基于LonWorks技术的列车通信网络
基于LonWorks技术的列车通信网络
(成都)西南交通大学机车车辆研究所(610031) 杨志仁王雪梅倪文波
摘要:简要介绍了列车通信网络(TCN)标准以及采用LonWorks网络技术开发列
车通信网络的优点。基于LonWorks网络技术, 本文建立了列车通信网络LonTCN2Ⅰ的体系结构以及硬件、软件实现措施。
关键词:列车通信网络,现场总线,LonWorks ,通信控制
近几年,国内机车车辆工业发展迅速,相继开发成功了动车组、200 km/ h高速列车,以及目前处于开发研制阶段的内燃摆式动车组、300 km/ h高速车、城市轨道车等。这些新型机车车辆需要对列车的运行状态和故障信息作出快速准确的判断和处理,而传统的机车车辆控制技术已完全不能满足这方面的要求,因此必须配备列车通信控制网络产品,方能实现整个列车的正常运行。然而目前国内尚无现成的列车通信控制网络产品,一些机车车辆制造工厂为了尽快占领新型机车车辆市场,纷纷从国外进口具有网络功能的控制系统,如出口伊朗的地铁车、现正在运营的内燃动车组等,分别引进了Adtranz瑞士分公司、德国Siemens公司及日本新泻公司的产品,以解燃眉之急。鉴于上述情况,为尽快形成研制国产的列车网络产品,本文采用LonWorks网络技术,以两动一拖动车组为对象,开发研制了基于Lon2Works技术的列车通信网络LonTCN2-Ⅰ系统。
1列车通信网络概述
随着动车组的兴起,列车控制技术已从单台机车控制逐步向列车网络控制方向发展,列车网络控制已成为高速列车、动车组的必备技术之一。列车网络控制的主要任务有:
①实现各动力车的重联控制;
②实现全列车(动车和拖车)所有由计算机控制的部件联网通信和资源共享;
③实现全列车的制动控制、自动门控制、轴温监测及空调控制等功能;
④完成全列车的自检及故障诊断决策。
为了使各种铁路机车车辆能够互相联挂,并且车上可编程电子设备能够互换,国际电工委员会(IEC)和国际铁路联盟(UIC)联合制定了一项标准———列车通信网络TCN(train communication network) ,即IEC61375项标准。同时IEEE
也引用该项标准作为列车通信网络标准IEEE1473 - T。网络总体结构包含两级:连接各车辆的列车总线(train bus)和连接一节车辆内或车辆组各设备的车辆总线(vehicle bus) ,见图1。该项标准的制定为今后开发列车通信网络提供了参考,同时也促使产品尽快与国际接轨。
2采用LonWorks网络技术的依据
作为一种测控网络,LonWorks 技术的许多性能都符合TCN标准的要求,具体表现在以下几个方面:
(1)突出的统一性、开放性及互操作性:LonWorks网络协议符合国际标准化组织(ISO)定义的开放互连(OSI)模型,任何制造商的产品都可以实现互操作。协议对外开放,对任何用户平等。该特性完全符合TCN关于实现世界范围的车辆间的相互操作和插入式设备连接的要求。
(2)通信媒介的多样性:可用任何媒介进行通信,包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等。不同通信媒介之间可通过路由器实现通信。这就为开发列车通信网络时选择通信媒介提供了更多的选择余地。
(3)多种型式的网络拓扑结构:有星型、总线型、环形及自由拓扑型;网络结构可以是主从式、对等式或客户/ 服务式结构。
(4)通信速率高:通信速率可达1. 25 Mb/ s ,此时有效距离为130 m ;78 kb/ s的双绞线,直线通信距离可达2 700 m。这种通信速率及通信距离基本上符合列车通信网络在这方面的要求。
(5)主要元器件的工作温度范围宽:其神经元芯片的协议控制器和总线收发器的工作温度范围为- 40～85℃,符合机车车辆行业对环境温度的特殊要求。
LonWorks作为一种工业现场总线,由于其优越的性能正受到各行各业的重视。目前已有56个国家和地区的2000多个公司在使用LonWorks技术及其产品,在全球工业控制节点中LonWorks占有率达51 %。它被广泛用于航空/ 航天、建筑物控制、工厂自动化等领域。LonWorks在铁路工业中也有广泛的应用。在国外,LonWorks 网络已经在列车制动、门控、辅助电源控制、监控、空调及通风、旅客信息、信号、故障记录、到站显示、照明等方面有应用实例,如美国新泽西轻轨Comet Ⅳ项目、旧金山湾区地铁(BART)制动系统监视器和自动列车控制系统、ALSTOM公司的牵引力系统、DB的照明、供暖和空调控制系统等。1997年,美国铁路协会(AAR)已经把LonWorks技术作为AAR标准(S- 4320) 。1999年8月,LonWorks 控制网络技术正式成为在列车通信方面新的IEEE147321999标准的一部分,即IEEE14732L。它和前述的IEEE1473 - T共同形成列车网络控制的标准。目前,正在开发相关的网关,以使两项标准网络可以互联。
3LonTCN-I列车通信系统简介
3. 1系统网络结构和功能
本系统借助LonBuilder开发平台及其2个仿真器、3个路由器、5个Gizmo3以及9个LonWorks智能节点,共同组成一个模拟对列车轴温、电动门进行信号采集、处理与控制的列车通信网络。系统网络结构图如图2。
