鐵路信號(hào)用現(xiàn)場總線的基本研究

劉濤

【摘 要】隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，鐵路交通變得復(fù)雜與多樣，鐵路信號(hào)信息化、數(shù)字化、智能化技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，為滿足鐵路信號(hào)信息化的要求，現(xiàn)場總線技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到鐵路信號(hào)當(dāng)中。

【關(guān)鍵詞】鐵路信號(hào)；現(xiàn)場總線；控制系統(tǒng)

一、前言

目前鐵路信號(hào)已經(jīng)進(jìn)入信息化、數(shù)值化，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已經(jīng)隨著時(shí)代的進(jìn)步而逐步淘汰，現(xiàn)場總線技術(shù)的誕生為鐵路信號(hào)的信息化帶來了巨大的便捷性，從而使鐵路信號(hào)變得智能化、簡單化、數(shù)字化。社會(huì)在不斷進(jìn)步，科技在不斷發(fā)展，鐵路信號(hào)在不斷的功能多樣化，因此要求現(xiàn)場總線技術(shù)也要不斷的革新與改進(jìn)，以滿足社會(huì)發(fā)展的需要。

二、鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的定義

鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)是由各種類型的鐵路信號(hào)設(shè)備組成的，這些設(shè)備是鐵路支使行業(yè)的必要基本設(shè)備，正是這些設(shè)備保障了鐵路行業(yè)安全、改善了運(yùn)輸效率、提升了鐵路行業(yè)的勞動(dòng)條件。從我國的信息技術(shù)的發(fā)展水平來看，當(dāng)代的信息技術(shù)已經(jīng)具備了服務(wù)于鐵路運(yùn)輸行業(yè)的能力，可以將最新的實(shí)時(shí)信息提供給鐵路運(yùn)輸行業(yè)，還可以使鐵路行業(yè)的工作人員輕松地實(shí)現(xiàn)對(duì)于鐵路運(yùn)行情況的控制。現(xiàn)代的信息技術(shù)已經(jīng)成為了解決鐵路運(yùn)輸行業(yè)中種種矛盾的重要且有效的手段。比如說，鐵路行車的事故發(fā)生率、行車路線的點(diǎn)線不協(xié)調(diào)問題等等，都可以通過現(xiàn)代的信號(hào)技術(shù)加以解決。

三、現(xiàn)場總線技術(shù)簡述與特征

（一）現(xiàn)場總線技術(shù)簡述

現(xiàn)場總線按管理模式分為中心管理級(jí)、車間監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)場設(shè)備級(jí)3層結(jié)構(gòu)。

根據(jù)目前鐵路車站聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用情況，只需要考慮車間監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)場設(shè)備級(jí)2層結(jié)構(gòu)即可，中心管理級(jí)的功能由調(diào)度中心行車指揮CTC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

總線的種類和應(yīng)用領(lǐng)域繁多，按其傳輸數(shù)據(jù)的大小可分為3類：傳感器總線（sensorbus）屬于位傳輸；設(shè)備總線（devicebus）屬于字節(jié)傳輸；現(xiàn)場總線屬于數(shù)據(jù)流傳輸。目前比較流行的總線技術(shù)有：FF現(xiàn)場總線、LonWorks現(xiàn)場總線、CANBus現(xiàn)場總線及Profibus現(xiàn)場總線等。通過對(duì)現(xiàn)場總線的功能和用途綜合考慮，采用ProfibusDP現(xiàn)場總線技術(shù)完全能夠滿足鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)方案的要求。

（二）現(xiàn)場總線技術(shù)特征

從某種角度來看，現(xiàn)場總線技術(shù)是3C技術(shù)的延伸和發(fā)展。所謂3C技術(shù)是指COMPUTER計(jì)算機(jī)技術(shù)，CONTROL控制技術(shù)和COMMUNICATION傳輸技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)是將這三種技術(shù)從控制級(jí)升級(jí)到工藝設(shè)備的現(xiàn)場技術(shù)的結(jié)果。關(guān)于現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)，主要有以下幾點(diǎn)：

首先是數(shù)字。大多數(shù)原始控制系統(tǒng)都是不完整的數(shù)字系統(tǒng)。如今，現(xiàn)場總線技術(shù)是不同的。現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字通信和數(shù)字信號(hào)傳輸，使信號(hào)的安全性，可靠性和精度都得到了很大的提高，自糾功能也得到了實(shí)現(xiàn)，而現(xiàn)場總線技術(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，成本低。

第二，實(shí)用性強(qiáng)。現(xiàn)場總線技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，最重要的是它的實(shí)用性。它也可以說是互操作性和互操作性。所謂的互操作性是指在彼此連接的系統(tǒng)和設(shè)備之間傳輸和接收信號(hào)。所謂的互操作性意味著在不同的制造商中，具有相似性能的設(shè)備可以互換使用。

四、分布式現(xiàn)場總線控制結(jié)構(gòu)

分布式現(xiàn)場總線控制技術(shù)是通過現(xiàn)場總線連接分散在不同區(qū)域的設(shè)備?？刂浦行耐ㄟ^現(xiàn)場總線向各設(shè)備發(fā)送控制命令，并通過現(xiàn)場總線收集各設(shè)備的工作狀態(tài)。鐵路信號(hào)系統(tǒng)的控制對(duì)象可以按照地理區(qū)域分為兩部分：車站和區(qū)間。其中，車站信號(hào)設(shè)備主要包括信號(hào)機(jī)，軌道電路和道岔；區(qū)間信號(hào)器主要有信號(hào)機(jī)和跟蹤電路。所有的控制信息由信號(hào)建筑中的信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出。同時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)及時(shí)收集每個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)。因此，如何及時(shí)準(zhǔn)確地向各種信號(hào)設(shè)備傳輸控制指令和信息是工程應(yīng)用中的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

