现场总线在城市轨道交通信号系统中的应用
基于现场总线技术的城轨交通列车运行监控系统
第 ２卷第ｌ Ｉ 期
２ ０ ０ ２ 年 ２月
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基于现场总 线技术的城轨 交通列 车运行监控 系统
宋若 刚 ． 陈永 生． 郭玉 臣
同 济 大 学 电 子 与 信 息 工 程 学 院 ，上 海 ２ ０ ３ ） ０ ３ １
摘
要 ：针 对 行 车 密 度 小 、 法 应 用 轨 道 电 路 作 为列 车 检 测 手 段 的 域 市 轨 道 交通 系统 ， 出 了 一 种 基 于 现 场 总 线 无 提
ＳＯＮＧ Ｒｕｏ ａｎ ｇ ｇ． （ ＨＥＮ ｏ ｈｅ ｝ Ｙ ｎｇ ｓ ｎｇ， Ｇ ＵＯ ｅ Ｙｕ ｃｈ ｎ
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LonWorks 现场总线技术在列车监控系统的实现
LonWorks现场总线技术在列车监控系统的实现1.引言地铁作为城市公共交通工具的一个重要组成部分其安全性越来越受到国际社会的关注，但是由于地铁列车车厢的独特性以及其功能定位的特殊性，因此不能用传统的眼光来破解地铁列车车厢监控系统这一难题；我国城市轨道交通建设虽已进入快速发展时期，但长期以来轨道交通的信号控制核心技术一直被德国西门子、法国阿尔斯通和泰雷兹等国际信号公司所垄断。
不过，目前这种垄断正被国内铁路信号领域高新技术企业打破：上海卡斯柯信号有限公司研制的智能列车监控系统的各项技术指标，如自动调度、自动调整、能耗优化、异常预警等，均达到甚至优于国际先进水平，在我国上海、北京、天津等大中城市有着广泛的开通业绩。
智能列车监控系统在信号系统中是保证列车高效率运行的重要设备，它将现代通信技术和计算机技术与城轨信号技术结合，对城轨交通列车运行进行监督和自动控制，实现了多项列车运行智能调整和决策功能。
本标准同样规定了两种类型的列车通信网络：T型和L型。
目前，国内列车通信网络的应用主要集中在L型网络。
在铁路系统内采用开放的IEEE标准将可以保证多厂家产品的互操作性，从而可以帮助促进供应链中每一环节的竞争力，加快技术发展。
2. 网络控制技术的特点LonWorks（Local Operating Networks）是美国Echelon公司1991年推出的现场总线技术，它可以很好地解决在控制网络的设计、构成、安装和维护中出现的大量问题。
LonWorks网络控制技术的特点：（1）开放性：网络协议开放，对任何用户平等；（2）互操作性：LonWorks通信协议LonTalk符合ISO（国际标准化组织）定义的OSI开放互连模型。
任何制造商的产品都可以实现互操作；（3）通信媒介：几乎囊括了目前所有可用通信媒介，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外线等，而且在同一网络中可以有多种通信媒介；（4）网络结构：可以是主从式、对等式或客户/服务器模式；（5）网络拓扑：有星形、总线形、环形以及自由形；（6）通信速率：可达1.25Mb/s，此时有效通信距离为130m。
2024年现场总线控制系统市场规模分析
2024年现场总线控制系统市场规模分析简介现场总线控制系统是一种基于现场总线通信协议的自动化控制系统，广泛应用于工业生产领域。
本文将对现场总线控制系统市场规模进行分析，探讨其市场发展趋势、主要应用领域和未来市场前景。
市场规模概述随着工业自动化程度的提高和信息技术的不断进步，现场总线控制系统市场规模逐年扩大。
根据市场研究数据，预计到2025年，全球现场总线控制系统市场规模将达到X亿美元。
亚太地区将成为现场总线控制系统市场的最大增长区域，其快速发展的制造业和工业基础设施建设将推动市场需求增长。
市场发展趋势1.智能化升级：现场总线控制系统日益智能化，采用先进的传感器技术和实时数据分析算法，实现设备状态监测、故障诊断和预测维护等功能，提高生产效率和设备可靠性。
2.云平台整合：现场总线控制系统与云平台的整合将成为市场发展的趋势。
通过与云端平台集成，实现数据的远程监控和管理，提供更加灵活、高效的生产管理方式。
3.物联网应用：现场总线控制系统作为物联网的重要组成部分，将广泛应用于智能制造、智能能源等领域。
物联网技术的兴起将进一步推动现场总线控制系统的市场需求增长。
4.安全性提升：随着工业网络的普及和信息安全风险的加剧，现场总线控制系统的安全性将成为市场关注的焦点。
供应商将加强产品安全性能的研发，提供更可靠的安全解决方案。
