發(fā)展列車通信網(wǎng)絡的意義
當今人類正進入網(wǎng)絡社會，計算機網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展正在改變著人們的工作和生活。對鐵路運輸而言也不例外。近年來，我國開發(fā)或正準備開發(fā)的電動車組、高速車、城市軌道車，如雨后春筍。這些新的鐵路機車車輛都需要裝上列車通信網(wǎng)絡產(chǎn)品，以實現(xiàn)整個列車的正常運行。列車通信網(wǎng)絡將整個列車連成一個整體，司機對整個列車的控制命令通過列車通信網(wǎng)絡送到列車的各個車廂上，列車的各個車廂工作狀態(tài)通過列車通信網(wǎng)絡送到司機顯示臺上，讓整個列車有效而安全的工作。因此如果沒有相應的列車通信網(wǎng)絡產(chǎn)品裝到這些新的鐵路機車車輛上去，這些新的鐵路機車車輛就不能很好投入使用。所以一些工廠為了盡早搶占市場，紛紛從國外進口有網(wǎng)絡功能的控制系統(tǒng)，如出口伊朗的TM1車、唐山廠研制的內燃動車組和四方廠研制的液力傳動動車組，分別從ADtranz瑞士分公司、德國西門子公司和日本新瀉公司進口了相應的產(chǎn)品，以解燃眉之急。
列車通信網(wǎng)絡國外發(fā)展情況簡介
70年代末至80年代初，車載微機的雛形分別在西門子公司和BBC公司出現(xiàn)，開始僅僅是用于傳動裝置的控制。隨著控制、服務對象的增多，人們把鐵道系統(tǒng)依次劃分為六個層次：公司管理、鐵路運營、列車控制、機車車輛控制、傳動控制和過程驅動，列車通信網(wǎng)絡在初期的串行通信總線的基礎上應運而生，并從原來不同公司的企業(yè)標準推向國際標準，逐步形成了列車通信與控制系統(tǒng)的標準化、模塊化的硬件系列和全方位的開發(fā)、調試、維護、管理軟件工具。
ABB公司的微機自動化系統(tǒng)MICAS-S2在列車層采用了FSK列車總線，波特率19.2Kbps，車輛總線采用了在RS485控制器總線基礎上進一步開發(fā)的MICAS車輛總線MVB，波特率1.5Mbps，這二種總線均具有全方位的軟件工具支持。
1988年，IEC第九技術委員會TC9成立了第22工作組WG22，其任務是制訂一個開放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機車車輛能夠相互聯(lián)掛，并且車上的可編程電子設備能夠互換。
1992年6月，TC9 WG22以委員會草案CD（Committee Draft）的形式向各國發(fā)出列車通信網(wǎng)TCN的征求意見稿，該稿分成四個部分：第一部分總體結構，第二部分實時協(xié)議，第三部分多功能車輛總線MVB，第四部分絞式列車總線WTB。
總體結構把列車通信網(wǎng)規(guī)定為由多功能車輛總線MVB和絞式列車總線WTB組成。其中多功能車輛總線MVB以ABB的MICAS車輛總線MVB為藍本，WTB以西門子的DIN 43322和意大利的CD 450為藍本。
MVB的傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纖。在后一種場合，其跨距為2000m，最多可聯(lián)結256個智能總線站。數(shù)據(jù)劃分為過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)和監(jiān)管數(shù)據(jù)，對過程數(shù)據(jù)的傳輸作了優(yōu)化。發(fā)送的基本周期是1ms或2ms。
WTB的傳輸介質為雙絞線，最多可連接32個節(jié)點，總線跨距860m。WTB具有列車初運行和接觸處防氧化功能。發(fā)送的基本周期是25ms。
1994年5月至1995年9月，歐洲鐵路研究所ERRI耗資300萬美元，在瑞士的Interlaken至荷蘭的阿姆斯特丹的區(qū)段，對由瑞士SBB、德國DB、意大利FS、荷蘭NS的車輛編組成的運營試驗列車進行了全面的TCN實驗。
1998年11月，在中國湖南株洲召開IEC年會。1999年6月，TCN標準草案61375-1正式成為國際標準。在61375-1中，除了以上四個部分外，還有第五部分列車網(wǎng)絡管理，附錄A列車通信網(wǎng)導引，附錄B一致性測試導則。
我國列車通信網(wǎng)絡的開發(fā)應用歷程
在昆明—石林的動車組研制時，國內還沒有一種成熟的控制網(wǎng)絡，只好采用RS485標準，由顯示屏作主機，分時與各動車通信。控制命令不經(jīng)網(wǎng)絡，通信只傳送狀態(tài)數(shù)據(jù)，供顯示屏顯示。它的基礎是SS4B型機車，但SS4B型機車的通信是在兩節(jié)相鄰的機車間，而在昆明—石林動車組上，距離加長了，因而須采取許多有效的抗干擾措施。實際使用情況是滿意的。
向伊朗出口的動車組為二動八拖，首尾為機車TM1。為解決機車重聯(lián)從瑞士ADtranz購買了MICAS-S2系統(tǒng)?？刂凭W(wǎng)絡由三級構成。列車總線為FSK，速率為19.2Kbit/s，介質為雙絞屏蔽線;車輛總線為MVB，介質為光纖，速率為1.5Mbit/s。