按照TCN 标准的要求,将此列车通信网络分成列车总线和车辆总线两层结构,由路由器负责两层总线之间的连接和数据交换。在列车总线上,以LonBuilder的管理模块和协议分析模块作为系统的管理器,2 个LonBuilder仿真器及2个Gizmo3分别作为2个头车的总监控节点,对全列车的运用状态进行监控。2个监控节点具有互锁功能,即只能有一个节点起作用,以模仿列车运行方向。在车辆总线一级,在每节车厢设置了一个代理节点,作为每节车厢的监控节点,同时,车辆总线上各节点的任何信息要与外部共享时,必须经过该代理节点。这样,可以更好地隔离车厢之间的交往,减少网络交通阻塞。另外还设置了轴温、门控2个监控节点对车厢内4个轴位的轴温、4个电动门的开闭状态进行监控。整个列车网络各总线采用总线型拓扑结构,通信介质采用双绞线,各节点均采用TP/ XF278型收发器,网络通信速率78 kb/ s。
3. 2系统软件及实现
图3所示为一节车厢各节点与列车管理总节点之间的系统信息流向图。当车辆电动门节点收到列车管理总节点发来的“检测门”信号后,循环检测4个门的关闭状态,该节点将门系列号、门的状态信号及报警号传送给车辆代理节点,车辆代理节点将门节点信息进行处理连同车辆系列号一同传送给列车管理中节点。同理,车辆轴温节点对4个轴的轴温检测、变换后,其传送过程和门控节点相同。信号类型有开关量输入输出及标准模拟量输入输出(4～20 mA) 。程序采用Neuron C语言编程。
(1) 轴温节点
该节点外接1个Gizmo3用来采集4个模拟通道的轴温数据,并将采集到的数据转换后送到Gizmo3上L ED七段数码显示器上显示轴位及轴位值。节点I/ O 口定义如下: IO28采用Neurowire全同步串行数据格式输入/ 输出方式, 以驱动MC145053 A/ D转换器和MC14489数码显示器; IO20驱动扬声器, IO21提供红色指示灯信号,二者共同完成声光报警功能。
(2)门控节点
IO24～IO27 4个I/ O 口分别采集4个门的开关状态; IO20～IO23分别提供相对应的开关门信号。
(3) 车辆代理节点
车辆代理节点负责本车厢与外部的联络。为此,将此节点设置成分属两个域,使其成为网关。这样,该节点既完成了隔离各车厢之间的交往,又起到了与外部交往的桥梁作用。
(4)列车总控节点
该节点接入Gizmo3用于监控各车厢轴温及电动门的状态。其中IO28 Neurowire输入/ 输出方式驱动数码显示器; IO23轴温状态显示控制按钮输入; IO27门状态显示控制按钮输入; IO24作为司机钥匙控制器输入接口; IO25切断列车总控节点电源输出接口。当IO24端口检测到本主控节点有钥匙插入并开机信号, IO25端口输出切断另一主控节点电源信号,保证只有一个主控节点工作。
3. 3试验及试验结果
本程序共涉及40多个网络变量。系统进行了实验室试验及线路运行试验。在实验室内采用100 m弱5类双绞线进行了16 h连续试验,总共传输8 000 031个数据包而没有丢失一个包。网络平均每秒传送数据包160个左右,平均每个数据包容量11. 6B ,频宽利用率65 % ,有效载荷率17 %。在国家牵引动力重点实验室的牵引机车及试验车上安装该网络模拟两动一拖车组在学校专用线路上进行了线路运行试验。在1 h的试验过程中,两车之间共传输520 000个数据包,而没有丢失一个数据包,运行效果良好,达到了最初设计要求。在试验车上的运行试验结果如表1所示。
4结束语
在铁路机车车辆通信网络中采用LonWorks网络技术进行通信和控制,作为一种尝试,达到了预期目的。在现有的各种现场总线中,LonWorks 以其特有的性能正在被越来越多的铁路科技人员所接受。据了解,大部分铁路科研部门采用LonWorks技术正在从事列车制动、机车重联、列车通信等方面的研究开发,这表明LonWorks网络控制技术在列车通信中具有广阔的应用前景。当然,还需要做很多工作,譬如:如何从硬件及软件上解决信号延迟、信号衰减、反射波叠加引起畸变以及电磁干扰等问题。LonTCN2Ⅰ系统只是刚刚起步,还需进一步的完善。尚需增加机车重联、列车制动、列车定向排序等功能,使系统功能更加完善,更加趋向实用化。
参考文献
1 Neuron Chip Data Book ECHELON. 1995
2 LonBuilder User’s Guide ECHELON. 1995
3 Neuron C Programmer’s Guide ECHELON. 1995
4 Hubert D , Kirrmann et al . ICE列车通信网络. 机车电传动,1999 ,(3)
5 严云升. 列车计算机网络控制系统. 电力机车技术,1999 ,(3)
列车通信网络各类标准