主要应用领域现场总线控制系统广泛应用于以下领域： 1. 工厂自动化: 现场总线控制系统在工厂自动化中扮演重要角色，用于控制和监测生产过程中的各种设备，提高生产效率和质量。
2. 能源管理: 现场总线控制系统在能源管理中的应用日益广泛，通过对能源设备的监测和控制，实现节能减排和能源资源的最优利用。
3. 交通运输: 现场总线控制系统在交通运输领域被广泛应用，用于交通信号灯控制、道路监测和交通调度等方面，提高交通效率和安全性。
4. 建筑自动化: 现场总线控制系统在建筑自动化中的应用越来越多，用于楼宇自动化控制、安全监控和能耗管理等方面，提供舒适、智能的建筑环境。
工业控制总线技术讲解
CAN总线在铁路车站全电子计算机联锁系统中的应用
铁路信号计算机联锁系统是一种以计算机为主要技术手段实现车 站联锁的系统, 是保障行车安全的基础设备之一。随着我国铁路不断地 提速和运输效率的提高, 对计算机联锁的安全性及控制的要求也越来越 高, 而国内车站的联锁控制现在主要是6502 电气集中联锁控制和计算 机联锁加继电器执行控制, 由于这两种系统中都存在继电器, 都有维修 、运行及施工等方面的问题, 难以适应新的更高的要求, 并且基础信号 设备模拟量监测上也存在一定问题, 还需单独增加微机监测系统, 而全 电子计算机联锁系统, 去掉了执行部分的继电器电路, 代之以智能全电 子执行单元, 实现了控制、监督、监测一体化,为铁路信号设备的升级 做了有益的技术积累。由于系统数据采集量大且实时性要求高, 故采用 FCS 控制结构, 利用现场总线组成分布式智能控制和采集系统, CA N 总线具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特 点, 因此本系统采用CAN 总线作为现场总线。
2.工业控制总线在城轨交通中所处的地位
工业控制总线是用于现场控制终端及控制中心之 间的一种分散，数字化的智能、双向、多点、多站、 多变量的通信系统。
PROFIBUS—DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取 从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须 要比主站(PLC)程序循环时间短。 除周期性用户数据传输外PROFIBUS—DP还提供智能化现场设 备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理PROFIBUS— DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个 站点。系统配置的描述包括；站数、站地址、输入／输出地址、输 入／输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。 每个PROFIBUS -DP系统可包括DPROFIBUS—DP用于现场层 的高速数据传送。主出信息。总线循环时间必须要比主站(PLC)程 序循环提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断 和报警处理。PROFIBUS—DP允许构成单主站或多主站系统。在同 一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括；站数、站地 址、输入／输出地址、输入／输出数据格式、诊断信息格式及所使 用的总线参数。每个PROFIBUS DP系统可包括一级DP主站(DPMl) 、二级DP主站(DPM2)，DP从站三种不同类型设备。
现场总线技术在城市轨道交通综合监控中的应用
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物 理 层 和 链 路 层 的 功 能 由 ＣＡＮ 接 控制 、工厂 制造 加工和各种驱动 系
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刘 阳学：铁道科 学研 究院 电子所 ，硕士研 究生 ，北京 １０ ８ ０ ０
长 ） 可支持总线供 电，支持 本质安 则 是 用 于 过 程 自动 化 的总 线 类 型 。 ， 全 防暴 环 境 。Ｈ ２ 的传 输 速 率 为 （）Ｃ ３ ＡＮ 现场总线 。Ｃ ＡＮ 的
２ 现场总线技术的分类及对 比
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现场总线技术及其应用
案例三：城市交通信号控制系统应用
总结词
利用现场总线技术实现城市交通信号的智能控制，提高 交通流畅度和安全性。
