工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

1、城控城控14031403第六組第六組呂西康呂西康14301561430156主要內(nèi)容主要內(nèi)容城軌交通中的應(yīng)用列車控制網(wǎng)絡(luò) 城軌交通中所處的位置相關(guān)現(xiàn)場設(shè)備連接方式一一. .城軌交通中的應(yīng)用城軌交通中的應(yīng)用 工業(yè)控制總線技術(shù)被廣泛應(yīng)用于先進的城軌交通中。它不僅被應(yīng)用于牽引、制動、空調(diào)、照明、通風(fēng)等系統(tǒng)的控制，還用于牽引、制動、空調(diào)、車門等系統(tǒng)的故障診斷分析以及與車輛行車安全相關(guān)的一些監(jiān)測設(shè)備如供電電壓、電流監(jiān)測、火災(zāi)報警等。車載通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)與中央控制室通訊，還可以將車輛的控制系統(tǒng)工作狀態(tài)和運行情況及時傳輸給中央控制室，進行遠程監(jiān)控。列車控制網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)對列車關(guān)鍵設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視，并

2、根據(jù)需要對設(shè)備進行遠程控制。 列車控制網(wǎng)絡(luò)集列車運行控制、機車車輛控制、狀態(tài)監(jiān)測、故障檢測與診斷以及旅客信息服務(wù)于一體，以車載微機為主要技術(shù)手段，通過控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)列車各個系統(tǒng)之間的信息交換，最終達到對車載設(shè)備的集散式監(jiān)視、控制和管理的目的，實現(xiàn)列車控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化。列車控制網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用于列車環(huán)境下的特殊計算機網(wǎng)絡(luò)，作為通用的現(xiàn)場總線均可以在列車控制網(wǎng)絡(luò)中得到合適的應(yīng)用。列車運行的狀態(tài)信息通過現(xiàn)場總線這個載體進行交換與傳輸，從而實現(xiàn)對整個列車的控制，保障列車有效而安全地高速運行。二.列車控制網(wǎng)絡(luò)列車控制網(wǎng)絡(luò)通過對列車運行和車載設(shè)備的相關(guān)信息集中管理，從而將整個列車連成一個整體。1.

3、列車控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)以下主要控制功能：（1）實現(xiàn)各動力車的重聯(lián)控制，能夠由一個司機室操縱全列車的動車，實現(xiàn)全列車（包括動力車和拖車)所有由計算機控制的部件聯(lián)網(wǎng)通信和資源共享。（2）實現(xiàn)全列車的制動控制、門控制、軸溫監(jiān)測和空調(diào)等控制。（3）完成全列車自檢及故障診斷決策。2.列車控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點主要有3點。 (1) 開放式控制系統(tǒng)列車控制網(wǎng)絡(luò)是一個開放式系統(tǒng)，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)遵循ISO7498標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的OSI/RM，方便不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備互連。 (2) 分層控制系統(tǒng)列車控制網(wǎng)絡(luò)通常采用分層結(jié)構(gòu)。列車總線和車輛總線是2個獨立的通信子網(wǎng)，可采用不同的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，通過1個列車總線節(jié)點互連，在應(yīng)用層的不同總線

4、之間通信時，由此節(jié)點充當(dāng)網(wǎng)關(guān)。 (3) 實時控制系統(tǒng)列車控制網(wǎng)絡(luò)以實時方式控制整個列車。其網(wǎng)絡(luò)傳輸具有短距離、低傳輸率和實時性強的特點。1.CAN總線控制器局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaNetwork)是由德國Bosch公司在20世紀(jì)80年代末，為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。1993年，CAN已成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898（高速應(yīng)用)、ISO11519（低速應(yīng)用)，是目前國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。1.1 技術(shù)特點 CAN是一種基于載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CS-MA/CD)機制的多主方式的串行通信總線。它的MAC（媒體訪問控

5、制）是通過非破壞性按位仲裁技術(shù)實現(xiàn)的。CAN通信協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式，其定義與開放式系統(tǒng)互連模型（OSI)一致。CAN的通信介質(zhì)一般為雙絞線。CAN協(xié)議采用短幀結(jié)構(gòu)，這將有利于系統(tǒng)的實時性。另一個特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以標(biāo)識符（Identifier）對信息進行優(yōu)先權(quán)分級。任何節(jié)點均可向全網(wǎng)絡(luò)廣播發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點則根據(jù)所接收到的標(biāo)識來決定是否處理所接收到的信息?？傊?，由于CAN采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，可為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供強有力的技術(shù)支持。1.2 CAN總線應(yīng)用 結(jié)合CAN總線可靠性、實時性強的特點和列車通信特定的環(huán)境，在列車

6、（包括地鐵列車、城市輕軌列車、磁懸浮列車)上，CAN總線基本上有2種應(yīng)用：一是用于列車通信網(wǎng)絡(luò)的車輛總線和列車總線；二是用于列車車載監(jiān)控系統(tǒng)。近年來，CAN總線協(xié)議在輕軌、地鐵、貨車等軌道車輛以及車門、空調(diào)、傾擺、制動、牽引以及旅客信息等控制子系統(tǒng)中也獲得了廣泛應(yīng)用。 采用基于CAN 總線的通信網(wǎng)絡(luò)替代原系統(tǒng)的RS485網(wǎng)絡(luò)。利用CAN控制器的消息對象機制實現(xiàn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)中的CAN 端口節(jié)點與各個列顯CAN 節(jié)點的通信，設(shè)計并實現(xiàn)了CAN 網(wǎng)絡(luò)通信程序及通信出錯的檢查與恢復(fù)方法。實際的數(shù)據(jù)傳輸測試表明，CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)完全滿足地鐵隧道顯示系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計要求，并大大提高了整個。地鐵隧道

