基于ARCNET網絡的計算機聯鎖區域控制系統

竇 偉 高術強

中國鐵道科學研究院通信信號研究所 助理研究員，100081北京

計算機聯鎖系統自上世紀90年代后期開始在中國鐵路大量應用，大大提高了鐵路信號系統的安全管理水平和信息化程度，為后續鐵路運輸的信息化管理提供了堅實的基礎。隨著在路內技術作業站的大量應用，運輸部門提出一些特殊要求亟待解決。如一些作業站地處偏遠，交通不便，車務值班人員生活條件艱苦，希望工作在條件較好的鄰站。又如樞紐車站車務值班人員分散在各個作業場，值班員之間聯絡多有不便，為加強管理，提高工作效率，樞紐車務人員傾向于在控制中心對各站聯鎖系統進行控制。相鄰很近的2個獨立信號樓的車務人員需要在同一運轉室聯合辦公。部分礦山、石化企業的信號樓存在被粉塵、有害氣體污染的情況，不適于人員長期工作，需要將工作地點遷移到安全的區域。即計算機聯鎖系統應該具有區域控制能力，可以在異地實現對區域內的信號設備進行控制。

1 對計算機聯鎖系統新要求

具有區域控制能力的計算機聯鎖系統，應該建立在現有成熟的計算機聯鎖系統的基礎上，可以實現在指定地點對另一地點的計算機聯鎖設備實時進行遠程控制;應使用安全、穩定、成熟的網絡技術，安全的網絡通信協議;系統的人機界面符合計算機聯鎖系統的標準和規范，便于操作人員使用;結構盡量簡單、可靠，便于維修;盡量降低成本，縮短投資回收周期。針對不同用戶的需要，可以將計算機聯鎖系統的區域控制模式劃分為區域聯鎖模式和區域集中控制模式2種。

構建具有區域控制能力的計算機聯鎖系統，面臨的主要問題是在既有計算機聯鎖系統的基礎上實現系統的網絡化、區域化。即將不同區域的計算機聯鎖系統通過網絡連接起來，通過安全的網絡傳輸協議，傳輸控制人員的操作命令，實現對道岔、信號等設備的實時控制，因此選擇什么樣的網絡成為首要問題。

2 ARCNET網絡簡介

ARCNET最初由美國Datapoint公司于1977年開發并用于辦公局域網中，ARCNET網絡時間的確定性數據傳輸的可靠性和組網的靈活性，使其在工業實時控制系統中占有一席之地。

ARCNET工作機制:ARCNET局域網采用了優化的令牌總線協議 (IEEE802.4)，除了具有令牌總線網的一般特點外，網絡中每個節點保存有下一個節點的邏輯地址，可以生成一個網絡活動節點地址表。為了避免目的節點沒有空閑緩沖區而引起信息的丟失，設置了空閑緩沖區查詢幀，通過查詢可以減少不必要的數據重傳，提高了網絡運行效率。ARCNET網絡提供了物理層和數據鏈路層服務，能夠在2個節點之間實現數據包的發送和接收。在ARCNET網絡中，每個節點均有一個惟一的地址，其取值范圍為0～255。除節點號0用于廣播方式通信外，最多一個網絡允許255個節點之間進行通信，具有多點實時通信的能力。

ARCNET網作為一種成熟的工業控制網絡，具有高可靠性、高抗噪聲能力，數據傳輸速率高且具有高確定性。ARCNET網絡按節點地址進行網絡配置，網絡配置可以根據網絡內設備的數量進行規劃和調整，具有很高的靈活性。ARCNET網絡作為一種封閉式網絡，網絡環境不容易受到外部因素的影響，不易被非法侵入?；谝陨蟽烖c，ARCNET網絡在工業控制領域被廣泛應用，在鐵路內部的信號系統、機車車輛系統上也有大量應用。ARCNET網絡同樣適用于構建具有區域控制能力的計算機聯鎖系統。無論是使用區域聯鎖模式還是集中控制模式，都可以在現有計算機聯鎖技術的基礎上，利用ARCNET網絡進行構建。