详细描述
在城市交通管理中，采用现场总线技术构建交通信号控 制系统，实现各个路口信号灯的实时通信和控制。通过 实时数据采集和智能算法，优化信号灯的配时方案，提 高交通流畅度和安全性，缓解城市交通拥堵问题。
在工业自动化领域，常见的现场总线 技术包括PROFIBUS、Modbus、 EtherNet/IP等。
智能建筑
智能建筑是现场总线技术的另一个重 要应用领域。通过现场总线，可以实 现建筑物内各种设备（如照明、空调 、安防等）的集中控制和管理，提高 建筑物的能源利用效率和舒适度。
VS
在智能建筑领域，常见的现场总线技 术包括LonWorks、CAN等。
智能交通系统
智能交通系统是现场总线技术的重要应用方 向之一。通过现场总线，可以实现交通信号 灯、监控摄像头等交通设施的集中控制和数 据传输，提高交通效率和安全性。
在智能交通系统领域，常见的现场总线技术 包括FlexRay、TTCAN等。
医疗设备
医疗设备是现场总线技术的重要应用 领域之一。通过现场总线，可以实现 医疗设备的集中控制和数据传输，提 高医疗设备的可靠性和安全性。
02
现场总线技术种类
PROFIBUS
德国标准总线
PROFIBUS是一种用于工业自动化的现场总线标准，由德国标准委员会制定。它 支持多种通信协议，广泛应用于制造业、过程控制和楼宇自动化等领域。
CAN总线
控制器局域网
CAN总线是一种用于汽车和工业自动化领域的现场总线标准。它支持分布式实时控制，具有高可靠性和灵活性，广泛应用于 汽车电子、智能交通和工业自动化等领域。
现场总线的原理与应用
现场总线的原理与应用1. 引言现场总线（Fieldbus）是指用于工业自动化领域的数字通信总线技术，广泛应用于工厂自动化控制系统中。
现场总线连接了各种感应器、执行器和控制设备，实现数据传输、实时控制和监测功能。
本文将介绍现场总线的原理和应用。
2. 现场总线的原理现场总线通过将数据进行数字化和通信，实现了系统的联网和集成化。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 数据传输方式现场总线采用异步传输方式进行数据的传输，每个节点都具有唯一的地址。
数据传输可以是双向的，节点可以发送和接收数据。
现场总线支持点对点或多点通信方式，节点之间可以直接进行数据交互。
2.2 数据传输协议现场总线使用特定的数据传输协议，确保数据的可靠传输和完整性。
常见的现场总线协议包括Profibus、Foundation Fieldbus、Modbus等。
这些协议定义了数据的格式、传输速率、校验等参数。
2.3 总线拓扑结构现场总线可以采用不同的拓扑结构，常见的有星型、环型、总线型等。
选择合适的拓扑结构可以根据系统需求和通信距离来确定。
拓扑结构的选择影响了总线的可靠性和性能。
3. 现场总线的应用现场总线在工业自动化领域有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：3.1 工厂自动化控制系统现场总线可以应用于工厂自动化控制系统中，连接和控制各种设备，如传感器、执行器、PLC等。
通过现场总线，可以实现实时数据的采集、设备的控制和监测，提高工厂的自动化程度和生产效率。
3.2 智能建筑系统现场总线可以用于智能建筑系统中，连接和控制照明、空调、安防等设备。
通过现场总线，可以实现对设备的集中控制和监测，提高建筑的能耗管理和智能化水平。
3.3 交通信号控制系统现场总线可以用于交通信号控制系统中，连接和控制交通信号灯、指示器等设备。
通过现场总线，可以实现实时的信号控制和交通流量的监测，提高交通效率和安全性。
3.4 水处理控制系统现场总线可以应用于水处理控制系统中，连接和控制水泵、阀门等设备。
现场总线技术在轨道交通中的应用模式
现场总线技术在轨道交通中的应用模式现场总线技术作为现代工业自动化领域的关键技术之一，其在轨道交通领域的应用日益广泛。
现场总线技术通过将传统的点对点控制方式转变为网络化、数字化的控制方式，极大地提高了轨道交通系统的可靠性、灵活性和智能化水平。
本文将探讨现场总线技术在轨道交通中的应用模式，分析其在轨道交通系统中的作用和优势。
一、现场总线技术概述现场总线技术是一种基于网络的通信技术，它允许多个设备通过单一的通信介质连接并交换数据。
与传统的控制方式相比，现场总线技术具有以下特点：1.1 高度集成：现场总线技术通过将多个控制点集成到一个网络中，减少了布线复杂性，降低了系统的维护成本。
1.2 灵活性：现场总线技术允许设备之间的灵活连接，便于系统的扩展和升级。
1.3 实时性：现场总线技术能够实现数据的实时传输，保证了控制系统的响应速度。
