工业控制网络的应用

1、城控城控14031403 第六组第六组 吕西康吕西康 14301561430156 主要内容主要内容 城轨交通中的应用 列车控制网络 城轨交通中所处的位置 相关现场设备 连接方式 一一. .城轨交通中的应用城轨交通中的应用 工业控制总线技术被广泛应用于先进的城轨交通中。它不仅被应用于牵引、 制动、空调、照明、通风等系统的控制，还用于牵引、制动、空调、车门等系统 的故障诊断分析以及与车辆行车安全相关的一些监测设备如供电电压、电流监测、 火灾报警等。车载通讯网络系统通过无线网络与中央控制室通讯，还可以将车辆 的控制系统工作状态和运行情况及时传输给中央控制室，进行远程监控。列车控 制网络主要实现对列

2、车关键设备运行状态的监视，并根据需要对设备进行远程控 制。 列车控制网络集列车运行控制、机车车辆控制、状态监测、故障检测与诊 断以及旅客信息服务于一体，以车载微机为主要技术手段，通过控制网络实现列 车各个系统之间的信息交换，最终达到对车载设备的集散式监视、控制和管理的 目的，实现列车控制系统的智能化、网络化与信息化。列车控制网络是应用于列 车环境下的特殊计算机网络，作为通用的现场总线均可以在列车控制网络中得到 合适的应用。列车运行的状态信息通过现场总线这个载体进行交换与传输，从而 实现对整个列车的控制，保障列车有效而安全地高速运行。 二.列车控制网络 列车控制网络通过对列车运行和车载设备的相关

3、信息集中管理，从而将整个列 车连成一个整体。 1.列车控制网络实现以下主要控制功能： （1）实现各动力车的重联控制，能够由一个司机室操纵全列车的动车，实现 全列车（包括动力车和拖车)所有由计算机控制的部件联网通信和资源共享。 （2）实现全列车的制动控制、门控制、轴温监测和空调等控制。 （3）完成全列车自检及故障诊断决策。 2.列车控制网络的技术特点主要有3点。 (1) 开放式控制系统列车控制网络是一个开放式系统，系统的体系结构遵循 ISO7498标准规定的OSI/RM，方便不同生产厂家的设备互连。 (2) 分层控制系统列车控制网络通常采用分层结构。列车总线和车辆总线是2 个独立的通信子网，可采

4、用不同的网络和协议，通过1个列车总线节点互连， 在应用层的不同总线之间通信时，由此节点充当网关。 (3) 实时控制系统列车控制网络以实时方式控制整个列车。其网络传输具有 短距离、低传输率和实时性强的特点。 1.CAN总线 控制器局域网CAN（ControllerAreaNetwork)是由德国Bosch公司在20世纪80年 代末，为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种 串行数据通讯协议。1993年，CAN已成为国际标准ISO11898（高速应用)、 ISO11519（低速应用)，是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。 1.1 技术特点 CAN是一种基于载波侦听多路访问/

5、冲突检测（CS-MA/CD)机制的多主方式的 串行通信总线。它的MAC（媒体访问控制）是通过非破坏性按位仲裁技术实现 的。CAN通信协议主要描述设备之间的信息传递方式，其定义与开放式系统互 连模型（OSI)一致。CAN的通信介质一般为双绞线。CAN协议采用短帧结构，这 将有利于系统的实时性。另一个特点是废除了传统的站地址编码，而代之以标 识符（Identifier）对信息进行优先权分级。任何节点均可向全网络广播发送 数据，其他节点则根据所接收到的标识来决定是否处理所接收到的信息。总之， 由于CAN采用了许多新技术及独特的设计，可为分布式控制系统实现各节点之 间实时、可靠的数据通信提供强有力的技

6、术支持。 1.2 CAN总线应用 结合CAN总线可靠性、实时性强的特点和列车通信特定的环境， 在列车（包括地铁列车、城市轻轨列车、磁悬浮列车)上，CAN总 线基本上有2种应用：一是用于列车通信网络的车辆总线和列车总 线；二是用于列车车载监控系统。近年来，CAN总线协议在轻轨、 地铁、货车等轨道车辆以及车门、空调、倾摆、制动、牵引以及 旅客信息等控制子系统中也获得了广泛应用。 采用基于CAN 总线的通信网络替代原系统的RS485网络。利用 CAN控制器的消息对象机制实现CAN总线网络中的CAN 端口节点与 各个列显CAN 节点的通信，设计并实现了CAN 网络通信程序及通 信出错的检查与恢复方法。

