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)容一城軌交通中的應(yīng)用二列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò) 三城軌交通中所處的位置四相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備五連接方式一一. .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(xiàn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)的城軌交通中。它不僅被應(yīng)用于牽引、制動(dòng)、空調(diào)、照明、通風(fēng)等系統(tǒng)的控制，還用于牽引、制動(dòng)、空調(diào)、車(chē)門(mén)等系統(tǒng)的故障診斷分析以及與車(chē)輛行車(chē)安全相關(guān)的一些監(jiān)測(cè)設(shè)備如供電電壓、電流監(jiān)測(cè)、火災(zāi)報(bào)警等。車(chē)載通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與中央控制室通訊，還可以將車(chē)輛的控制系統(tǒng)工作狀態(tài)和運(yùn)行情況及時(shí)傳輸給中央控制室，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

2、的監(jiān)視，并根據(jù)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)集列車(chē)運(yùn)行控制、機(jī)車(chē)車(chē)輛控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)與診斷以及旅客信息服務(wù)于一體，以車(chē)載微機(jī)為主要技術(shù)手段，通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)列車(chē)各個(gè)系統(tǒng)之間的信息交換，最終達(dá)到對(duì)車(chē)載設(shè)備的集散式監(jiān)視、控制和管理的目的，實(shí)現(xiàn)列車(chē)控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化。列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用于列車(chē)環(huán)境下的特殊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，作為通用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)均可以在列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)中得到合適的應(yīng)用。列車(chē)運(yùn)行的狀態(tài)信息通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)這個(gè)載體進(jìn)行交換與傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)列車(chē)的控制，保障列車(chē)有效而安全地高速運(yùn)行。二.列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)列車(chē)運(yùn)行和車(chē)載設(shè)備的相關(guān)信息集中管理，從而將整個(gè)列車(chē)連成一個(gè)

3、整體。1.列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)以下主要控制功能：（1）實(shí)現(xiàn)各動(dòng)力車(chē)的重聯(lián)控制，能夠由一個(gè)司機(jī)室操縱全列車(chē)的動(dòng)車(chē)，實(shí)現(xiàn)全列車(chē)（包括動(dòng)力車(chē)和拖車(chē))所有由計(jì)算機(jī)控制的部件聯(lián)網(wǎng)通信和資源共享。（2）實(shí)現(xiàn)全列車(chē)的制動(dòng)控制、門(mén)控制、軸溫監(jiān)測(cè)和空調(diào)等控制。（3）完成全列車(chē)自檢及故障診斷決策。2.列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)主要有3點(diǎn)。 (1) 開(kāi)放式控制系統(tǒng)列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)開(kāi)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(chǎng)家的設(shè)備互連。 (2) 分層控制系統(tǒng)列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)通常采用分層結(jié)構(gòu)。列車(chē)總線(xiàn)和車(chē)輛總線(xiàn)是2個(gè)獨(dú)立的通信子網(wǎng)，可采用不同的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，通過(guò)1個(gè)列車(chē)總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)互連，在應(yīng)用層

4、的不同總線(xiàn)之間通信時(shí)，由此節(jié)點(diǎn)充當(dāng)網(wǎng)關(guān)。 (3) 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)以實(shí)時(shí)方式控制整個(gè)列車(chē)。其網(wǎng)絡(luò)傳輸具有短距離、低傳輸率和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)。1.CAN總線(xiàn)控制器局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaNetwork)是由德國(guó)Bosch公司在20世紀(jì)80年代末，為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。1993年，CAN已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898（高速應(yīng)用)、ISO11519（低速應(yīng)用)，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。1.1 技術(shù)特點(diǎn) CAN是一種基于載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測(cè)（CS-MA/CD)機(jī)制的多主方式的串行通信總線(xiàn)。它的MAC（

5、媒體訪(fǎng)問(wèn)控制）是通過(guò)非破壞性按位仲裁技術(shù)實(shí)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(kāi)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(xiàn)。CAN協(xié)議采用短幀結(jié)構(gòu)，這將有利于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。另一個(gè)特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以標(biāo)識(shí)符（Identifier）對(duì)信息進(jìn)行優(yōu)先權(quán)分級(jí)。任何節(jié)點(diǎn)均可向全網(wǎng)絡(luò)廣播發(fā)送數(shù)據(jù)，其他節(jié)點(diǎn)則根據(jù)所接收到的標(biāo)識(shí)來(lái)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(dú)特的設(shè)計(jì)，可為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。1.2 CAN總線(xiàn)應(yīng)用 結(jié)合CAN總線(xiàn)可靠性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)和列車(chē)通信特定的環(huán)

6、境，在列車(chē)（包括地鐵列車(chē)、城市輕軌列車(chē)、磁懸浮列車(chē))上，CAN總線(xiàn)基本上有2種應(yīng)用：一是用于列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的車(chē)輛總線(xiàn)和列車(chē)總線(xiàn)；二是用于列車(chē)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)。近年來(lái)，CAN總線(xiàn)協(xié)議在輕軌、地鐵、貨車(chē)等軌道車(chē)輛以及車(chē)門(mén)、空調(diào)、傾擺、制動(dòng)、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(xiàn)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(duì)象機(jī)制實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的CAN 端口節(jié)點(diǎn)與各個(gè)列顯CAN 節(jié)點(diǎn)的通信，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了CAN 網(wǎng)絡(luò)通信程序及通信出錯(cuò)的檢查與恢復(fù)方法。實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試表明，CAN總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)完全滿(mǎn)足地鐵隧道顯示系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)要求，并大大提高了整個(gè)