1．TCN 1988年，国际电工委员会（IEC)第九技术委员会（TC9)邀请来自20多个国家和国际铁路联盟（UIC)的代表成立了第22工作组（WG22),其任务是为铁路设备的数据通信制订一个统一的标准。经过11年的努力，IEC/TC9/WG22于1999年成功制订了列车通信网络标准，标准号IEC61375-l，简称TCN，从此TCN标准正式成为了国际标准。2002年，我国在铁道部标准TB/T3025—2002中也正式将TCN标准确认为列车通信网络标准。 国外方面，应用TCN的项目主要包括Siemens公司项目（布拉格地铁列车、德国铁路摆式列车、ICE高速列车等）和ADtranz公司（2001年被Bombardier 公司收购）的项目（瑞典的SBBLOK460-1/2/3和斯德哥尔摩地铁列车、德国的LRu MannHeim、挪威的 Gardmonde 等）。 在国内，列车总线 WTB 首先在“蓝箭”号上使用，“先锋”号是我国首列采用了 TEC 列车通信与控制系统的动力分散交流传动电动车组。在“蓝箭”的基础上，“中华之星”充分吸收了国外先进技术，是第二列采用 TEC 技术的动车组。将 WTB作为列车总线，MVB 作为车辆总线，其技术符合 TCN 标准，并具有良好的性能。 随后，TCN 产品在我国应用更加广泛。目前国内的 CRH 系列动车组中，CRH1，CRH3和 CRH5 全部基于 TCN 标准构成的列车通信与控制系统。 国内方面，我国把列车通信网络IEC61375-1标准等效采纳为铁路行业的标准，并将其应用在“先锋”、“蓝箭”、“中原之星”和“中华之星”等动车组以及SS3B型电力机车上。株洲厂将从德国Siemens公司引进的SIBAS系统成功地用在了广州地铁一号线上。我国的和谐号CRH1/3/5/380B型动车组上也都使用TCN。另外，TCN在北京地铁亦庄线、昌平线、房山线、15号线，广州地铁2、3、8号线，上海城轨交通1、2、4、9、11号线等城市轨道交通车辆上也得到了广泛应用。
城市轨道交通信号与通信系统基础知识
城市轨道交通信号与通信系统基础知识 填空题 城市轨道交通信号系统通常包括两大部分，分别为联锁装置和列车自动运行控制系统。 列车自动运行控制系统ATC包括ATO（列车自动驾驶）、ATP（列车自动超速防护）、ATS（列车自动监控系统）。 信号机是由机柱、机构、托架、梯子、基础组成。（此一般指高柱信号机，若矮型信号机则无梯子。） 机构是由透镜组（聚焦的作用）、灯座（安放灯泡）、灯泡（光源）、机箱（安装诸零件）、遮檐（避免其它光线射入）、背板（增大色灯信号与周围背景的亮度）等组成。 透镜式信号机是指用信号的颜色和数目来组成的设备，并且采用光学材料的透镜组。 通过色灯的显示，提供列车运营的条件，拥有一系列显示的设备称为信号机。 信号机按高矮可分为高柱信号机与矮型信号机。 信号机按作用的不同可分为：防护信号机、阻挡信号机、出段信号机、入段信号机、调车信号机。 道岔区段设置的信号机称为防护信号机。
10、控制列车的进入与速度的设备称为信号。传送各种信息（图像、信息等）称为通信。 11、继电器是由电磁系统和接点系统组成。电磁系统是由线圈和铁芯组成，即输入系统。接点系统是由前接点和后接点组成，即输出系统。 12、转辙机的功能有：转换道岔、锁闭道岔、给出表示。 13、转辙机按用电性质，可分为直流电动转辙机和三相交流电动转辙机。 14、转辙机按道岔锁闭位置，可分为内锁闭和外锁闭。 15、转辙机按动力，可分为电动和液压。 16、50Hz微电子相敏轨道电路应用于车辆段内，其作用是接受来自轨道上列车占用的情况。 17、音频数字编码无绝缘轨道电路应用于正线上和试车线上，其作用是接受和发送各种信息。 18、轨道电路的作用是用来监督线路上是否有列车占用和向列车发送各种信息。 19、利用钢轨作回路所构成的电路称为轨道电路。 20、联锁是指信号、道岔、进路之间相互制约的关系。
现场总线技术及其应用研究论文
现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势
第一章绪论 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。 （3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 第三章现场总线的种类 从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、
现场总线技术论文
总线技术论文 1．引言 1.1 计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS 现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。 现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.2 现场总线结构模型 现场总线的模型结构在低层(1、2层)是基本相同的，在上层各现场总线之间的功能有所不同。 IEC定义为3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。 ISA/ SP50委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。 1.3 现场总线主要特点 1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络； 3) 安装与接线费用低； 4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。 1.4现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优，而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的推广更加容易。
