發(fā)展列車通信網(wǎng)絡(luò)的意義 當(dāng)今人類正進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)社會(huì)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展正在改變著人們的工作和生活。對(duì)鐵路運(yùn)輸而言也不例外。近年來，我國開發(fā)或正準(zhǔn)備開發(fā)的電動(dòng)車組、高速車、城市軌道車，如雨后春筍。這些新的鐵路機(jī)車車輛都需要裝上列車通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)列車的正常運(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網(wǎng)絡(luò)送到列車的各個(gè)車廂上，列車的各個(gè)車廂工作狀態(tài)通過列車通信網(wǎng)絡(luò)送到司機(jī)顯示臺(tái)上，讓整個(gè)列車有效而安全的工作。因此如果沒有相應(yīng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品裝到這些新的鐵路機(jī)車車輛上去，這些新的鐵路機(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，紛紛從國外進(jìn)口有網(wǎng)絡(luò)功能的控制系統(tǒng)，如出口伊朗的TM1車、唐山廠研制的內(nèi)燃動(dòng)車組和四方廠研制的液力傳動(dòng)動(dòng)車組，分別從ADtranz瑞士分公司、德國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。 列車通信網(wǎng)絡(luò)國外發(fā)展情況簡介 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、列車控制、機(jī)車車輛控制、傳動(dòng)控制和過程驅(qū)動(dòng)，列車通信網(wǎng)絡(luò)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DB、意大利FS、荷蘭NS的車輛編組成的運(yùn)營試驗(yàn)列車進(jìn)行了全面的TCN實(shí)驗(yàn)。 1998年11月，在中國湖南株洲召開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，附錄A列車通信網(wǎng)導(dǎo)引，附錄B一致性測試導(dǎo)則。 我國列車通信網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)應(yīng)用歷程 在昆明—石林的動(dòng)車組研制時(shí)，國內(nèi)還沒有一種成熟的控制網(wǎng)絡(luò)，只好采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，由顯示屏作主機(jī)，分時(shí)與各動(dòng)車通信?？刂泼畈唤?jīng)網(wǎng)絡(luò)，通信只傳送狀態(tài)數(shù)據(jù)，供顯示屏顯示。它的基礎(chǔ)是SS4B型機(jī)車，但SS4B型機(jī)車的通信是在兩節(jié)相鄰的機(jī)車間，而在昆明—石林動(dòng)車組上，距離加長了，因而須采取許多有效的抗干擾措施。實(shí)際使用情況是滿意的。 向伊朗出口的動(dòng)車組為二動(dòng)八拖，首尾為機(jī)車TM1。為解決機(jī)車重聯(lián)從瑞士ADtranz購買了MICAS-S2系統(tǒng)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)由三級(jí)構(gòu)成。列車總線為FSK，速率為19.2Kbit/s，介質(zhì)為雙絞屏蔽線；車輛總線為MVB，介質(zhì)為光纖，速率為1.5Mbit/s。 在DDJ1一動(dòng)六拖的動(dòng)車組上，也是采用ADtranz公司的MICAS-S2系統(tǒng)，全列車也只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（動(dòng)力車和控制車上各一個(gè)），能由控制車來操縱全列車，可在兩個(gè)方向上行駛。但總線結(jié)構(gòu)上與伊朗車組有兩點(diǎn)不同，一是車間連接的跨接電纜由一個(gè)車的末端伸出，至另一節(jié)車輛的插座，從而省去一組接插件；二是考慮到能將兩列短編組列車連接成長編組工作，列車總線冗余方式作了改變。在TM1車中，將前向通道折回作為列車總線冗余通道，只是同一塊插件通道和列車總線介質(zhì)的冗余，而在DDJ1機(jī)車上增加了一套列車總線硬件，做到列車總線硬件和通信介質(zhì)的雙冗余。 LonWorks在列車通信網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用 可以用作列車通信網(wǎng)絡(luò)的還有現(xiàn)場總線的產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線是當(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，依靠現(xiàn)場智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)基本控制功能。 PROFIBUS、基金會(huì)現(xiàn)場總線（FF）、CAN和LonWorks是目前幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)。LonWorks是美國Echelon公司開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線，與其它工業(yè)現(xiàn)場總線相比，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)洌粋鬏斝盘?hào)采用差分曼徹斯特編碼；是現(xiàn)有各種現(xiàn)場總線中唯一提供了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。 今年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)。 我國列車總線采用LonWorks現(xiàn)場總線的方案，首先在昆明—石林車組上進(jìn)行三點(diǎn)的通信試驗(yàn)，現(xiàn)已成功地用于新曙光號(hào)二動(dòng)九拖的內(nèi)燃動(dòng)車組上。列車總線為雙絞屏蔽線，通信速率78Kbit/s。 雙層全空調(diào)新曙光號(hào)快速列車可載客1140人，首尾兩節(jié)都是動(dòng)車，中間9節(jié)為拖車，藍(lán)白相間的車身分為兩層。它的時(shí)速超過199公里?，F(xiàn)在每天在上海、南京、杭州間運(yùn)行。 鑒于時(shí)間倉促，LonWorks電路板還來不及做各種試驗(yàn)，雖然目前在新曙光號(hào)快速列車的使用尚未出現(xiàn)問題。另外，當(dāng)列車上網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)再多時(shí)， LonWorks通信的實(shí)時(shí)性問題尚待研究；列車的重組也有待試驗(yàn)。 新曙光號(hào)2動(dòng)9拖內(nèi)燃動(dòng)車組。從1999年10月開始使用LonWorks技術(shù)，已無故障運(yùn)行40余萬公里。 總之，LonWorks在新曙光號(hào)快速列車的成功應(yīng)用，是LonWorks技術(shù)在我國鐵路領(lǐng)域的首次嘗試。要發(fā)揮LonWorks技術(shù)的長處，還有很多工作要做。希望在今后的工作中，能同各位同人共磋技藝，并得到Echelon公司和威通公司進(jìn)一步的支持。