在DDJ1一動六拖的動車組上，也是采用ADtranz公司的MICAS-S2系統(tǒng)，全列車也只有兩個節(jié)點（動力車和控制車上各一個），能由控制車來操縱全列車，可在兩個方向上行駛。但總線結構上與伊朗車組有兩點不同，一是車間連接的跨接電纜由一個車的末端伸出，至另一節(jié)車輛的插座，從而省去一組接插件;二是考慮到能將兩列短編組列車連接成長編組工作，列車總線冗余方式作了改變。在TM1車中，將前向通道折回作為列車總線冗余通道，只是同一塊插件通道和列車總線介質的冗余，而在DDJ1機車上增加了一套列車總線硬件，做到列車總線硬件和通信介質的雙冗余。
LonWorks在列車通信網(wǎng)絡上的應用
可以用作列車通信網(wǎng)絡的還有現(xiàn)場總線的產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。五十年代檢測控制儀表處于發(fā)展的初級階段，信號僅在本儀表內起作用。后來出現(xiàn)了氣動、電動系列的單元組合式儀表，出現(xiàn)了集中控制室。后來人們尋求用數(shù)字信號取代模擬信號，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制。隨著計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字調節(jié)器、可編程控制器（PLC）以及有多個計算機構成的集中、分散相結合的集散控制系統(tǒng)，也就是今天被許多企業(yè)采用的DCS系統(tǒng)。由于在DCS系統(tǒng)形成的過程中，受計算機系統(tǒng)早期存在的系統(tǒng)封閉這一缺陷的影響，各廠家的產(chǎn)品自成體系，彼此不能互連，難以實現(xiàn)互操作，組成更大范圍信息共享的網(wǎng)絡系統(tǒng)存在很多困難。
新型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)突破了DCS系統(tǒng)中通信由專用網(wǎng)絡的封閉系統(tǒng)帶來的缺陷，把基于封閉、專用的解決方案變成基于公開化、標準化的解決方案，即可以把來自不同廠商而遵守同一協(xié)議的自動化設備，通過現(xiàn)場總線連成系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合自動化的各種功能;同時把DCS集中與分散相結合的集散系統(tǒng)結構，變成全分布式機構，把控制功能下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能設備實現(xiàn)基本控制功能。
PROFIBUS、基金會現(xiàn)場總線（FF）、CAN和LonWorks是目前幾種有影響的現(xiàn)場總線技術。LonWorks是美國Echelon公司開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場總線，與其它工業(yè)現(xiàn)場總線相比，它的溫度范圍寬，其網(wǎng)絡芯片即神經(jīng)元協(xié)議控制器和總線收發(fā)器的工作溫度為-40℃～85℃;支持雙絞線、電力線、無線電、紅外線、光纖等多種介質和支持總線型、環(huán)型、自由拓撲型多種拓撲;傳輸信號采用差分曼徹斯特編碼;是現(xiàn)有各種現(xiàn)場總線中唯一提供了OSI參考模型中所定義的全部7層服務的網(wǎng)絡，它有配套的節(jié)點、路由器或網(wǎng)關開發(fā)、網(wǎng)絡調試、安裝設備，可以在較高層次上實施網(wǎng)絡工程。LonWorks用在鐵道車輛上已有先例;今年7月19日，LonWorks互操作協(xié)會運輸任務組開會討論了鐵路運輸業(yè)的第一個LonMark功能框架（LonMark Functional Profile）草案。
九十年代初在美國出現(xiàn)的LonWorks工業(yè)控制網(wǎng)絡，這些年來迅速在各個領域推廣普及開來，鐵路運輸領域也不例外。加拿大Bombardier和日本川崎等公司已將LonWorks用作列車通信網(wǎng)絡，用在他們生產(chǎn)的地鐵車輛上。
今年IEEE制定的列車通信標準IEEE1473-1999包含了TCN和LonWorks，即1473-T（TCN）和1473-L（LonWorks），而且有些公司已在生產(chǎn)連接這兩個協(xié)議的網(wǎng)關。 我國列車總線采用LonWorks現(xiàn)場總線的方案，首先在昆明—石林車組上進行三點的通信試驗，現(xiàn)已成功地用于新曙光號二動九拖的內燃動車組上。列車總線為雙絞屏蔽線，通信速率78Kbit/s。 雙層全空調新曙光號快速列車可載客1140人，首尾兩節(jié)都是動車，中間9節(jié)為拖車，藍白相間的車身分為兩層。它的時速超過199公里?，F(xiàn)在每天在上海、南京、杭州間運行。
鑒于時間倉促，LonWorks電路板還來不及做各種試驗，雖然目前在新曙光號快速列車的使用尚未出現(xiàn)問題。另外，當列車上網(wǎng)絡節(jié)點再多時， LonWorks通信的實時性問題尚待研究;列車的重組也有待試驗。
新曙光號2動9拖內燃動車組。從1999年10月開始使用LonWorks技術，已無故障運行40余萬公里。
總之，LonWorks在新曙光號快速列車的成功應用，是LonWorks技術在我國鐵路領域的首次嘗試。要發(fā)揮LonWorks技術的長處，還有很多工作要做。希望在今后的工作中，能同各位同人共磋技藝，并得到Echelon公司和威通公司進一步的支持。