常见的列车通信网络城轨工程基础

1.现场总线

现场总线原本是指现场设备之间共用的信号传输线，后又被定义为应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的技术。现场总线为工业控制系统而生，因为其开放、实时性强等特点，在列车通信网络中也得到很好的应用。

现场总线以测量控制设备作为网络节点，以双绞线等传输介质为纽带，把位于生产现场、具备了数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统，按公开、规范的通信协议，在多个测量控制设备之间、现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统。网络把众多分散的计算机连接在一起，使计算机的功能发生了神奇的变化，把人类引入到了信息时代。现场总线给自动化领域带来的变化，正如计算机网络给单台计算机带来的变化。它使自控设备连接为控制网络，并与计算机网络沟通连接，使控制网络成为信息网络的重要组成部分。

现场总线系统既是一个开放的数据通信系统、网络系统，又是一个可以由现场设备实现完整控制功能的全分布控制系统。它作为现场设备之间信息沟通交换的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的设备连接为能实现各种测量控制功能的自动化系统，实现如补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。这是一项以数字通信、计算机网络、自动控制为主要内容的综合技术。

2.TCN列车通信网络

网络技术作为现代列车的关键技术，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。但由于铁路运输在世界上不同地区和国家的特点和竞争程度不同，不同的国家或地区的列车控制网络技术采用了不同的技术开发路线和模式。

欧洲的铁路运输市场竞争较为充分，用户对机车车辆及其控制技术的要求也较高。同时由于欧盟的形成，客观上对列车及其控制系统的互通、互联提出了更高的要求。各大列车电器部件供应商都推出了基于网络的控制系统，例如：瑞士ABB公司的MICAS-S2系统，瑞典ADtranz公司（现已被Bombardier公司收购）的MITRAC列车网络控制系统。法国Alstom公司基于WorldFIP总线的AGATE控制系统等。因为这些列车通信网络技术大都遵循各大电气设备供应商的企业标准或是不同国家的国家标准，基于不同网络技术的车载设备往往不能兼容，不同来源的铁道机车车辆也不能够相互连接，为此，IEC开始了列车通信网络的标准化之路。1988年，国际电工委员会（IEC）第9技术委员会（TC9），委托由来自20多个国家（包括中国、欧洲国家、日本和美国，他们代表了世界范围的主要铁路运用部门和制造厂家）以及国际铁路联盟（UIC）的代表组成的第22工作组（WG22），共同为铁路设备的数据通信制定一项标准，使得各种铁道机车车辆能够相互连挂，车上的可编程电子设备可以互换。1999年6月，经过长达11年的工作后，IEC、TC9、WG22在ABB公司的MICAS基础上，以及西门子的DIN43322和意大利的CD450等运行经验的基础上制定的列车通信网络标准（Train Communication Network，TCN）——IEC61375正式成为国际标准。同年，国际电气电子委员会（IEEE）也制订出了车载通信协议标准IEEE STD1473—1999标准，并将TCN和LonWorks同时纳入其中。我国于2002年颁布的铁道部标准TB/T3025—2002也将其正式确认为列车通信网络标准。

3.工业以太网

由于以太网技术和应用的发展，使其从办公自动化走向工业自动化。(www.xing528.com)

所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即IEEE 802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。

随着互联网技术的发展与普及推广，以太网技术也得到迅速的发展，以太网传输速率的提高和以太网交换技术的发展，为解决以太网通信的非确定性问题带来了希望，并使以太网全面应用于工业控制领域成为可能。目前工业以太网技术的发展体现在以下几个方面。

（1）通信确定性与实时性 工业控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足控制作用对实时性的要求，即信号传输足够的快和满足信号的确定性。实时控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。由于以太网采用CSMA/CD碰撞检测方式，网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时要求，因此传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求，一直被视为非确定性的网络。

然而，快速以太网与交换式以太网技术的发展，为解决以太网的非确定性问题带来了新的契机，使这一应用成为可能。首先，以太网的通信速率从10Mb/s、100Mb/s增大到如今的1000Mb/s、10Gb/s，在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，即网络碰撞概率大大下降。其次，采用星形网络拓扑结构，交换机将网络划分为若干个网段。以太网交换机由于具有数据存储、转发的功能，使各端口之间输入和输出的数据帧能够得到缓冲，不再发生碰撞；同时交换机还可对网络上传输的数据进行过滤，使每个网络内节点间数据的传输只限在本地网段内进行，而不需经过主干网，也不占用其他网段的宽带，从而降低了所有网段和主干网的网络负荷。再次，全双工通信又使得端口间两对双绞线（或两根光纤）上分别同时接收和发送报文帧，也不会发生冲突。因此，采用交换式集线器和全双工通信，可使网络上的冲突域不复存在（全双工）或碰撞几率大大降低（半双工），因此使以太网通信确定性和实时性大大提高。

（2）稳定性与可靠性 以太网进入工业控制领域的另一个主要问题是，它所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的，而未针对较恶劣的工业现场环境来设计，故商用网络产品不能应用在有较高可靠性要求的恶劣工业现场环境中。

随着网络技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。在IEEE 802.3af标准中，对以太网标准中，对以太网的总线供电规范也进行了定义。此外，在实际应用中，主干网可采用光纤传输，现场设备的连接则可采用屏蔽双绞线，对于重要的网络还可采用冗余网络技术，以此提高网络的抗干扰能力和可靠性。

（3）工业以太网协议 由于工业自动化网络控制系统不单单是一个完成数据传输的通信系统，而且还是一个借助网络完成控制功能的自控系统。它除了完成数据传输之外，往往还需要依靠所传输的数据和指令，执行某些控制计算与操作功能，由于多个网络节点协调完成自控任务。因而它需要在应用、用户等高层协议与规范上满足开放系统的要求，满足互操作条件。