【正文】 車總線的節(jié)點，車輛總線通過初化過程構(gòu)成邏輯環(huán)，然后按照邏輯循環(huán)的順序輪流獲取令牌，持有令牌的車輛總線才可以發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就可以實現(xiàn)無沖突的安全信息傳輸，另外，令牌總線訪問控制還具有環(huán)路初始化及環(huán)重結(jié)構(gòu)特點。一旦環(huán)路破壞，可發(fā)出廣播幀重構(gòu)邏輯環(huán)，便于車輛的摘掛。第四章 列車通信網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用第一節(jié) 列車通信網(wǎng)絡(luò)意義今人類正進入網(wǎng)絡(luò)社會，計算機網(wǎng)絡(luò)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(luò)產(chǎn)品，以實現(xiàn)整個列車的正常運行。列車通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)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(yīng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)功能的控制系統(tǒng)，如出口伊朗的TM1車、唐山廠研制的內(nèi)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(yīng)的產(chǎn)品，以解燃眉之急。第二節(jié) 列車運行控制系統(tǒng)概述 隨著鐵路運輸?shù)娜蝿?wù)越來越重，列車運行速度越來越高，保證運輸安全的問題也越來越突出。完全靠人工瞭望、人工駕駛列車已經(jīng)不能保證行車安全了，即使裝備了機車信號和自動停車裝置，也只能在列車一般速度運行條件下保證安全無法實現(xiàn)高速列車的安全保證，因為它們不能完成防止超速行車和冒進信號的現(xiàn)象。因此，需要研究列車運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對列車間隔和速度的自動控制，進一步提高運輸效率，保證行車安全。要實現(xiàn)上述目標，不是簡單的設(shè)備改進可以完成的，需要解決許多關(guān)鍵技術(shù)問題，例如：車－地之間大容量、實時、可靠信息傳輸，列車定位，列車精確、安全控制等。需要車載設(shè)備、軌旁設(shè)備、車站控制、調(diào)度指揮、通信傳輸?shù)认到y(tǒng)良好的配合才能實現(xiàn)，如果把前面討論的系統(tǒng)稱為傳統(tǒng)鐵路信號系統(tǒng)，那么，以現(xiàn)代列車運行控制技術(shù)為核心的信號系統(tǒng)可以稱為現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)。現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，對鐵路信號技術(shù)產(chǎn)生了重要影響，為形成現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)提供了條件。列車運行自動控制系統(tǒng)（簡稱列控系統(tǒng)）是計算機、通信、控制等信息技術(shù)與信號技術(shù)的一個高水平集成與融合的產(chǎn)物。列車運行控制系統(tǒng)定義：由列控中心、閉塞設(shè)備、地面信號設(shè)備、地車信息傳輸設(shè)備、車載速度控制設(shè)備構(gòu)成的用于控制列車運行速度保證行車安全和提高運輸能力的控制系統(tǒng)。功能：； ；；西方發(fā)達國家在列控系統(tǒng)研究方面已有較長發(fā)展歷史，比較成功的列控系統(tǒng)主要有：日本新干線ATC系統(tǒng)，法國TGV鐵路和韓國高速鐵路的TVM300及TVM430系統(tǒng)，德國及西班牙鐵路采用的LZB系統(tǒng)，及瑞典鐵路的EBICA900系統(tǒng)等。上述列車控制系統(tǒng)都具有自己的特點、不同的技術(shù)條件和適應(yīng)范圍，因此，列控系統(tǒng)可以分成許多類型。（1）按照地車信息傳輸方式分類：①連續(xù)式列控系統(tǒng)，如：德國LZB系統(tǒng)、法國TVM系統(tǒng)、日本數(shù)字ATC系統(tǒng)。連續(xù)式列控系統(tǒng)的車載設(shè)備可連續(xù)接收到地面列控設(shè)備的車地通信信息，是列控技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展的主流。采用連續(xù)式列車速度控制的日本新干線列車追蹤間隔為5 min，法國TGV北部線區(qū)間能力甚至達到3 min。連續(xù)式列控系統(tǒng)可細分為階梯速度控制方式和曲線速度控制方式。②點式列控系統(tǒng)，如：瑞典EBICAB系統(tǒng)。點式列控系統(tǒng)接收地面信息不連續(xù)，但對列車運行與司機操縱的監(jiān)督并不間斷，因此也有很好的安全防護效能。③點一連式列車運行控制系統(tǒng)，如：CTCS2級， 軌道電路完成列車占用檢測及完整性檢查，連續(xù)向列車傳送控制信息。點式信息設(shè)備傳輸定位信息、進路參數(shù)、線路參數(shù)、限速和停車信息。（2）控制模式分，分為兩種類型：①階梯控制方式出口速度檢查方式，如：法國TVM300系統(tǒng) 入口速度檢查方式，如： 日本新干線傳統(tǒng)ATC系統(tǒng)②速度—距離模式曲線控制方式速度距離模式，如：德國LZB系統(tǒng)，日本新干線數(shù)字ATC系統(tǒng)（3）按照人機關(guān)系來分類，分為兩種類型：①設(shè)備優(yōu)先控制的方式。如：日本新干線ATC系統(tǒng)。②司機優(yōu)先控制方式，如：法國TVM300／430系統(tǒng)、德國LZB系統(tǒng)（4）按照閉塞方式：固定閉塞、移動閉塞（5）按照功能、人機分工和自動化程度分：列車自動停車（Automatic Train Stop 簡稱ATS）系統(tǒng)；列車超速防護（Automatic Train Protection 簡稱 ATP）系統(tǒng)；列車自動控制（Automatic Train Control 簡稱ATC）系統(tǒng)；列車自動運行（Automatic Train Operation 簡稱ATO）系統(tǒng)。①ATS。ATS是一種只在停車信號（紅燈）前實施列車速度控制的裝置，是在非速差式信號體系下的產(chǎn)物，屬于列車速度控制的初級階段。國外多種ATS系統(tǒng)補充了簡單的速度監(jiān)督功能，這種系統(tǒng)設(shè)備簡單，歷史悠久，在我國及世界各國鐵路至今廣泛采用。②ATP。ATP是隨著速差式信號體系的建立而產(chǎn)生的，列車正常運行由司機控制，只在司機疏忽或失去控制能力且列車出現(xiàn)超速時設(shè)備才起作用，并以最大常用制動或緊急制動方式，強迫列車減速或停車。當(dāng)列車速度已降至或到達限速要求，由司機判定和操作制動緩解。系統(tǒng)要求符合故障—安全原則。這是一種以人（司機）控為主的列車運行安全系統(tǒng)，在歐洲高速鐵路上普遍采用。③ATC（又稱列車自動減速系統(tǒng)）。當(dāng)列車運行超過限制速度時，系統(tǒng)自動實施常用制動，使列車降至低于限制速度的一定值后，制動自動緩解，列車繼續(xù)運行。這是一種設(shè)備優(yōu)先的列車運行安全控制系統(tǒng)，司機一部分操作由設(shè)備代替，但列車運行的正常調(diào)速仍由司機操作，系統(tǒng)同樣要求故障—安全原則。這種方式很適合于動車組，日本新干線高速鐵路采取這種方式。④ATO（又稱列車自動駕駛系統(tǒng)）。按系統(tǒng)預(yù)先輸入的程序，保證列車運行圖的要求，由設(shè)備代替司機進行列車運行的加速、減速或定點停車的速度調(diào)整。