现场总线技术在电力自动化中的应用
现场总线技术在电力自动化中的应用 1、概述 现场总线（Fieldbus）是当前自动化领域的热门话题，被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，随着工业电网的日益复杂，人们对电网的安全要求也越来越高，现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。 2、现场总线 现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的，用于生产现场、在微机化测量控制设备之间的实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线系统FCS称为第五代控制系统，人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DSC系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
2.1 特点 现场总线技术是计算机，网络通讯、超大规模集成电路、仪表和测试、过程控制和生产管理等现代高科技迅猛发展的综合产物，因此现场总线的内涵现在已远远不是指这一根通讯线或一种通讯标准。现场总线的控制系统在精度、可靠性、经济性等许多方面都要比传统的控制系统要优越得多，其主要特点如下。 A 系统的开放性。 传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通讯。在ＦＣＳ中, 工作站同时靠挂于现场总线和局域网两层网络，通过后者可以与其它计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，没有专利许可要求，实行技术共享。它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 B 可操作性与互用性 不同厂家生产的DCS产品不能互换，要想更新技术和设备，只能全部更换。FCS可实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
CRH2型动车组列车通信网络
CRH2型动车组列车通信网络 信息传输系统采用列车级和车厢级两级网络结构。列车级网络为连接编组各车辆的通信网络，以列车运行控制为目的，连接各中央装置和终端装置，采用双重环网结构。车厢级网络为连接车厢内设备的通信网络。 11.3.1列车级网络结构 列车级网络由中央装置、终端装置、列车信息显示器、显示控制装置、IC卡读写装置及乘客信息显示器等设备构成。各装置在列车内的配置情况如表11.11所示。列车总线光纤双重环网布线结构如图11.12所示。 表11.11信息传输系统设备配置 *1：有模拟输入(AIN)卡
动车组列车级网络有两种类型。其一为光纤环网，连接所有中央装置与终端装置，采用ANSI/ATA-878.1(ARCNET)协议，其二为自我诊断传输网，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议。 列车总线传输线路包括车辆信息传输线(光纤环网)及自我诊断信息传输线(双绞屏蔽线)两种。车辆信息传输线由环线回路(100p)构成，如果在一个方向的环绕中检测到没有应答的情况，就向另一个方向的环绕传输，能够避开故障部位。 另外，当两列车联挂编组时车辆的中央装置之间由双绞屏蔽线连接。当条件成立时，打开环线回路(100p)，将联挂前的独立环线回路(100p)结合在一起，就能保持编组环线回路(100p)的结构。 列车总线光纤双重环网布线结构参见图11.12。性能如下。
光纤网：①通过光纤双重环路传输；②固定长度的循环传输方式(传输控制指令)；③令牌传递方式(传输监视器状态)；④标准传输周期10ms；⑤适用光纤QSl85/125；⑥传输速率2.5Mbit/s。 自我诊断传输线：①通过多站结合进行的单向传输(控制发送部→控制接收部)；②固定长度的循环传输方式；③传输周期10ms标准；④符号化基带方式24V(P-P值，120Q 平衡电路)；⑤HDLC方式38.4kbit/s；⑥双CPU方式的失效保护传输。 11.3.2列车级网络设备及配置 列车级网络设备主要包括中央装置、终端装置、显示控制装置、显示器和IC卡读写装置。 11.3.2.1中央装置
基于通信的列车控制系统
基于通信的列车控制系统（CBTC 【引导案例】 目前，在新建地铁信号系统的方案选择上，采用CBT无线AP （无线接入点）接入方式的线路已越来越多。采用AP接入，具有成本较低、通信带宽高、可部分使用商用设备、安装调试方案灵活和施工时间短等优点。现在我国在建或改造的地铁线路中，采用无线AP接入的有北京地铁4号线、10号线和深圳地铁2号线等。欧洲ETC计划，为了实现欧洲铁路互联互通，车载设备采用ETC总线， 可以灵活地支持与各种传统设备及ETC齐载设备的通信；传输设备有欧洲应答器和欧洲环路，即数据传输速率为565kb/s的磁应答器和采用漏泄电缆的环路；欧洲无线也在进行工程实施。ERTM系统是为了适应欧洲铁路互联互通的目的，它集联锁、列控和运行管理于一体。