LONWORKS網絡在高速電動車組廣播系統的應用

摘 要：隨著高速動車組在我國的廣泛運用，廣播系統作為旅客信息系統的一部分，對系統信息化、自動化、網絡化的要求越來越高，廣播系統擁有著列車自動報站、乘務人員間聯絡通話、緊急廣播的重要功能，一旦發生廣播系統故障列車的語音文字信息廣播功能將全面失效，所有面向旅客的信息都需要專門的列車人員對旅客進行原始的口頭傳播，給旅客的出行、列車員的工作都帶來極大的不方便，廣播系統的穩定性顯得尤為重要。

關鍵詞：LonWorks；網絡；廣播；動車組3-02

LonWorks網絡技術是美國Echelon公司于1990年12月推出的一種現場總線技術。LonWorks現場總線全稱為LonWorks NetWorks，即分布式智能控制網絡技術，該網絡能夠適合各種現場總線應用場合的測控網絡。目前，主要應用于工業控制、樓宇自動化、機車車輛控制等領域。

LonWorks產品包括：Neuron芯片、網絡接口及收發器、路由器、網絡服務工具、開發工具。

LonWorks網絡支持不同的傳輸介質，如雙絞線、電力線、無線電、同軸電纜、紅外線等，而且可以在同一網絡中可以有多種通訊媒介。

LonWorks網絡通信速率可達1.25Mb/s，此時有效通信距離為130m。采用雙絞線情況下，在78Kb/s的速率下直線通信距離可達2700m。

LonWorks網絡通信采用面向對象的設計方法：LonWorks網絡通信技術稱之為“網絡變量”，它使網絡通信的設計簡化為參數設置，增加了通信的可靠性。

對等式的通訊網絡，無主節點，實時性好，可靠性高，正是由于上述的技術特點，LonWorks網絡技術滿足了未來發展對測控系統的要求，目前，它的使用已經遍及世界56個國家和地區的工業、樓宇、交通、能源等自動化領域。

目前，動車組廣泛采用基于LonWorks網絡的廣播系統，該廣播系統整體運行較為平穩，能夠滿足用戶要求。

1 LonWorks網絡在廣播系統中的應用

1.1 系統框架

動車組廣播系統及乘客信息顯示系統（PIS）使用LonWorks現場總線技術作為車輛的貫通通信線，采用總線型網絡拓撲結構，雙端使用105歐姆的結束端子。網絡線纜采用在設備內并接的工作方式，滿足Lonworks關于總線型網絡結構分支線不能超過3米的限制。

乘客信息顯示器的控制端在AAD，AAD接收MON傳送的數據信號，通過計算得到需要顯示的條目內容，并通過LonWorks網絡，向車廂內的CAMP傳送，CAMP內有一個網關，負責把數據轉換為RS485信號傳送給各個乘客信息顯示屏。具體如圖2所示，點畫線型的線纜是廣播系統的車輛控制總線；細線型的線纜是車廂內的RS485乘客信息顯示屏的RS485控制線；粗線型的線纜是車輛提供的100V電源。

1.2 系統功能

旅客信息系統（PIS）由車內外顯示、公共廣播、內部通訊和乘客呼叫4部分組成。PIS由系統主機控制。車廂內的部件由車內、外顯示器，內部通訊站和揚聲器組成。

8輛固定編組的動車組PIS還具有2個編組重聯模式；16輛固定編組的動車組PIS不再提供2個編組重聯模式。

1.2.1 顯示功能

信息顯示的內容由列車乘務員室或司機室內的人機接口進行操作，如輸入車次、上載線路數據庫等操作。

PIS初始化后，信息顯示應自動由系統主機控制。PIS主機根據列車當前路線，自動觸發事先定義并存儲在數據庫中的顯示內容。顯示器顯示相應的內容。

顯示的內容采用中、英文兩種語言。顯示的持續時間可通過軟件來調整。

臨時信息可以通過人工干預方式進行顯示，文本內容應由用戶提供。

如圖3所示，客室內的乘客信息顯示裝置通過RS485接口連接在一起，每個乘客信息顯示裝置提供一個可以轉接的RS485端口用于RS485通信的串行連接。所有的端口連接到CAMP的RS485輸出端口上。