7、顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性2. PROFIBUS2. PROFIBUSDPDP在微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用在微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用從圖可以看出各個本地工作站和控制中心通過通用的PROFIBUS現(xiàn)場總線進行相互的連接。而聯(lián)鎖則通過具有故障安全結(jié)構(gòu)的PROFIBUS現(xiàn)場總線進行數(shù)據(jù)傳輸。由于采用了現(xiàn)場總線，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散，構(gòu)造了網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，不僅提高了可靠性還簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得安裝工作量也大大減小?，F(xiàn)場設(shè)備的信息采集和控制通過分散式設(shè)備接口和軌道空閑檢測系統(tǒng)完成，設(shè)備均為網(wǎng)件。同時將進路、軌道電路、道岔和信號機的狀態(tài)信息傳送至控制中心和列車自動控制系統(tǒng)。所有正線信號設(shè)備均通過聯(lián)鎖

8、機進行安全邏輯運算后加以控制，通過現(xiàn)場總線使得聯(lián)鎖機控制設(shè)備范圍大大拓展+全線的聯(lián)鎖機則可集中在一處，在線路長度超過總線有效傳輸距離的情況下才需要分散設(shè)置聯(lián)鎖機。3.局部操作網(wǎng)絡(luò)LonWorks LonWroks(以下簡稱LON)是美國Echelon公司1991年推出的全開放智能分布式測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。LON采用的LonTalk協(xié)議遵循OSI參考模型的全部7層。LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron神經(jīng)元芯片中。LON支持總線型、星型和環(huán)型等多種拓撲結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是主從、對等或客戶/服務(wù)式。LON在鐵路工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。在國外,LON網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用在列車制動、門控、輔助電源控制、照明等方

9、面。如美國新澤西輕軌“彗星”號列車、舊金山灣地鐵(BART)制動系統(tǒng)監(jiān)視器和自動列車控制系統(tǒng)、ALSTOM公司機車牽引力系統(tǒng)、加拿大Bombarder和日本川崎等公司開發(fā)的列車通信網(wǎng)以及DB的照明、供暖和空調(diào)控制系統(tǒng)。在國內(nèi),一些鐵路科研部門和高校正采用LON技術(shù)從事列車制動、機車重聯(lián)和列車通信網(wǎng)等方面的研究開發(fā)。西南交通大學(xué)采用LON網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以兩動一拖動車組為對象,開發(fā)研制了基于LON技術(shù)的列車通信網(wǎng)絡(luò)LonTCN-系統(tǒng),并成功地在試驗車上運行。列車總線采用LON的方案,首先在昆明-石林車組上進行了3點的通信試驗,現(xiàn)已經(jīng)成功地應(yīng)用于“新曙光號”2動9拖的內(nèi)燃機車組。1997年5月,美國鐵路

10、協(xié)會AAR將LON作為其列車內(nèi)部通信規(guī)范,編號為S-4230。1999年8月,IEEE將LON作為其制訂的列車通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE1473-1999的一部分,即IEEE1473-L。三三. .城軌交通中所處的位置城軌交通中所處的位置 工業(yè)控制總線是用于現(xiàn)場控制終端及控制中心之間的一種分散，數(shù)字化的智能、雙向、多點、多站、多變量的通信系統(tǒng)。 地鐵隧道顯示系統(tǒng)采用的圖像顯示技術(shù)非常獨特，它能使乘坐地鐵的乘客在高速運行的列車上欣賞窗外連續(xù)播放的視頻圖像。顯示屏幕由幾百根或上千根間距為幾十厘米的列顯示器構(gòu)成，所有的列顯示器作為下位機，通過中間層的數(shù)據(jù)交換器與作為上位機的PC主機通信，構(gòu)成一個三級樹型拓

11、撲結(jié)構(gòu)的計算機通信網(wǎng)絡(luò)，參見系統(tǒng)組成框圖1(列顯示器在圖中標(biāo)注為光柱)。對于中間層數(shù)據(jù)交換器與列顯示器之間的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，原系統(tǒng)采用的是RS485總線。由于地鐵隧道環(huán)境復(fù)雜，總線出錯的機率很大，而RS485總線每次 錯都需要重傳數(shù)據(jù)，所以導(dǎo)致整體的傳輸效率很低。新型系統(tǒng)中采用先進的CAN現(xiàn)場線代替原來的RS485總線，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡膶崟r性、有效性、抗干擾性和可靠性四四. .相關(guān)設(shè)備相關(guān)設(shè)備 城市智能交通管理系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)模型：數(shù)據(jù)層、中間層(邏輯層)和客戶層(表示層)。數(shù)據(jù)層主要由中心數(shù)據(jù)庫、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)子系統(tǒng)組成，中間層是由交通信息子系統(tǒng)、交通信息數(shù)據(jù)管理應(yīng)用服務(wù)器、PGIS服務(wù)器和WEB服務(wù)器組成，客戶層（表示層）主要是應(yīng)用程序客戶端和Web客戶端，由一些圖形界面組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心是交通信息平臺應(yīng)用服務(wù)器。 數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層中間層客戶層中心數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)子系統(tǒng)交通信息子系統(tǒng)交通信息數(shù)據(jù)管理應(yīng)用服務(wù)器PGIS服務(wù)器WEB服務(wù)器應(yīng)用程序客戶端WEB客戶端地鐵機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（EM CS 系 統(tǒng)）由監(jiān)控中心和車站級監(jiān)控系統(tǒng)以及兩者之間的通信通道構(gòu)成。監(jiān)控中心由中央級局域網(wǎng)構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)采用SERVER/CLIENT方式，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包括兩臺互為備用的監(jiān)控主機、主備用服務(wù)器、一臺維護計算機、打印機服務(wù)器、通信前置