西班牙的马德里—巴塞罗拿线采用该系统，列控系统符合欧洲铁路统一标准ETC二级标准，速度监控方式采用一次连续速度曲线控制模式（又称目标距离一次制动模式曲线方式），列车占用靠UM2000 轨道电路，列车定位靠欧洲应答器，车与地双向传输靠无线数传。 在城市轨道交通中，基于通信的列车控制系统CBTC（Communication Based Train Contrl）是一种采用先进的通信、计算机、控制技术相结合的列车控制系统。相对于固定闭塞而言又把它称为移动闭塞。移动闭塞是目前线路能力利用效率更高的列车闭塞方式。与固定闭塞方式相比，移动闭塞相当于将区间分成了无数个细小的、连续的闭塞分区，它使得列车间的安全信息传递得更为频繁、及时和详细。因为移动闭塞系统能够比固定闭塞更优地确定列车的位置和传输列车信息，所以移动闭塞系统可以根据列车的动态运行确定更小的列车间隔。同样，取消固定闭塞所需的轨道设备也可以减少维修费用，并且利用列车和路边设备的传输信息通道也可以传输与列车实时运行有关的操纵信息，以提高管理能力和诊断故障设备。因此，采用移动闭塞系统能够更好地满足铁路的需要。 典型的基于通信的列车控制系统（CBTC的结构框图如图5-1所示。由图可
轨道交通电子设备 列车通信网络(TCN) 第2-2部分：绞线式列车总线(
I C S45.060 S70 中华人民共和国国家标准 G B/T28029.3 2020 部分代替G B/T28029.2 2011 轨道交通电子设备列车通信网络(T C N)第2-2部分:绞线式列车总线(W T B) 一致性测试 E l e c t r o n i c r a i l w a y e q u i p m e n t T r a i n c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k(T C N) P a r t2-2:W i r eT r a i nB u s(W T B)c o n f o r m a n c e t e s t i n g [I E C61375-2-2:2012,E l e c t r o n i c r a i l w a y e q u i p m e n t T r a i n c o mm u n i c a t i o n n e t w o r k(T C N) P a r t2-2:W i r eT r a i nB u s c o n f o r m a n c e t e s t i n g,MO D] 2020-03-06发布2020-10-01实施 国家市场监督管理总局
目 次 前言Ⅲ 引言Ⅵ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义二 缩略语1 3.1 术语和定义1 3.2 缩略语1 4 一致性测试方法二 要求和边界2 4.1 方法2 4.2 要求3 4.3 边界5 4.4 一致性评估过程框架9 5 WT B 节点二主干电缆二跨接电缆二扩展电缆的一致性测试10 5.1 概述10 5.2 P I C S 10 5.3 P I C S 表12 5.4 基本互连测试19 5.5 能力测试19 5.6 行为测试19 6 R T P 一致性测试51 6.1 R T P 一致性测试说明51 6.2 端口和通信存储器51 6.3 数据集的坚固性51 6.4 端口地址52 6.5 链路过程数据接口原语52 6.6 消息服务和协议52 7 WT B 编组的一致性测试53 7.1 总则53 7.2 P I C S 53 7.3 测试套55 7.4 编组网互操作性测试64 7.5 应用规范64 7.6 编组上的多个节点64 8 网络管理一致性测试64 附录A (资料性附录) 本部分与I E C61375-2-2:2012相比的结构变化情况 65 附录B (规范性附录) 测试实验室职责及客户职责69 附录C (资料性附录) 测试仪器和专用测试台75 参考文献82
现场总线技术的发展与应用
现场总线技术的发展与应用 摘要：现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅猛的发展和应用。为此本文阐述了现场总线的发展和多现场总线技术的应用。关键字：现场总线自动化控制系统 1概述 在计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场， 发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。 现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的 有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS 现场总线、MODBUS、PHEONIG 公司的INTERBUS、AS —INTERFACE 总线等。 自动化控制系统就是通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。
