(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)展正在帶來鐵路運輸的智能化。我國動車組、高鐵列車、地鐵列車等現(xiàn)代化裝備的開發(fā)正改變著中國的未來。這些新型鐵路機車車輛都必須裝備先進的列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)品，以實現(xiàn)整個列車的智能化運行。列車通信網(wǎng)絡(luò)將整個列車連成一個整體，司機對整個列車的控制命令通過列車通信控制總線送到列車的各個車廂，而列車的各個車廂工作狀態(tài)通過列車通信控制總線送到司機顯示平臺上，保障整個列車有效而安全地運行。缺少相應(yīng)的列車通信控制系統(tǒng)，這些新型鐵路機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，紛紛從國外進口有網(wǎng)絡(luò)功能的控制系統(tǒng)，如從ADtranz瑞士分公司、德國西門子公司和日本新瀉公司進口了相應(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裝置的控制。隨著控制、服務(wù)對象的增多，人們把鐵道系統(tǒng)依次劃分為六個層次：公司管理、鐵路運營、列車控制、機車車輛控制、傳動控制和過程驅(qū)動，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、管理軟件工具。
ABB公司的微機自動化系統(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TC9成立了第22工作組WG22，其任務(wù)是制訂一個開放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機車車輛能夠相互聯(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，該稿分成四個部分：第一部分總體結(jié)構(gòu)，第二部分實時協(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個節(jié)點，總線跨距860m。WTB具有列車初運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，對由瑞士SBB、德國DB、意大利FS、荷蘭NS的車輛編組成的運營試驗列車進行了全面的TCN實驗。
1998年11月，在中國湖南株洲召開IEC年會。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)場總線的產(chǎn)品。現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。五十年代檢測控制儀表處于發(fā)展的初級階段，信號僅在本儀表內(nèi)起作用。后來出現(xiàn)了氣動、電動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)字信號取代模擬信號，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程控制器(PLC)以及有多個計算機構(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，受計算機系統(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)議的自動化設(shè)備，通過現(xiàn)場總線連成系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合自動化的各種功能;同時把DCS集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成全分布式機構(gòu)，把控制功能下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能設(shè)備實現(xiàn)基本控制功能。
PROFIBUS、基金會現(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)?/FONT>;傳輸信號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、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)會運輸任務(wù)組開會討論了鐵路運輸業(yè)的第一個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領(lǐng)域推廣普及開來，鐵路運輸領(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)連接這兩個協(xié)議的網(wǎng)關(guān)。