7、实际的数据传输测试表明，CAN总线通 信网络完全满足地铁隧道显示系统对数据传输的设计要求，并大 大提高了整个。地铁隧道显示系统数据传输的可靠性和实时性 2. PROFIBUS2. PROFIBUSDPDP在微机联锁系统中的应用在微机联锁系统中的应用 从图可以看出各个本地工作站和控制中心通过通用的 PROFIBUS现场总线进行相互的连接。而联锁则通过具有故障安全结 构的PROFIBUS现场总线进行数据传输。由于采用了现场总线，整个 系统结构高度分散，构造了网络集成式全分布控制系统，不仅提高 了可靠性还简化了系统结构，使得安装工作量也大大减小。现场设 备的信息采集和控制通过分散式设备接口和轨道空闲

8、检测系统完成， 设备均为网件。同时将进路、轨道电路、道岔和信号机的状态信息 传送至控制中心和列车自动控制系统。所有正线信号设备均通过联 锁机进行安全逻辑运算后加以控制，通过现场总线使得联锁机控制 设备范围大大拓展+全线的联锁机则可集中在一处，在线路长度超过 总线有效传输距离的情况下才需要分散设置联锁机。 3.局部操作网络LonWorks LonWroks(以下简称LON)是美国Echelon公司1991年推出的全开放智能分布式 测控网络技术。LON采用的LonTalk协议遵循OSI参考模型的全部7层。LonTalk协 议被封装在称之为Neuron神经元芯片中。LON支持总线型、星型和环型等多种

9、拓 扑结构,网络结构可以是主从、对等或客户/服务式。LON在铁路工业中有着广泛 的应用。在国外,LON网络已应用在列车制动、门控、辅助电源控制、照明等方面 。如美国新泽西轻轨“彗星”号列车、旧金山湾地铁(BART)制动系统监视器和自 动列车控制系统、ALSTOM公司机车牵引力系统、加拿大Bombarder和日本川崎等 公司开发的列车通信网以及DB的照明、供暖和空调控制系统。在国内,一些铁路 科研部门和高校正采用LON技术从事列车制动、机车重联和列车通信网等方面的 研究开发。西南交通大学采用LON网络技术,以两动一拖动车组为对象,开发研制 了基于LON技术的列车通信网络LonTCN-系统,并成功

10、地在试验车上运行。列车 总线采用LON的方案,首先在昆明-石林车组上进行了3点的通信试验,现已经成功 地应用于“新曙光号”2动9拖的内燃机车组。1997年5月,美国铁路协会AAR将LON 作为其列车内部通信规范,编号为S-4230。1999年8月,IEEE将LON作为其制订的列 车通信协议标准IEEE1473-1999的一部分,即IEEE1473-L。 三三. .城轨交通中所处的位置城轨交通中所处的位置 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。 地铁隧道显示系统采用的图像显示技术非常独特，它 能使乘坐地铁的乘客在高速运行的列车

11、上欣赏窗外连续 播放的视频图像。显示屏幕由几百根或上千根间距为几 十厘米的列显示器构成，所有的列显示器作为下位机， 通过中间层的数据交换器与作为上位机的PC主机通信， 构成一个三级树型拓扑结构的计算机通信网络，参见系 统组成框图1(列显示器在图中标注为光柱)。对于中间层 数据交换器与列显示器之间的数据传输网络，原系统采 用的是RS485总线。由于地铁隧道环境复杂，总线出错的 机率很大，而RS485总线每次 错都需要重传数据，所以 导致整体的传输效率很低。新型系统中采用先进的CAN现 场线代替原来的RS485总线，提高了数据传输的的实时性、 有效性、抗干扰性和可靠性 四四. .相关设备相关设备

12、城市智能交通管理系统采用三层结构模型：数据层、中间层(逻 辑层)和客户层(表示层)。数据层主要由中心数据库、子系统数据库 和元数据子系统组成，中间层是由交通信息子系统、交通信息数据管 理应用服务器、PGIS服务器和WEB服务器组成，客户层（表示层）主 要是应用程序客户端和Web客户端，由一些图形界面组成。系统结构 的核心是交通信息平台应用服务器。 数据层 数据层 中间层 客户层 中心数据库 子系统数据库 元数据子系统 交通信息子系统 交通信息数据管理应用服务器 PGIS服务器 WEB服务器 应用程序客户端 WEB客户端 地铁机电设备监控系统（EM CS 系 统）由监 控中心和车站级监控系统以及两者之间的通信 通道构成。监控中心由中央级局域网构成，网 络采用SERVER/CLIENT方式，网络内包括两台 互为备用的监控主机、主备用服务器、一台维 护计算机、打印机服务器、通信前置机以及与