从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看，主要有PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FF、HART、CAN等现场总线。以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术，即整个自动化控制系统中只采用一种现场总线，整个系统构造比较单一。 现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.1现场总线是一个巨大的商业机会 一项权威报告声称现场总线的应用将使控制系统的成本下降67 %;巨大的商业利益直接导致产生一个巨大的市场，并且促使传统市场萎缩，从而引发技术进步。这些对于我们行业来说都很重要，因为我们正处在新旧市场交替的关口。 1.2.现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优， 而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的
现场总线技术与应用做题及答案
8:20:02下午9/12/201915 现场总线技术与应用做题及答案 什么是现场总线？ 答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场 总线的概念一般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数 字化、双向串行、多节点的底层通信总线。 现场总线的本质含义表现在哪些方面？ 答：1．现场通信网络；2．现场设备互联；3．互操作性；4．分散功能块；5．通信线供电；6．开放式互联网络。 现场总线有哪些优点？ 答：1．全数字化；2．全分布；3．双向传输；4．自诊断；5．节省布线及控制室空间；6．多功能仪表；7．开放性；8．互操作性；9．智 能化与自治性 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？ 答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？ 答：1．数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。 2．在车间级与设备级通信的数字化网络。 3．现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。 4．现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底
层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。 5．在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？ 答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线 进行互联。 （1）变送器常用的变送器有温度、压力、流量、物位和分析五大类，它既有检测、变换和补偿功能，又有PID控制和运算功能。 （2）执行器常用的执行器有电动和气动两大类。执行器的基本功能是控制信号的驱动和执行，还内含调节阀输出特性补偿、PID控制和 运算功能，另外有阀门特性自动校验和自诊断功能。 （3）服务器和网桥服务器下接H1和H2，上接局域网LAN（Local Area Network）；网桥上接H2，下接H1。 （4）辅助设备辅助设备有H1/气压转换器、H1/电流转换器、电流/H1转换器、安全栅、总线电源、便携式编程器等。 （5）监控设备监控设备主要有工程师站、操作员站和计算机站，工程师站提供现场总线控制系统组态，操作员站实现工艺操作与监视， 计算机站用于优化控制和建模。
现场总线技术与应用做题及答案
现场总线技术与应用做题及答案 什么是现场总线？ 答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场总线的概念一 般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串 行、多节点的底层通信总线。 现场总线的本质含义表现在哪些方面？ 答： 1．现场通信网络； 2．现场设备互联； 3．互操作性； 4．分散功能块； 5．通信线供电； 6．开放式互联网络。 现场总线有哪些优点？ 答：1．全数字化； 2．全分布； 3．双向传输； 4．自诊断； 5．节省布线及控制室空间； 6．多功能仪表； 7．开放性； 8．互操作性； 9．智能化 与自治性 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？ 答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？ 答：1．数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。 2．在车间级与设备级通信的数字化网络。 3．现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。 4．现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。 5．在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？ 答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线 进行互联。
