列車控制網絡技術的現狀與發展趨勢

金 犇（遼寧鐵道職業技術學院,遼寧 錦州 121000）

列車控制網絡技術的現狀與發展趨勢

金 犇
（遼寧鐵道職業技術學院,遼寧 錦州 121000）

本文主要詳細介紹了當前列車控制網絡技術的發展現狀，分析了IEC TCN , WorldFIP, LonWorks和CAN等主要網絡技術的應用，探討了IEC網絡標準的發展方向，指出了列車控制網絡技術的發展趨勢。

列車控制；網絡技術；現狀；發展趨勢

0 前言

在現代列車發展進程中，控制網絡技術為核心技術，應用范圍十分廣泛。

目前，網絡技術彰顯一定的開放性，經濟性得到極大提升，在遠程控制、信息互動方面提出了更高的要求，而IEC TCN , WorldFIP, LonWorks和CAN等技術恰好適應這一要求，使得這種控制網絡在列車上得到聯合適應，呈現相互融合的發展狀態。

1 對當前列車控制網絡技術應用現狀進行的分析

1.1 IEC TCN 網絡技術的開發應用現狀

（1）IEC TCN主要服務于鐵路機車和動車，主要包含兩層總線架構，即絞線式列車總線和多功能車輛總線，其協議的轉換主要借助節點來完成。總線的功能是實現車輛之間的通信，發揮列車初行和燒結的性能，準確辨別車輛在整個編列中的具體位置以及前進的方向，在根本上滿足列車編組的要求。而對于車輛總線，主要完成車內具有控制作用的設備的相關交流。

（2）IEC TCN在1999年被采納為列車通信網絡的統一、國際性標準，并完成了網絡一致性測試標準的制定工作。近些年，TCN得到了控制部件廠商的支持，對其網絡控制系統的集成應用作用重大。目前，TCN網絡技術主要集中在一些對互操作性和實時控制性標準比較高的高速機車或者動車組，也包含一些載重大和地鐵列車等軌道交通工具[1]。我國將其定為鐵路行業的主要標準，在很多動車組和電力機車中進行廣泛的推廣。

1.2 其他控制網絡技術的應用現狀

1.2.1 WorldFIP

WorldFIP具備三層結構，主要是物理層、數據鏈路層以及應用層。對于物理層，其目的是實現信息由單一設備傳輸到總線的相關機器，介質為光纖等材質；數據鏈路層的作用是針對數據進行的有效性訪問，關注實時控制；應用層提供的是一種訪問功能，針對信息的變量。WorldFIP網絡掌控功能比較突出，仲裁器和用戶站構成了完整的系統，在同步性和科學性方面比較突出。WorldFIP 與TCN具有網絡方面的共性，十分相似，傳輸功能主要借助曼徹斯特編碼實現，能夠容忍介質和總線仲裁器的冗繁，同時，在網絡管理和控制方面具有一定的優勢。WorldFIP屬于現場總線，彰顯開放性的特征，其設計師、客戶都能夠接受專業的培訓和具體功能的檢測。在WorldFIP內部，成員眾多，在經過行業內的運用和改善升級之后，技術性比價成熟，在部件、產品種類和設備方面都相對比較健全。WorldFIP技術在汽車制造業、化工領域的應用十分普遍，在軌道交通領域主要體現在地鐵、動車等項目。

1.2.2 LonWorks

LonWorks為通用工業的現場總線，發展迅速。它的運行方式具有簡單的核算方式，可靠性較高，節點接受的訪問具有平等性。LonWorks采用退避計算方式，解決了重負荷的性能難題。LonWorks的形成是建立在LonTalk協議的前提下，其主要網絡結構體現為拓撲結構。完整的LonWorks網絡技術主要包含收發器、芯片、協議固件以及相關的工具和軟件，有利于網絡產品的不斷開發和應用。

在列車制動控制領域，LonWorks被認定為基本的行業指標。近些年，這一網絡技術在列車領域受到高度重視，進行了積極的推廣。很多國家將其應用在照明、空調等部位的實時監管和控制。在我國，其網絡主要應用在客車的電氣設備的控制以及動車的重聯控制。1.2.3 CAN 與CANopen