7、。地鐵隧道顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性2. PROFIBUS2. PROFIBUSDPDP在微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用在微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用從圖可以看出各個(gè)本地工作站和控制中心通過(guò)通用的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行相互的連接。而聯(lián)鎖則通過(guò)具有故障安全結(jié)構(gòu)的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，整個(gè)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(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得安裝工作量也大大減小?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息采集和控制通過(guò)分散式設(shè)備接口和軌道空閑檢測(cè)系統(tǒng)完成，設(shè)備均為網(wǎng)件。同時(shí)將進(jìn)路、軌道電路、道岔和信號(hào)機(jī)的狀態(tài)信息傳送至控制中心和列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)。所有正線(xiàn)信號(hào)設(shè)備

8、均通過(guò)聯(lián)鎖機(jī)進(jìn)行安全邏輯運(yùn)算后加以控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)使得聯(lián)鎖機(jī)控制設(shè)備范圍大大拓展+全線(xiàn)的聯(lián)鎖機(jī)則可集中在一處，在線(xiàn)路長(zhǎng)度超過(guò)總線(xiàn)有效傳輸距離的情況下才需要分散設(shè)置聯(lián)鎖機(jī)。3.局部操作網(wǎng)絡(luò)LonWorks LonWroks(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LON)是美國(guó)Echelon公司1991年推出的全開(kāi)放智能分布式測(cè)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(chēng)之為Neuron神經(jīng)元芯片中。LON支持總線(xiàn)型、星型和環(huán)型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是主從、對(duì)等或客戶(hù)/服務(wù)式。LON在鐵路工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。在國(guó)外,LON網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用在列車(chē)制動(dòng)、門(mén)控、輔助電源控制

9、、照明等方面。如美國(guó)新澤西輕軌“彗星”號(hào)列車(chē)、舊金山灣地鐵(BART)制動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)視器和自動(dòng)列車(chē)控制系統(tǒng)、ALSTOM公司機(jī)車(chē)牽引力系統(tǒng)、加拿大Bombarder和日本川崎等公司開(kāi)發(fā)的列車(chē)通信網(wǎng)以及DB的照明、供暖和空調(diào)控制系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi),一些鐵路科研部門(mén)和高校正采用LON技術(shù)從事列車(chē)制動(dòng)、機(jī)車(chē)重聯(lián)和列車(chē)通信網(wǎng)等方面的研究開(kāi)發(fā)。西南交通大學(xué)采用LON網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以?xún)蓜?dòng)一拖動(dòng)車(chē)組為對(duì)象,開(kāi)發(fā)研制了基于LON技術(shù)的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)LonTCN-系統(tǒng),并成功地在試驗(yàn)車(chē)上運(yùn)行。列車(chē)總線(xiàn)采用LON的方案,首先在昆明-石林車(chē)組上進(jìn)行了3點(diǎn)的通信試驗(yàn),現(xiàn)已經(jīng)成功地應(yīng)用于“新曙光號(hào)”2動(dòng)9拖的內(nèi)燃機(jī)車(chē)組。1997年5月

10、,美國(guó)鐵路協(xié)會(huì)AAR將LON作為其列車(chē)內(nèi)部通信規(guī)范,編號(hào)為S-4230。1999年8月,IEEE將LON作為其制訂的列車(chē)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE1473-1999的一部分,即IEEE1473-L。三三. .城軌交通中所處的城軌交通中所處的位置位置 工業(yè)控制總線(xiàn)是用于現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)、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(dú)特，它能使乘坐地鐵的乘客在高速運(yùn)行的列車(chē)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(jī)，通過(guò)中間層的數(shù)據(jù)交換器與作為上位機(jī)的PC主機(jī)通信，構(gòu)成一個(gè)

11、三級(jí)樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，參見(jiàn)系統(tǒng)組成框圖1(列顯示器在圖中標(biāo)注為光柱)。對(duì)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(xiàn)。由于地鐵隧道環(huán)境復(fù)雜，總線(xiàn)出錯(cuò)的機(jī)率很大，而RS485總線(xiàn)每次 錯(cuò)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(jìn)的CAN現(xiàn)場(chǎng)線(xiàn)代替原來(lái)的RS485總線(xiàn)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡膶?shí)時(shí)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(hù)層(表示層)。數(shù)據(jù)層主要由中心數(shù)據(jù)庫(kù)、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)層（表示層）主要是應(yīng)用程序客戶(hù)端和Web客戶(hù)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(tái)應(yīng)用服務(wù)器。 數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層中間層客戶(hù)層中心數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)端WEB客戶(hù)端地鐵機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（EM CS 系 統(tǒng)）由監(jiān)控中心和車(chē)站級(jí)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(jí)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(tái)互為備用的監(jiān)控主機(jī)、主備用服務(wù)器、一臺(tái)維護(hù)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)服務(wù)器、通信前