列车网络控制技术
1．归纳FF，CAN,MVB三种现场总线的数据链路层要点。 MVB链路层数据 有效的帧格式见图1 1)主帧格式:以主起动定界符开始,接着是16位报文数据,然后是8位校验序列。 4位F_code码限制下面的12位并指示从帧大小,如图2所示。 2)从帧格式:以从起动定界符开始,接着是16,32,64,128或256位帧数据,8位校验序列 在64位数据的每个字后或在16,32位数据后。帧文每64位后就有一个校验序列,如图3所示。 3）报文时序:主帧和响应它的从帧称为一个报文。 4）报文类型:过程数据、信息数据和监管数据报文。 MVB/WTB消息链路层实现消息数据通信；对于监视数据，应用层调用MVB/WTB监
视数据接口函数实现消息数据通信 2．针对控制网络传送数据，一般分为三种数据类型，试解释哪三种类型，通常采用何种传输方式。 3．根据HDLC协议，设计一个带有信号帧、监控帧和无编号帧的一次数据交换传输帧格式及内容。 （1）信息帧（I）：用于传输用户数据，控制字段的第0位规定为‘0’； Ns（发送帧序号）：说明本帧对应的帧序号（采用模8计数），发送端可以不必等待确认，而连续地发送若干帧（不超过8帧），每发一帧，Ns模8计数一次； Nr（待收帧序号）：说明希望接收对方帧的序号（采用模8计数），Nr隐含指示该序号之前的所有帧已被正确接收； P/F（查询/终止指示符）：对于不同的传输模式，该位具有不同的含义。当采用ARM和ABM传输模式时，P=1要求对方立即予以响应，并在响应中置F=1。无论使用何种传输模式，P/F总是一一对应的，在接到F=1的帧之前，不允许再发P=1的帧。 （2）监控帧（S）：用于表示接收状态，其控制字段的第0、1位规定为“10”；第2、3位表示了四种类型的监控帧。 Type=00,接收准备就绪(RR)，发送该RR监控帧的一方准备接收编号为Nr的帧； Type=10,未准备就绪(RNR)，发送该RNR监控帧的一方说明已经收妥Nr以前的所有帧，但希望对方暂缓发送Nr帧； Type=01,拒绝接收(REJ)，发送该REJ监控帧的一方说明已经收妥Nr以前的所有帧，但编号为Nr的帧有差错，希望对方重发编号为Nr及其以后的所有帧； Type=11,选择接收(SREJ)，该帧的含义类似REJ监控帧，但希望对方仅仅重发第Nr 帧。 （3）无编号帧(U)：用于命令的传输（建立/拆除链路）等； 控制字段的第0、1位规定为“11”，第2－3位（M1）和第5－7位（M2）表示U帧的类型。例如： M(M1M2)=11100(SABM)，某一复合站置本次链路为异步平衡模式；M(M1M2)=00010(DISC)，主站请求释放(拆除)本次链路； M(M1M2)=00110(UA)，次站对主站命令的确认，类似BSC中的ACK；M(M1M2)=10001(CMDR)，次站对主站命令的否认，类似BSC中的NAK； 1)信息帧I：N(S)、N(R)表示发送帧序号与接收帧序号。表示该站下一接收帧的序号， 捎带确认的作用，已知该站已正确接收序号为[N(R)-1]帧及以前各帧。 2)监控帧S：无I字段，只有48位长，S位表示帧内容： S=00：接收准备好，准备接收下一帧。=10：接收未准备好，暂停接收下一帧。=01：拒绝；否认N(R)发的所有帧，要求重发。=11：选择拒绝，只否认N(R)发的帧。重发该
工业现场总线的应用
摘要 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 本文介绍了CAN总线技术，以及CAN总线在以摩托罗拉16位单片机MC9S12为中央控制器的某汽车仪表系统中的应用，并对该系统总体结构及其中CAN通信模块的软硬件设计作了说明。 关键词：现场总线，PROFIBUS-DP，CAN总线，MC9S12，汽车，仪表
Abstract Fieldbus FF (Field Bus) concept originated in the 70's, Fieldbus has developed into computer networks, communication technology, field control, production management, etc. as one of the field bus control system FCS (Field-bus Control System). Communication line will extend to the production site has been producing equipment for process and manufacturing automation equipment or field instrument field-site communication network interconnection, the traditional DCS network structure into a two-tier network architecture, reduce costs, Improve the reliability, control and management to achieve the