1.4 可靠性：现场总线技术采用冗余设计和错误检测机制，提高了系统的可靠性和稳定性。
二、现场总线技术在轨道交通中的应用现场总线技术在轨道交通领域的应用主要体现在以下几个方面：2.1 列车控制系统：现场总线技术在列车控制系统中的应用，可以实现列车运行状态的实时监控和控制，提高列车运行的安全性和效率。
2.2 信号系统：在信号系统中，现场总线技术可以用于实现信号机、转辙机等设备的联网控制，提高信号系统的可靠性和灵活性。
2.3 车辆监控系统：现场总线技术在车辆监控系统中的应用，可以实现对车辆状态的实时监控，及时发现并处理车辆故障，保障车辆运行安全。
2.4 能源管理系统：现场总线技术在能源管理系统中的应用，可以实现对轨道交通系统中能源消耗的实时监控和优化，降低能源消耗，提高能源利用效率。
2.5 乘客信息系统：现场总线技术在乘客信息系统中的应用，可以实现对乘客信息的实时发布和更新，提高乘客的出行体验。
三、现场总线技术在轨道交通中的应用模式现场总线技术在轨道交通中的应用模式主要包括以下几种：3.1 分布式控制模式：在分布式控制模式中，现场总线技术将控制功能分散到各个设备上，每个设备都可以地处理自己的控制任务，提高了系统的灵活性和可靠性。
现场总线技术及其在铁路系统中的应用 第二讲 CAN总线与LonWorks系统简介
现场总线技术及其在铁路系统中的应用第二讲 CAN总线与
LonWorks系统简介
李哲英
【期刊名称】《铁道通信信号》
【年(卷),期】1999(035)008
【摘要】@@ CAN总线和LonWorks系统都是比较流行的现场总线技术.CAN 总线主要用于汽车中的微机控制系统,近年来正逐步向其他工业控制领域推
广.LonWorks系统是一种分布式操作系统,目前在楼宇自动化中得到了广泛的使用.从现场总线技术的基本内容定义看,这2种现场总线技术形成的工业控制系统目前还不完善,有待发展.它们的通信部分比较成熟,可以提供各种通信接口专用模块电路,并且具有较好的抗恶劣工作环境的能力.此外,CAN总线和LonWorks系统都有不同的厂家支持其技术和产品,提供系统设计和应用的软件与硬件.
【总页数】3页(P30-32)
【作者】李哲英
【作者单位】北方交通大学电子电路实验中心,100044,北京
【正文语种】中文
【相关文献】
1.LonWorks现场总线技术在家居网络系统中的应用 [J], 吴凤泉;李杰;胡德双
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3.现场总线技术及其在铁路系统中的应用第三讲PROFIBUS、WORLDFIP和FF总线技术介绍 [J], 张至柔;李哲英
4.现场总线技术及其在铁路系统中的应用第四讲现场总线技术在铁路系统中应用展望 [J], 胡西;李哲英
5.基于Web服务器和LonWorks现场总线技术的铁路站场信号远程监测系统 [J], 杨斌;陶然
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地铁BAS——通讯网络及现场总线
地铁BAS——通讯网络及现场总线1总线问题综述 (2)2总线种类及执行标准 (2)3总线举例 (3)3.1基金会现场总线FF (3)3.2 ProfiBus (3)3.3 WorldFIP (4)3.4 ControlNet/DeviveNet (5)3.5 CAN (5)3.6 CC-Link (5)3.6.1开放式现场总线CC-Link技术背景 (5)3.6.2 CC-Link的通讯原理 (6)3.6.3 CC-Link的卓越性能 (7)3.6.4 应用特点简介 (9)1总线问题综述根据地铁车站实际环境条件，通讯介质选用双绞线/同轴电缆或光纤均成可能。
当然，如果不考虑工程成本，当然选择光纤介质通讯是最可靠最安全的。
如果通讯距离不是很远，也没有很强的干扰因素，可采用双绞线/同轴电缆，部分距离超出范围，而且处于容易干扰的环境时，可改用光纤连接，这样既经济又能保证通讯品质，也是很好的选择方案。
至于传输距离和通讯速率不能以介质来衡量。
如果使用同种通讯协议的条件下，光纤介质通讯距离和通讯速率远远优于双绞线/同轴电缆，具体通讯距离和通讯速率应该由通讯协议本身决定。
下面介绍一下现场总线通讯协议及各协议采用不同的传输介质的性能比较。
2总线种类及执行标准现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。
随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。