CAN是多主串行通信總線，主要作用是實現設備之間的信息的無障礙溝通。當前，CAN 與CANopen在輕軌、地鐵和貨車等領域應用較為廣泛，同時，在控制子系統中也具有一定的功能，例如，制動、牽引等[2]。針對CANopen技術，將重點集中在網絡應用制度和開發和運用方面。

2 列車控制網絡技術的發展趨勢

2.1 IEC 列車控制網絡標準的最新發展趨勢

IEC制定TCN的主要目的是為了實現列車、車載控制設備之間的互操作性的增強，減少對車控系統的各方面支出，實現后期費用的降低，獲取更大經濟收益。總線技術的應用以及在鐵路領域的深入應用，使得對控制網絡技術提出了更高的要求，也就是涉及整體優勢、機動性以及開放性等方面。于是，成立了TAHG,進行相關內容的完善和修改。TAHG對總線進行評估，形成互聯模型。當前，主要應用形式為模塊式，實現對TCN標準文獻的重構。

2.2 對列車控制網絡技術發展趨勢的分析

目前，網絡技術發展迅速，促使控制網絡的運用實現較大進步，區域逐漸擴大，客戶針對其投入、擴展提出了更高的標準，促進靈活性、可行性、豐富性的發展。對于多種形式的控制網種類，質量各不相同，尤其在鐵路領域，都沒有實現完美的效果。因此，列車網絡技術的標準將不受到技術標準的限制，形成多種網絡技術并存的局面[3]。具體發展趨勢為：

（1） 各個主體之間競爭日益激烈，形成多種網絡技術共同存在的狀態。IE C TCN 網絡技術是在WTB和MVB的基礎上發展起來的，是專門為鐵路系統而研制和開發的，代表企業利益，在實時性和可靠性方面特征突出，能夠在根本上滿足鐵路領域特別的要求，必將成為一段時期鐵路列車控制網絡技術的主要方向，更多應用于動車、地鐵等高端市場的需求，而對于其它一些常規的網絡技術，如CAN open等，鑒于便利性和開放性的特征，將運用于信息量小、對實時性沒有要求的領域，如貨車、輕軌等的控制子系統。

（2）兼容性明顯，相容并蓄，在整個系統中存在多種網絡形式。當前，用戶的需求呈現上升的趨勢，實現了網絡技術的協調發展，如WorldFIP , CANopen , TIMN,LonWorks等將實現與TCN 的共存，技術之間能夠實現功能的互補，借鑒各自優勢，同時，這種趨勢將持續相當長的時間。例如，在列車總線中，WTB將被廣泛使用，而對于車輛總線，MVB將被大量利用，但是，WorldFIP , CANopen等也可能被運用。

（3）技術將不斷創新，工業以太網被引入鐵路列車控制領域，成為新的發展契機。近些年，工業以太網技術在工業自動化以及過程控制領域實現了突飛猛進的發展，逐漸發展到對工業發展的控制和管理領域，將開放特征的網絡技術與總線型網絡技術進行積極、科學的融合。當前，在鐵路行業，對網絡遠程的分析、維護、診斷、用戶信息以及舒適性的編制和要求發生了變化，需要進行較大程度的技術升級，以太網的存在能夠集中發揮對列車網絡高層信息網絡的關鍵性作用，保證信息在垂直方向交流的順暢性，有效連接下層車載控制設備，促進現代寬帶網絡系統的形成，彰顯在信息溝通、車輛掌控以及服務方面的優勢，促進網絡與信息的緊密結合。

3 結束語

當前，我國的列車控制完了技術處于初級發展時期，在技術開發和應用方面比較落后，因此，要緊抓鐵路發展額契機，吸收先進技術，進積極的研發和創新，更好地滿足客戶對列車控制網絡技術的需求，保證技術穩定而成熟，可行性高，能夠創造更高的價值和收益，這也是網絡技術相關行業和企業需要共同努力的目標。

[1]李洋濤.TCN列車網絡技術現狀與發展[J].單片機與嵌入式系統應用,2012(01):4-7.

[2]彭權威. 基于OPNET的列車通信網絡仿真研究[D].西南交通大學,2010.

[3]聶曉波.列車控制網絡實時性能分析及調度策略研究[D].北京交通大學,2011.