
國(guó)內(nèi)目前列車監(jiān)控系統(tǒng)LonWorks現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)車組(曙光號(hào)、神州號(hào))點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,實(shí)現(xiàn)首尾機(jī)車的重聯(lián)控制。在新設(shè)計(jì)的動(dòng)車組上,有的用于列車總線(多個(gè)節(jié)點(diǎn)),有的用于車輛總線(多個(gè)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(yùn)行的系統(tǒng)中,基本上都采用了總線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),每一節(jié)車廂作為一個(gè)獨(dú)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(diǎn)數(shù)量也不一樣。同一單元內(nèi)各節(jié)點(diǎn)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(diǎn)來完成本單元內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的管理,同時(shí)也提供本單元同列車總線及其它單元的接口。在司機(jī)室或發(fā)電車內(nèi)有一監(jiān)控主機(jī),通過LON網(wǎng)卡與列車總線相連,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)等工作。操作員可通過主機(jī)觸摸屏監(jiān)視列車運(yùn)行狀況以及各設(shè)備狀態(tài),并可對(duì)車輛設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方操作控制。整個(gè)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(duì)等方式,不再設(shè)監(jiān)控主機(jī),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(duì)較低),通過監(jiān)控終端可對(duì)其它單元內(nèi)設(shè)備狀況進(jìn)行監(jiān)視,并可對(duì)可控設(shè)備進(jìn)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(guó)產(chǎn)地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)中也開始采用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。目前,國(guó)內(nèi)投入運(yùn)營(yíng)的地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng),基本都是從日本或歐洲隨車進(jìn)口,成本很高,如果采用我們自己的系統(tǒng)成本將會(huì)大大降低。
監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
4.結(jié)束語
LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù),它突出的優(yōu)點(diǎn)使得LON總線也成為當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。雖然國(guó)內(nèi)引入改項(xiàng)技術(shù)比較晚,但也得到了越來越多的應(yīng)用和發(fā)展。在鐵路行業(yè),LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被列為鐵路網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)后,其發(fā)展必將更迅速,應(yīng)用也將越來越廣泛。這對(duì)于鐵路列車國(guó)產(chǎn)化水平的提高,列車成本的降低有極為重要的意義。同時(shí),對(duì)于LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在其它行業(yè)的應(yīng)用也將是一個(gè)促進(jìn)。
參考文獻(xiàn):
1.陽憲惠,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用,清華大學(xué)出版社,1999
2.張?jiān)瀑F,LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的軟硬件全面解決方案,測(cè)控技術(shù),1998
3.Lewis R W.Programming industrial control system using IEC1131-3. The Institution of Electrical Engineer.
來源:《國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)》
趙子濤 小浪底水力發(fā)電廠水工分廠主任工程師
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