傳統(tǒng)的控制技術(shù)采用信號(hào)電纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式控制現(xiàn)場信號(hào)設(shè)備。因此，進(jìn)入信號(hào)樓的信號(hào)線數(shù)量和種類非常多，室內(nèi)電路復(fù)雜。采用分布式現(xiàn)場總線控制技術(shù)，采用單一或混合現(xiàn)場總線方式，可充分利用大量的光纖通信信息，抗電磁干擾等特點(diǎn)，將每臺(tái)設(shè)備現(xiàn)場連接到車站信號(hào)中心。分布式現(xiàn)場總線在鐵路信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用中有：全光纜結(jié)構(gòu)和光纜+電纜結(jié)構(gòu)2種方案。

（一）全光纜結(jié)構(gòu)

使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纜完全替代信號(hào)電纜。通過信號(hào)控制盒，將光纜信息通道中的控制信號(hào)通過分支電纜發(fā)送到現(xiàn)場的每個(gè)軌道旁信號(hào)設(shè)備。在軌道信號(hào)設(shè)備箱中需要增加相應(yīng)的通信設(shè)備。車站信號(hào)控制箱可根據(jù)車站規(guī)模和車站類型結(jié)構(gòu)合理增加控制箱數(shù)量。為了避免由于箱體之間的分支電纜的輕敲而引起的故障，控制箱和設(shè)備箱以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接（星形）。

該方案存在以下幾個(gè)問題：①信號(hào)設(shè)備箱較為分散，采用星形連接方式，支線光纜多，而且支線光纜細(xì)小，容易損壞；②需給每個(gè)軌旁設(shè)備敷設(shè)信號(hào)電纜，為信號(hào)設(shè)備提供電源通道；③靠光纜連接的驅(qū)采模塊，如放置在信號(hào)設(shè)備箱內(nèi)，對(duì)既有信號(hào)設(shè)備的結(jié)構(gòu)影響較大；④支線光纜的發(fā)散性連接，對(duì)施工工藝、熔接技術(shù)和施工難度都有很大提升，不利于現(xiàn)場實(shí)際操作。

（二）光纜+電纜結(jié)構(gòu)

將光纜與電纜結(jié)合使用，使用光纖電纜代替大量中繼電纜，以及使用來自軌道旁信號(hào)控制箱的分支電纜來控制現(xiàn)場信號(hào)設(shè)備。該方案可以有效避免全光纜結(jié)構(gòu)的問題，同時(shí)可以保持現(xiàn)有信號(hào)設(shè)備的連接方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變。但對(duì)信號(hào)控制箱的要求較高，信號(hào)控制箱需要具有控制指令分配和光電轉(zhuǎn)換功能。因此，它具有強(qiáng)大的可實(shí)施性和可操作性。

五、鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的重大意義

在科技和信息技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代，鐵路信號(hào)技術(shù)進(jìn)入了全面發(fā)展和應(yīng)用的階段。鐵路信號(hào)技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)正在逐步融合。隨著新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，中國鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)得到進(jìn)一步升級(jí)。鐵路信號(hào)的原始概念也在發(fā)生變化，鐵路信號(hào)的功能不斷增加。鐵路信號(hào)不再是鐵路運(yùn)輸?shù)摹把劬Α?，它不再是“耳朵”。在一定程度上，鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)已成為鐵路運(yùn)輸業(yè)的核心，相當(dāng)于人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)。鐵路運(yùn)輸業(yè)的作用正在逐步增加。

鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)是優(yōu)化鐵路行業(yè)安全，交通正規(guī)化，行業(yè)效率優(yōu)化，勞動(dòng)力分配優(yōu)化的重要功能體系。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和兩者的不斷融合，鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)生了翻天覆地的變化。最初，鐵路信號(hào)系統(tǒng)只能為鐵路運(yùn)輸行業(yè)提供最明顯的信號(hào)顯示信息。如今，它已經(jīng)可以處理信號(hào)信息并控制和引導(dǎo)高級(jí)列車。它已經(jīng)成為一個(gè)綜合信號(hào)系統(tǒng)。鐵路運(yùn)輸業(yè)最重要的是火車的安全運(yùn)行，鐵路信號(hào)對(duì)火車的安全運(yùn)行有著重要的影響。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人民生活對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)男枨笠苍絹碓酱?。我國鐵路運(yùn)輸業(yè)也不斷蓬勃發(fā)展，列車運(yùn)行數(shù)量也在不斷增加。鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩珕栴}引起了公眾更廣泛的關(guān)注。鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路運(yùn)輸安全的系統(tǒng)，是鐵路運(yùn)輸中不可缺少的一個(gè)角色。

六、結(jié)束語

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，鐵路運(yùn)輸行業(yè)的不斷強(qiáng)大，鐵路信號(hào)技術(shù)要求越來越嚴(yán)格、越來越精準(zhǔn)，這就要求現(xiàn)場總線技術(shù)越來越成熟，越來越標(biāo)準(zhǔn)。在以后鐵路信號(hào)領(lǐng)域中，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的逐步完善，將為鐵路信號(hào)實(shí)現(xiàn)更為科學(xué)的安裝、維護(hù)、管理模式。

【參考文獻(xiàn)】

[1]柳京京.分布式現(xiàn)場總線控制在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鐵道通信信號(hào)，2017，47（10）：10-12.

[2]魏文軍，范多旺.CAN總線在鐵路車站全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].甘肅科技，2017（4）：23-4.

[3]張欣.基于現(xiàn)場總線技術(shù)的鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)的探討[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2016（6）：134

[4]柳京京.分布式現(xiàn)場總線控制在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鐵道通信信號(hào)，2016，47（10）：10-12