integration of architecture. This paper introduces the CAN Bus technology as well as the application of CAN Bus in MOTOROLA-16-bit single chip MC9S12 central controller for a car instrument system. It also explains the system in the overall structure and the design of the software and hardware CAN communication modules. Keyword：Field Bus, CAN Bus ,Car instrument
现场总线技术及应用课程论文
自动化学院 基于CAN总线的网络控制系统设计 CAN(控制器局域网是德国Boseh公司于1983年为汽车应用而开发的一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络，属于现场总线(FieldBuS)的范畴。1993年n月，150正式颁布了控制器局域网CAN国际标准(工5011898)，CAN 总线的通讯介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维。通讯距离与波特率有关，最大通讯距离可达1队m，最大通讯波特率可达IMbpS。CAN总线仲裁用11位(CAN2.OA协议)和29位(CAN2.OB协议)标识和非破坏性位仲裁总线结构机制，可以确定数据块的优先级，保证在网络节点冲突时最高优先级点不需要冲突等待。CAN结构模型取150/051模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链层和应用层。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片己经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。 3.1.2CAN总线特点 CAN总线特点如下: (1)CAN总线插卡可以任意插在PC、AT、XT兼容机上，方便地构成分布式监 控系统。 (2)CAN可以以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻向网络 上其它节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵活，利用这一特点也可以方便地构成(容错)系统。 (3)CAN网络上节点可分成不同的有限等级，可以满足不同的实时要求。CAN 采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点
现场总线技术发展及应用
现场总线技术的发展及应用 专业：控制理论与控制工程学号：132030032 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，20世纪80年代中期产生了现场总线。根据国际电工委员会IEC1158定义，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使之数字化、智能化，采用可进行简单连接的双绞线等介质将位于现场的各种智能设备及各种控制设备连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议进行数据传输与信息交换。它突破了DCS相对封闭的限制，将测控任务分散到现场设备中，上位计算机只负责监控以及一些复杂的优化和先进控制的功能。以现场总线技术为基础形成了一种新型的网络集成式全开放控制系统—现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)，它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向，成为全球工业自动化领域的研究热点。 1. 现场总线的体系结构 现有各种现场总线的协议体系大多参照了国际标准化组织(ISO)的开放系统互联协议(OSI)七层模型，实现了其中的物理层、数据链路层和应用层，有些总线还按照自己的需要进行了适当的扩充。以现场总线基金会FF制定的现场总线标准为例，它的体系结构包括了物理层、数据链路层和应用层，另外又在应用层上增加了一层用户层。 （1）物理层 该层规定了现场总线的传输介质、传输速率、最大传输距离、拓扑结构及其信号类型等。以FF现场总线为例，其传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤和无线电等；传输速率有低速的H1现场总线和高速的H2现场总线。H1的传输速率为31 kbps或25 kbps，传输距离为200~1 900 m，总线最多可连接4台中继器。H2的传输速率为1Mbps/750 m或2.5 Mbps/500 m。H1每段最多节点数为32个，H2每段最多节点数为124个。 （2）数据链路层 该层FF规定所有连接到同一物理通道的应用进程都是通过数据链路层的实时管理来协调的，采用集中式的管理方式减少了实时通信的时延，该层将设备