5號車的MON和廣播系統的接口連接到PIS系統控制器PAU上。

4號車的MON擴展端口和廣播系統的接口連接到PIS系統控制器DBCU的MON端口上。

MON通過和自動廣播裝置的接口以及備份控制裝置的接口向廣播系統主機發送相關的運行信息，廣播系統主機把信號重新整理后向各個車廂的CAMP（控制放大器）中發送。再由各個車廂的CAMP通過RS485端口發送到乘客信息顯示裝置。

乘客信息顯示裝置收到顯示控制信號后，翻譯成相應的顯示條目通過LED顯示。

通過廣告界面，廣播系統主機將自行控制乘客信息顯示裝置的廣告顯示。

在廣播系統控制器中提供緊急廣播的控制界面，緊急廣播的輸入界面的編寫和數據填寫由乘務員完成操作。

DBCU作為備份的控制裝置，安裝在4車的配電柜內，接口使用Han24DD連接器。其作為備份設備，具有和PAU一樣的MON接口，內部按照同樣的邏輯進行邏輯轉換，同時監視PAU的工作情況。在PAU工作異常的情況下，向PIS內部控制網絡的CAMP發送乘客信息顯示控制信號。

CONT作為廣播系統的聯掛控制器，其內部具有路由功能。可以對兩列車之間的互通信號進行過濾。由于每列車具有自己的備份控制裝置DBCU，在兩列車聯掛時，相關的LED顯示控制信號不再向聯掛車輛轉發。而PIS系統的其它控制信號，和其它列車相關的信號則可以通過CONT。

（1）車外信息顯示

外部顯示屏安裝在車體兩側。顯示屏顯示的內容應具有很高的可讀性，并保證其內容在陽光直射的條件下也具有可讀性。

旅途中，顯示屏可以根據列車行駛速度自動關閉顯示或恢復顯示。

車外信息顯示屏應顯示下列信息：

·車次號；·車廂號；·始發站和終點站

（2）車內信息顯示

車內顯示器安裝在乘客區，顯示內容參見下文車內信息顯示。顯示方式：如果單屏不能完全顯示，可以從右往左滾動顯示。

（3）信息顯示內容

車外顯示內容：車次號、車廂號、始發站和終到站。

1.2.3 列車工作人員間的內部通訊

內部通訊通過每個車內設置的固定通訊站可以實現司機-司機，司機-列車長，司機-乘務員，列車長-乘務員，乘務員-乘務員之間的通訊。共線電話可以實現兩部電話之間進行通訊；優先級高的通訊可以將正在進行通訊的優先級低的電話強行掛機。

1.2.4 播音的優先權

1.2.5 重聯模式

2個8輛固定編組的動車組重聯時，重聯機制保證下面功能不受影響：

功能在重聯后全列有效；

車內外顯示信息由主控端動車組的PIS主機控制； 8輛單組運行車廂號顯示為1-8，2列8輛編組重聯或16輛編組時車廂號為1-16，車廂號不隨司機換端操作而變化。

2 LonWorks總線數據調度

在PIS系統中，乘客信息顯示對于聯絡和設備狀態的傳送來說，其處于最高的優先級，系統的帶寬會優先應用于乘客信息顯示，其信息可以使用優先級控制機制保證優先傳送。

2.1 帶寬分析

LonWorks系統總線帶寬分析如下：

系統帶寬：78KHz，每秒鐘可以傳送大于100個報文（數據幀），而在系統內需要傳遞的報文數目如下：

·狀態信息幀 500mS一次，共9個CAMP，1個CCU，共10個設備，每秒需要傳送20個包

·聯絡控制報文 在每次聯絡時使用，1次聯絡啟動過程 5個包，由于系統聯絡的互鎖性，平均5秒完成一次撥號聯絡過程，即 1包/秒

廣播開始/結束 2個包/過程，按照最大1包/秒計算

信息系統 AAD向LED發送的信息為1秒1次

總計： 24包/秒

2.2 傳輸延遲

參考文獻

[1]美國埃斯朗公司.LonWorks系統介紹.

[2]曲非非，綦希林.LonWorks控制網淺析[J] .測控自動化，2004：20（9）.

[3]姜洪亮，郭秀偉，李國平.LonWorks網絡在我國鐵路客車上的應用[J].鐵道車輛，2003：41（10）.