列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向分析

梁飛

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.004

摘 要：控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在世界內(nèi)應(yīng)用十分的廣泛，同時(shí)也是列車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性?xún)r(jià)比與開(kāi)放性等要求提升，以及適應(yīng)新的形式下運(yùn)營(yíng)工作需要，控制網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了多種技術(shù)并存的局面，不同技術(shù)之間呈現(xiàn)出融合的趨勢(shì)。該文就列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向分析加以簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 現(xiàn)狀發(fā)展方向 分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0004-02

列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)是一套綜合的通信系統(tǒng)，具有設(shè)備連接、信息共享、監(jiān)測(cè)診斷等功能。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)成熟，并成為了關(guān)鍵的技術(shù)之一。在干線(xiàn)鐵路與城市軌道交通中廣泛應(yīng)用，與其他的通信方式相比，也能夠更好地滿(mǎn)足通信要求。

1 列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

在20世紀(jì)80年代初，微處理器技術(shù)開(kāi)始迅速的發(fā)展并普及，計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于軌道交通。在最初的應(yīng)用階段，微處理器面對(duì)的是單個(gè)設(shè)備。隨著控制設(shè)備數(shù)量增加。原有技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足發(fā)展的需要，從而出現(xiàn)了通信總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。而到了90年代，為了滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)與機(jī)車(chē)組重聯(lián)控制的需要，列車(chē)總線(xiàn)產(chǎn)生。大型的鐵路公司以牽引系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，通信系統(tǒng)為鈕帶，推出了覆蓋制動(dòng)、輔助、牽引、診斷、顯示等方面的通信控制系統(tǒng)。與此同時(shí)車(chē)載微機(jī)也在發(fā)展，集內(nèi)部測(cè)控與信息處理于一體的通信網(wǎng)誕生。在1988年國(guó)際電工委成立了工作組，希望制定一套通信標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)是開(kāi)放的，目的是各種機(jī)道車(chē)輛能夠相互掛聯(lián)，且電子可編程設(shè)備可互換。在第二年的6月，TNC標(biāo)準(zhǔn)草案就成為了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該草案總共包括7個(gè)方面內(nèi)容。

我國(guó)列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制定工作始于90年代。在鐵道部門(mén)開(kāi)展研發(fā)工作的同時(shí)，相關(guān)單位也在進(jìn)行自我研發(fā)。涉及到的領(lǐng)域有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、局域網(wǎng)、通信介質(zhì)、TCN，通信協(xié)議等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研發(fā)工作，擁有自主產(chǎn)權(quán)知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在積累并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

2 列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 WorldFIP

WorldFIP的三層結(jié)構(gòu)分別是物理層，數(shù)據(jù)鏈層，應(yīng)用層。物理層的目在于信息傳輸，介質(zhì)是光纖。數(shù)據(jù)鏈層的作用是數(shù)據(jù)訪問(wèn)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。應(yīng)用層則主要是訪問(wèn)功能。WorldFIP在科學(xué)與同步性方面比較突出，在網(wǎng)絡(luò)掌控方面，用戶(hù)與仲裁器則組成了一個(gè)完整的體系。WorldFIP的傳輸功能實(shí)現(xiàn)主要是依靠編碼，對(duì)于介質(zhì)與仲裁器的冗繁容忍性較好。WorldFIP在汽車(chē)制造與化工行業(yè)都有應(yīng)用，軌道交通領(lǐng)域則主要體現(xiàn)在動(dòng)車(chē)與地鐵等。

2.2 LonWorks

LonWorks的發(fā)展非常迅速，其特點(diǎn)體現(xiàn)在較高的可靠性，節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)具有平等性，核算的方式簡(jiǎn)單。LonWorks為了解決性能方面重負(fù)荷的問(wèn)題，采用的是退避計(jì)算方式。LonWorks包括收發(fā)器、芯片、協(xié)議固件與相關(guān)的工具與軟件。在列車(chē)控制領(lǐng)域，LonWorks被認(rèn)為是行業(yè)指標(biāo)，其應(yīng)用的范圍包括了對(duì)照明及空調(diào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3 CAN與CANopen

CAN的作用在于設(shè)備間的信息溝通無(wú)障礙，CAN應(yīng)用的范圍包括地鐵、貨車(chē)與輕軌。并且在控制系統(tǒng)領(lǐng)域也有一定程度的應(yīng)用，如制動(dòng)、牽引等。而CANopen技術(shù)的重點(diǎn)則在于網(wǎng)絡(luò)制度運(yùn)用與開(kāi)發(fā)方面。

2.4 TCN網(wǎng)絡(luò)雛形

TCN是基于車(chē)載微機(jī)系統(tǒng)而發(fā)展形成的，在原有的技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，并且標(biāo)準(zhǔn)化。其參考的模型主要有SIBAS與MI—CAS。上述兩種系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，由原有的單一功能發(fā)展到現(xiàn)在多功能集成。而TCN標(biāo)準(zhǔn)則是為鐵路專(zhuān)門(mén)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