一般情況下，司機除對列車啟動操作外，只對設(shè)備的動作進行監(jiān)督，它屬于一種非安全系統(tǒng)，一般疊加在ATC或ATP上，列車運行的安全防護由后者承擔(dān)。這樣的系統(tǒng)已在地下鐵道種較廣泛采用，在地面鐵路干線上，由于運輸情況復(fù)雜，目前很少采用。第三節(jié) LonWorks的應(yīng)用當(dāng)今人類正進入網(wǎng)絡(luò)社會，計算機網(wǎng)絡(luò)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(luò)產(chǎn)品，以實現(xiàn)整個列車的正常運行。列車通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)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(yīng)的列車通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)功能的控制系統(tǒng)，如出口伊朗的TM1車、唐山廠研制的內(nèi)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(yīng)的產(chǎn)品，以解燃眉之急。列車通信網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(qū)動，列車通信網(wǎng)絡(luò)在初期的串行通信總線的基礎(chǔ)上應(yīng)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(diào)試、維護、管理軟件工具。ABB公司的微機自動化系統(tǒng)MIC LPR26RL2 ASS2在列車層采用了FSK列車總線，車輛總線采用了在RS485控制器 液位控制器FLR261B 總線基礎(chǔ)上進一步開發(fā)的MICAS車輛總線MVB，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(shù)委員會TC9成立了第22工作組WG22，其任務(wù)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(shè)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(jié)構(gòu)，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?？傮w結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)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(zhì)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613751正式成為國際標準。在613751中，除了以上四個部分外，還有第五部分列車網(wǎng)絡(luò)管理，附錄A列車通信網(wǎng)導(dǎo)引，附錄B一致性測試導(dǎo)則。我國列車通信網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)應(yīng)用歷程 在昆明—石林的動車組研制時，國內(nèi)還沒有一種成熟的控制網(wǎng)絡(luò)，只好采用RS485標準，由顯示屏作主機，分時與各動車通信?？刂泼畈唤?jīng)網(wǎng)絡(luò)，通信只傳送狀態(tài)數(shù)據(jù)，供顯示屏顯示。它的基礎(chǔ)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MICASS2系統(tǒng)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)由三級構(gòu)成。列車總線為FSK，介質(zhì)為雙絞屏蔽線車輛總線為MVB，介質(zhì)為光纖。在DDJ1一動六拖的動車組上，也是采用ADtranz公司的MICASS2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(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)的雙冗余。LonWorks在列車通信網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用 可以用作列車通信網(wǎng)絡(luò)的還有現(xiàn)場總線的產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)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(nèi)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(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程控制器（PLC） PLC連接電纜CXT50HH3M 以及有多個計算機構(gòu)成的集中、分散相結(jié)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(luò)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(luò)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(shè)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(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成全分布式機構(gòu)，把控制功能下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能設(shè)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(shù)。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(luò)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(zhì)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(wù)的網(wǎng)絡(luò)，它有配套的節(jié)點、路由器或網(wǎng)關(guān)開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、安裝設(shè)備，可以在較高層次上實施網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(luò)，這些年來迅速在各個領(lǐng)域推廣普及開來，鐵路運輸領(lǐng)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(luò)，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IEEE14731999包含了TCN和LonWorks，即1473T（TCN）和1473L（LonWorks），而且有些公司已在生產(chǎn)連接這兩個協(xié)議的網(wǎng)關(guān)。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(nèi)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(diào)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(dāng)列車上網(wǎng)絡(luò)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。 第四節(jié) 列車通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用比較及CRH2車