3 二種區域控制模式的ARCNET網絡構建

3.1 區域聯鎖模式的ARCNET網絡構建

基于ARCNET網絡構建區域聯鎖模式的計算機聯鎖系統，網絡結構如圖1所示。

圖1 區域聯鎖模式ARCNET網絡結構圖

區域聯鎖模式計算機聯鎖系統的通信網絡主要由2個ARCNET網絡組成，網絡使用環形或星形連接方式。主控站設聯鎖機，負責整個系統的聯鎖運算。被控站設執表機，執表機不進行聯鎖運算，只負責將被控站的設備采集信息傳給主控站聯鎖機，執行主控站聯鎖機的輸出控制命令，驅動相應的繼電器。每個聯鎖機、執表機分別與ARCNET網A網、B網連接。使主控站聯鎖機與被控站執表機間構成2個互不交叉的封閉網絡。由于2個ARCNET網絡A網、B網互不交叉，因此聯鎖機、執表機可以在2個網絡內使用相同的節點號，便于通信程序進行調度管理。節點號分配后不再變更。

3.2 集中控制模式的ARCNET網絡構建

圖2 集中控制模式ARCNET網絡結構圖

集中控制模式計算機聯鎖系統的通信網絡主要由基于ARCNET網絡的雙網組成，網絡使用環形或星形網絡連接方式。如圖2所示:主控站設中心控制機，在中心控制模式下行車指揮人員可以通過中心控制機對整個區域的所有被控站的計算機聯鎖系統進行控制。每個被控站各設一套完整的計算機聯鎖系統，行車指揮人員也可以在被控站對計算機聯鎖系統進行直接操作。通過ARCNET網絡，中心控制機與每個站計算機聯鎖系統的監控機相連接，采用中心控制模式，行車指揮人員可以對各個被控站的聯鎖系統實現遠程遙控。被控站計算機聯鎖系統可以獨立運行，行車指揮人員可以停用中心控制模式，使用站控模式在被控站直接控制計算機聯鎖系統。在中心控制模式下，即行車指揮人員在遠程中心控制機對被控站進行控制，如排列進路等操作，操作命令下達后由中心控制機進行處理，形成聯鎖系統內部命令后通過光傳輸設備傳送給被控站計算機聯鎖系統的監控機，再由被控站監控機將命令下達給聯鎖機，聯鎖機對命令就地執行，執行完畢后被控站聯鎖系統將執行結果 (站場信息等)傳送給中心控制機，中心控制機的控制臺屏幕上顯示相應的站場情況。中心控制機A機、B機分別與ARCNET網A網、B網連接，使中心監控機與被控站計算機聯鎖系統間構成2個互不交叉的封閉網絡。由于2個ARCNET網絡A網、B網互不交叉，因此中心控制機與被控站監控機可以在2個網絡內使用相同的節點號，便于通信程序進行調度管理。節點號一經分配不再變更。

4 區域聯鎖模式和集中控制模式的比較

區域控制模式，系統結構相對簡單，被控站只設執表機，總體設備數量較少，因此總體投資相應減少。被控站不設信號值班人員，可以實現減員增效。但是由于被控站只設執表機，沒有獨立的計算機聯鎖系統，因此一旦主控站的設備或通信網絡發生嚴重故障，不能繼續使用，整個區域控制范圍內的車站都將被停用，故障影響范圍被擴大。

集中控制模式，被控站不設信號值班人員，可以實現減員增效的目的。由于每個站設獨立的計算機聯鎖系統，一旦主控站設備或通信網絡發生嚴重故障，可以將控制權下放到各個車站，由各個車站實行站控模式運行，有效減少了故障造成的不利影響。其缺點是需要在每個被控站設獨立計算機聯鎖系統，總體投資會相應加大。

5 結束語

區域控制模式的計算機聯鎖系統，具有安全、穩定、可靠、結構簡單、成本低等優點，可以實現鐵路運營部門的不同需要。目前上述系統已在合肥客技站、三匯壩站、平頂山煤業集團八礦站、平莊礦務局老公營站、北京地鐵4號線車輛段和停車場等地應用，取得良好的應用效果，獲得用戶積極的評價。

［1］ 計算機聯鎖技術條件［S］ .TB/T 3027－2002

［2］ 沈宇華.現場總線ARCNET及其應用［J］ .航天控制.2003(1):48.

［3］ TYJL-Ⅱ計算機聯鎖控制系統研究報告［R］ .鐵道科學研究院通信信號研究所.1997.