MICAS系統(tǒng)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)，是瑞士公司最早研發(fā)并將其應(yīng)用于運(yùn)輸部門(mén)。之后針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，技術(shù)人員又研發(fā)出了相應(yīng)的軟件、硬件、工具等。該技術(shù)首次應(yīng)用于牽引控制，其結(jié)果就達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。在之后的技術(shù)升級(jí)方面，車(chē)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分級(jí)控制，各級(jí)系統(tǒng)之間通過(guò)列車(chē)通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)系。列車(chē)通信采用的是拓補(bǔ)型結(jié)構(gòu)。

MICRAC則是在原有基礎(chǔ)上的新一代控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由不同的控制單元自成一體，在分布位置上位于各控制對(duì)象的就近位置。其良好的電磁兼容保證了即使在惡劣的環(huán)境下列車(chē)不同的控制單元也能保持良好的工作狀態(tài)。

3 列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

IEC控制標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)。IEC制定TCN的目的在于實(shí)現(xiàn)列車(chē)與控制設(shè)備間互相操作性提升，從而將控制系統(tǒng)方面的支出有效降低。最終要達(dá)到的目的是后期費(fèi)用降低，以此來(lái)獲得更大的經(jīng)濟(jì)利益?？偩€(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)網(wǎng)控技術(shù)有了更高要求，涉及到了機(jī)動(dòng)性，開(kāi)放性，整體優(yōu)勢(shì)。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)控制提供了有利條件。在應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大的同時(shí)，客戶(hù)對(duì)其要求與標(biāo)準(zhǔn)也在相應(yīng)提升。不同各類(lèi)的控制網(wǎng)，質(zhì)量存在差異。應(yīng)用于鐵路領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)受到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)限制，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)形成多種技術(shù)并存的局面。與此同時(shí)，各主體的競(jìng)爭(zhēng)也將更加的激烈。IETCN技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為鐵路系統(tǒng)而研發(fā)的，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在可靠性與實(shí)時(shí)性方面，對(duì)于鐵路系統(tǒng)的特別要求可以有效的滿(mǎn)足。該技術(shù)應(yīng)用的范圍主要是動(dòng)車(chē)、地鐵等較為高端的市場(chǎng)。相比之下，其他的一些較為常規(guī)的技術(shù)、其應(yīng)用的范圍主要是一些沒(méi)有特別要求的領(lǐng)域，比如貨車(chē)，輕軌。其信息量小并且對(duì)于實(shí)時(shí)性沒(méi)有高的要求。而技術(shù)自身的開(kāi)放性與便利性則為其應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

技術(shù)的兼容性明顯，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在著多種不同的網(wǎng)絡(luò)形式。各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間在功能上能夠?qū)崿F(xiàn)互補(bǔ)，借鑒彼此的優(yōu)勢(shì)。在技術(shù)發(fā)展方面呈現(xiàn)出了協(xié)調(diào)的局勢(shì)，而這種局勢(shì)的形成與用戶(hù)的需求上升是有密切聯(lián)系的。

技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)不斷的創(chuàng)新。工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展從某些方面也推動(dòng)了控制技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放性與總結(jié)性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。在鐵路行業(yè)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)與診斷等要求相應(yīng)的發(fā)展了變化，技術(shù)升級(jí)程度有所提升。以太網(wǎng)的存在能夠有效的保障信息在傳輸過(guò)程中的暢通性，對(duì)于不同設(shè)備間的聯(lián)接也更加的方便可靠，網(wǎng)絡(luò)與信息方面的結(jié)合將會(huì)更加的緊密。

以CRH5動(dòng)車(chē)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)分析與管理系統(tǒng)為例。整體框架設(shè)計(jì)采用了MVC模式，Model模型是列控?cái)?shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)應(yīng)用核心。View視圖是系統(tǒng)中用于處理數(shù)據(jù)顯示的部分。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了3種層次顯示視圖，視圖創(chuàng)建依據(jù)的是模型數(shù)據(jù)。Controller控制器在系統(tǒng)中處理用戶(hù)與系統(tǒng)間的交互。在技術(shù)框架設(shè)計(jì)方面，采用的是SSM技術(shù)框架，該類(lèi)型技術(shù)結(jié)構(gòu)是較為典型的MVC三層結(jié)構(gòu)。三者彼此交換協(xié)作。列控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要是Eclipse平臺(tái)。該平臺(tái)是源代碼開(kāi)放的，可擴(kuò)展的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，支持J2EE多層分布式應(yīng)用開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)包括了類(lèi)設(shè)計(jì)、分模塊設(shè)計(jì)、列控管理數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)等。在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)方面主要包括了實(shí)體類(lèi)、DAO類(lèi)、業(yè)務(wù)層、控制層等。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)城市軌道建設(shè)與鐵路建設(shè)發(fā)展加快，控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍逐漸擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)在性?xún)r(jià)比，開(kāi)放性，應(yīng)用的靈活與多樣性方面需要面對(duì)用戶(hù)提出的更多要求。我國(guó)在列車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)方面取得了不錯(cuò)的成果，需要在今后不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)保持領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。

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