列車控制網(wǎng)絡技術的現(xiàn)狀與發(fā)展方向分析

梁飛

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.004

摘 要：控制網(wǎng)絡技術在世界內(nèi)應用十分的廣泛，同時也是列車的關鍵技術。隨著用戶對網(wǎng)絡技術性價比與開放性等要求提升，以及適應新的形式下運營工作需要，控制網(wǎng)絡出現(xiàn)了多種技術并存的局面，不同技術之間呈現(xiàn)出融合的趨勢。該文就列車控制網(wǎng)絡技術的現(xiàn)狀與發(fā)展方向分析加以簡要闡述。

關鍵詞：列車控制網(wǎng)絡技術 現(xiàn)狀發(fā)展方向 分析

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0004-02

列車通信網(wǎng)絡是一套綜合的通信系統(tǒng)，具有設備連接、信息共享、監(jiān)測診斷等功能。經(jīng)過長期的發(fā)展，技術已經(jīng)成熟，并成為了關鍵的技術之一。在干線鐵路與城市軌道交通中廣泛應用，與其他的通信方式相比，也能夠更好地滿足通信要求。

1 列車通信網(wǎng)絡的發(fā)展

在20世紀80年代初，微處理器技術開始迅速的發(fā)展并普及，計算機開始應用于軌道交通。在最初的應用階段，微處理器面對的是單個設備。隨著控制設備數(shù)量增加。原有技術已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要，從而出現(xiàn)了通信總線網(wǎng)絡。而到了90年代，為了滿足動車與機車組重聯(lián)控制的需要，列車總線產(chǎn)生。大型的鐵路公司以牽引系統(tǒng)作為基礎，通信系統(tǒng)為鈕帶，推出了覆蓋制動、輔助、牽引、診斷、顯示等方面的通信控制系統(tǒng)。與此同時車載微機也在發(fā)展，集內(nèi)部測控與信息處理于一體的通信網(wǎng)誕生。在1988年國際電工委成立了工作組，希望制定一套通信標準，標準是開放的，目的是各種機道車輛能夠相互掛聯(lián)，且電子可編程設備可互換。在第二年的6月，TNC標準草案就成為了國際標準。該草案總共包括7個方面內(nèi)容。

我國列車通信網(wǎng)絡標準制定工作始于90年代。在鐵道部門開展研發(fā)工作的同時，相關單位也在進行自我研發(fā)。涉及到的領域有現(xiàn)場總線、局域網(wǎng)、通信介質(zhì)、TCN，通信協(xié)議等。經(jīng)過長期研發(fā)工作，擁有自主產(chǎn)權知識的網(wǎng)絡控制技術應用范圍不斷擴大，在積累并總結經(jīng)驗的基礎上，進一步發(fā)展，已經(jīng)達到了世界先進水平。

2 列車控制網(wǎng)絡技術的應用現(xiàn)狀

2.1 WorldFIP

WorldFIP的三層結構分別是物理層，數(shù)據(jù)鏈層，應用層。物理層的目在于信息傳輸，介質(zhì)是光纖。數(shù)據(jù)鏈層的作用是數(shù)據(jù)訪問，并對其進行實時控制。應用層則主要是訪問功能。WorldFIP在科學與同步性方面比較突出，在網(wǎng)絡掌控方面，用戶與仲裁器則組成了一個完整的體系。WorldFIP的傳輸功能實現(xiàn)主要是依靠編碼，對于介質(zhì)與仲裁器的冗繁容忍性較好。WorldFIP在汽車制造與化工行業(yè)都有應用，軌道交通領域則主要體現(xiàn)在動車與地鐵等。

2.2 LonWorks

LonWorks的發(fā)展非常迅速，其特點體現(xiàn)在較高的可靠性，節(jié)點訪問具有平等性，核算的方式簡單。LonWorks為了解決性能方面重負荷的問題，采用的是退避計算方式。LonWorks包括收發(fā)器、芯片、協(xié)議固件與相關的工具與軟件。在列車控制領域，LonWorks被認為是行業(yè)指標，其應用的范圍包括了對照明及空調(diào)等進行實時監(jiān)控。

2.3 CAN與CANopen

CAN的作用在于設備間的信息溝通無障礙，CAN應用的范圍包括地鐵、貨車與輕軌。并且在控制系統(tǒng)領域也有一定程度的應用，如制動、牽引等。而CANopen技術的重點則在于網(wǎng)絡制度運用與開發(fā)方面。

2.4 TCN網(wǎng)絡雛形

TCN是基于車載微機系統(tǒng)而發(fā)展形成的，在原有的技術上進行改進，并且標準化。其參考的模型主要有SIBAS與MI—CAS。上述兩種系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，由原有的單一功能發(fā)展到現(xiàn)在多功能集成。而TCN標準則是為鐵路專門制定的國際標準。