由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点。
近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：如德国西门子公司Siemens的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。
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现场总线在城市轨道交通信号系统中的应用作者：王小可
来源：《中国新通信》2013年第18期
【摘要】介绍了目前应用在城市轨道交通系统中的现场总线技术，通过对西门子计算机联锁系统系统配置和硬件结构的分析，阐述了PROFIBUS总线在城市轨道交通信号系统中的应用情况。
【关键词】现场总线城市轨道信号系统
一、引言
随着计算机和通信技术大量应用于信号系统中，传统的集中控制模式的信号系统逐渐被淘汰，采用现场总线技术的分散控制模式的信号系统逐步应用于城市轨道交通中。
二、现场总线技术的分类
目前城市轨道交通信号系统中使用的现场总线主要有以下几种：PROFIBUS、CAN、LONWORKS等。
其主要技术特点如下：（1）PROFIBUS现场总线。
PROFIBUS是一种国际性的、开放式的、不依赖于生产商的现场总线标准。
它诞生于1987年，由德国SIEMENS公司等组织开发，先后成为德国和欧洲的现场总线标准（EN50170），并于2000年成为
IEC61158中的现场总线国际标准之一。
（2）CAN现场总线。
CAN是控制器局域网（Control Area Network）的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信，其总线规范被ISO国际标准组织制定为国际标准。
CAN总线在国内应用非常广泛，在目前的轨道交通有大量应用实例。
三、现场总线技术在城市轨道交通信号系统中的应用
城市轨道交通信号系统主要由计算机联锁子系统、列车自动防护子系统、列车自动驾驶子系统和列车自动监控子系统组成。
本文讨论西门子计算机联锁子系统中现场总线的应用。
SICAS ECC基本配置：（1）操作与显示控制系统：包括计算机单元操作控制台、中央操作与显示功能、服务与诊断（S&D）设备。
（2）IC（联锁计算机）系统：包括用于联锁的信号和安全逻辑，多样化的微机、冗余设计和到EIM-ECC的总线连接。
（3）SICAS ECC（元件控制计算机）：带有3取2计算机系统的故障-安全EIM-ECC，用于室外设备和轨道空闲检测的接口连接）。
从SICAS系统硬件图中可以看到整个SICAS系统用到了ATS总线和PROFIBUS总线。
其中SICAS ECC与相邻的SICAS ECC之间采用PROFIBUS总线进行通信、SICAS ECC与下一个SICAS之间采用PROFIBUS总线进行通信，SICAS IC与SICAS ECC采用PROFIBUS总线
进行通信，而SICAS IC与相邻的SICAS IC采用ATS总线通信，SICAS IC和控制中心也采用ATS总线进行通信。
SICAS系统进行了冗余设计，SICAS的冗余设计分为设备冗余和通道冗余。
通道冗余指的是每一台设备提供两个通道，例如PROFIBUS A通道和PROFIBUSB通道，两个通道信息同步，设备可以任意选择一条传输通道进行信息的传递。
由于采用了PROFIBUS现场总线，计算机联锁系统的系统结构具有高度分散性，网络采用冗余结构，而且从PROFIBU协议模型看，显而易见不仅简化了系统结构和设备，还提高了可靠性。
重要的工作站，如SICAS ECC都享有信息通道冗余，可实时地选用PROFIBUS A、B网络中任一通道完成数据传输，保证了信息的安全性和可靠性。
四、结论
城市轨道交通的快速发展，对信号系统提出了更高的要求，为了改进传统信号系统的一些缺点，比如设备复杂，故障查找困难等，越来越多的城市轨道交通信号系统使用现场总线技术来简化系统结构、提高系统可靠性、降低成本。
现场总线技术的应用也使得城市轨道交通信号系统向着数字化、网络化、智能化的方向发展。
随着我国城市轨道交通快速发展，会有越来越多的现场总线进入城市轨道交通领域。
参考文献
[1]刘阳学，现场总线技术在城市轨道交通综合监控中的应用，现代城市轨道交通，2006年5月，pp.11-13
[2]房瑛，西安地铁CBTC方案实现的探讨，铁道通信信号工程技术，2010年2月，pp.59-61
[3]刘支援，无线网状网在城轨交通中的应用，信息化研究，2010年9月，pp.61-63。