MICAS系統(tǒng)最早出現(xiàn)在20世紀，是瑞士公司最早研發(fā)并將其應用于運輸部門。之后針對不同的應用領域，技術人員又研發(fā)出了相應的軟件、硬件、工具等。該技術首次應用于牽引控制，其結果就達到了預期的目標。在之后的技術升級方面，車控系統(tǒng)實現(xiàn)了分級控制，各級系統(tǒng)之間通過列車通信系統(tǒng)來實現(xiàn)聯(lián)系。列車通信采用的是拓補型結構。

MICRAC則是在原有基礎上的新一代控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由不同的控制單元自成一體，在分布位置上位于各控制對象的就近位置。其良好的電磁兼容保證了即使在惡劣的環(huán)境下列車不同的控制單元也能保持良好的工作狀態(tài)。

3 列車控制網(wǎng)絡技術的發(fā)展趨勢

IEC控制標準的發(fā)展趨勢。IEC制定TCN的目的在于實現(xiàn)列車與控制設備間互相操作性提升，從而將控制系統(tǒng)方面的支出有效降低。最終要達到的目的是后期費用降低，以此來獲得更大的經(jīng)濟利益。總線技術的應用，對網(wǎng)控技術有了更高要求，涉及到了機動性，開放性，整體優(yōu)勢。

網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，為網(wǎng)絡控制提供了有利條件。在應用范圍逐漸擴大的同時，客戶對其要求與標準也在相應提升。不同各類的控制網(wǎng)，質(zhì)量存在差異。應用于鐵路領域，網(wǎng)絡技術的標準不會受到技術標準限制，網(wǎng)絡技術將會形成多種技術并存的局面。與此同時，各主體的競爭也將更加的激烈。IETCN技術是專門為鐵路系統(tǒng)而研發(fā)的，其優(yōu)勢體現(xiàn)在可靠性與實時性方面，對于鐵路系統(tǒng)的特別要求可以有效的滿足。該技術應用的范圍主要是動車、地鐵等較為高端的市場。相比之下，其他的一些較為常規(guī)的技術、其應用的范圍主要是一些沒有特別要求的領域，比如貨車，輕軌。其信息量小并且對于實時性沒有高的要求。而技術自身的開放性與便利性則為其應用提供了基礎。

技術的兼容性明顯，在同一個網(wǎng)絡中存在著多種不同的網(wǎng)絡形式。各種網(wǎng)絡技術之間在功能上能夠?qū)崿F(xiàn)互補，借鑒彼此的優(yōu)勢。在技術發(fā)展方面呈現(xiàn)出了協(xié)調(diào)的局勢，而這種局勢的形成與用戶的需求上升是有密切聯(lián)系的。

技術在應用過程中會不斷的創(chuàng)新。工業(yè)自動化的發(fā)展從某些方面也推動了控制技術的發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，實現(xiàn)了開放性與總結性網(wǎng)絡技術的融合。在鐵路行業(yè)，對網(wǎng)絡進行遠程維護與診斷等要求相應的發(fā)展了變化，技術升級程度有所提升。以太網(wǎng)的存在能夠有效的保障信息在傳輸過程中的暢通性，對于不同設備間的聯(lián)接也更加的方便可靠，網(wǎng)絡與信息方面的結合將會更加的緊密。

以CRH5動車列車網(wǎng)絡控制數(shù)據(jù)分析與管理系統(tǒng)為例。整體框架設計采用了MVC模式，Model模型是列控數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)應用核心。View視圖是系統(tǒng)中用于處理數(shù)據(jù)顯示的部分。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)設計了3種層次顯示視圖，視圖創(chuàng)建依據(jù)的是模型數(shù)據(jù)。Controller控制器在系統(tǒng)中處理用戶與系統(tǒng)間的交互。在技術框架設計方面，采用的是SSM技術框架，該類型技術結構是較為典型的MVC三層結構。三者彼此交換協(xié)作。列控系統(tǒng)的開發(fā)平臺主要是Eclipse平臺。該平臺是源代碼開放的，可擴展的開發(fā)平臺，支持J2EE多層分布式應用開發(fā)。系統(tǒng)詳細設計包括了類設計、分模塊設計、列控管理數(shù)據(jù)設計、數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)存儲設計等。在系統(tǒng)功能實現(xiàn)方面主要包括了實體類、DAO類、業(yè)務層、控制層等。

4 結語

隨著中國城市軌道建設與鐵路建設發(fā)展加快，控制網(wǎng)絡應用的范圍逐漸擴大，網(wǎng)絡在性價比，開放性，應用的靈活與多樣性方面需要面對用戶提出的更多要求。我國在列車網(wǎng)絡控制技術方面取得了不錯的成果，需要在今后不斷的積累經(jīng)驗，繼續(xù)保持領先的優(yōu)勢。

參考文獻

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