铁路客车车载 网络系统刘振华 13705426964126.com几个问题为什么要用列车通信网络 常用的网络（ LonWorks ,TCN,CAN）等 等，为什么选择lonworks网 Lonworks网络的优缺点 列车通信网络采用哪些关键技术 列车网络的调试方法为什么要用网络随着我国旅客列车提速范围越来越大，运行速度越来越高，确保我国旅客列车运行安全的任务变得十分艰巨。在运行中及时发现以及防止故障的发生、确保旅客列车的运行安全；车辆进库后采用相应信息化动态质量检修作业，成为目前旅客列车需要解决的问题。在车辆的运行过程中，车辆的供电系统是否处于安全状态，车辆的防滑器工作状态是否正常，运行中有无车轮擦伤，轴承温度是否超限报警，配电室等重点防火部位有无火灾险情等等。这些涉及到列车运行中的安全问题都必须在车辆运行状态下及时发现并采取相应处理措施，才能使旅客列车的运行安全得到可靠保证。而数字化铁路安全运输是旅客列车运行安全的 根本保证。因此，构造数字化铁路迫在眉睫。构筑数字化铁路安全运输的基础是对列车各部 分功能单元实现数字化控制,因此研究以客车的电气 系统、空调系统、车门系统、轴温报警系统、防滑 器控制系统、火灾报警系统等重要系统为基础的旅 客列车的运行监控系统并实现“车对车” 的有线监控 及“车对地”的无线传输非常必要。而这一切需求都必须建立在列车网络的基础上 的，因此，列车通讯网络是铁路发展必不可少的核 心技术。25T，25G型及青藏车旅客列车使用的列车网络铁路行业中，常用的列车网络有TCN，CAN， LonWorks等等。其中CAN与LonWorks都是完全开 放式的，开发商多，相对价格很低，因此被广泛使 用。而CAN网支持最大节点数110个，网络拓扑不 自由，只支持总线式。TCN网络不是开放式的，开 发商少，价格高。LonWorks是一种完整的可互操作 的、支持多种拓扑的、组网简单的、成熟的和低成 本的分布式控制网络技术，它支持最大节点数 32000个，传输速率78kbps，支持总线型、环型、 自由拓扑型等多种拓扑。因此我国25G，25T型旅客 列车通信网络主要使用的是LonWorks。Lonworks 技术简述LONWORKS (Local Operating Networks,局部操 作网络) 网络，是一种完整的、全开放的、可互操 作的、支持多种拓扑的、组网简单的、成熟的和低 成本的分布式控制网络技术，该技术提供一个平坦 的、对等式的控制网络架构，给各种控制网络应用 提供端到端的解决方案。被世界标准组织包括ANSI （美国国家标准协会）、AAR（美国铁道协会）、 SEMI（国际半导体设备与材料协会）、 ASHRAE、 IFSF和IEEE（电气和电子工程师协会）认证为各自 的行业标准。LONWORKS技术符合IEEE列车控制联网标准IEEE-1473L以及EIA-709标准，与其它工业现场总线相比，它的温度范围宽，最大节点数为32000个，其网络芯片即神经元协议控制器和总线收发器的工作温度为-4085；支持双绞线、电力线、无线电、红外线、光纤等多种传输介质和支持总线型、环型、自由拓扑型多种拓扑；传输信号采用差分曼彻斯特编码；是现有各种现场总线中唯一提供了OSI参考模型中 所定义的全部7层服务的网络。同时开发LONWORKS 产品的开发商多，成本低，选择范围广，它有配套 的节点、路由器或网关开发、网络调试、安装设备 ，可以在较高层次上实施网络工程。 该技术的一些主要特点：它是完全开放式的技术。它提倡运用分布式的智 能设备组建控制网络，同时也支持主从式网络结构 。它支持各种通讯媒体，包括双绞线，电力线，光 缆等等。控制网络的核心部分，LonTalk通讯协议 ，即ANSI/EIA709.1-A-1999已经固化在了神经元芯 片中，该技术包括一个称之为LNS网络操作系统的 管理平台，该平台对LonWorks控制网络提供了全面的管理和服 务，包括安装，配置，监测，诊断等等。LonWorks 网又可通过各种连接设备接入IP数据网络和互联网 ，与信息技术应用实现无缝的结合。该技术的另一个重要特点是它的互操作性。国际 LonMark互操作性协会推广，制定基于LonWorks技 术的具有互操作性的标准（简称LonMark标准）。 无线传输装置中用LonWorks网络采集全列的车电、 防滑、轴温、烟火、塞拉门、空调等实时状态信息 和故障信息。接线图如图1所示。 代理节点WG1PLC触摸屏WG4逆变电源WG2轴报器WG3防滑器WG5车门控制器WG6烟火报警器供电、空调、照明等车辆网列车 网络主监 控站列车网络监控系统的构成铁路客车网络监视与控制系统，根据系统 组成和功能可以分为3级，主控站级、列车级 、本车级，从而组成一个完整的网络系统。综 合了LonWorks网络技术（用来采集车电、空 调、防滑、车门、车下电源、轴温、烟火报警 等信息），卫星定位系统（GPS）技术（采集 经纬度），通用分组无线业务GPRS技术（发 送LonWorks采集的列车网络数据）和计算机 网络通信技术（地面网站的编制）。能够实现 本车监控，全列监控，和地面网站实时监视功 能。 系统构成图如下图所示。数据专线（2M）GPRS骨干网交换机远端用户 Internet ServerServerServerWeb ServerWG-IIWG-IILONWORKS 网络WX-IIWG-IIGPS天线 GPRS天线四方所RouteGRE隧道SGSNGGSNFirewallWG-IIWG-IIWX-IIWG-IIGPS天线GPRS天线LONWORKS 网络主控站主控站主空站PLC代 理制 氧 机轴 温防 滑 器烟 火车 门逆 变 器无线传输I路列 车网线II路列 车网线车辆网 线列车网络系统构成图（其中一节车厢）网络数据的采集列车网络数据的采集有两种方式，一种 是通过传感器采集，另一种是通过智能设备 采集，采集流程如下：智能设备网关用户设备服务器PLC代理无线传输列车通信网络中各元件的功能 主控站车载网络监控系统主控站采集列车网上的编组 中的所有车辆的供电，空调，轴温，防滑，烟火， 车门，车下电源等工况信息，通过人机界面主控屏 显示，同时，主机也接收从主控屏发来的对列车网 上的车辆的单车或全列的空调（强风，弱风，自动 ，停止，半冷，全冷，半暖，全暖等等）、供电（ 只能对单车发送）等控制命令，然后向列车网发送 ，被控车辆收到命令并执行后返回工况信息。车载数据无线传输车载数据无线传输装置通过Lon网采集列车网的 车电，轴温，车门，烟火，车下电源，空调，等实时 的工况信息与故障信息，同时通过GPS天线以及接收 设备采集经纬度信息，打包后通过GPRS传输至地面 接收站。 Lon网关列车车载网络用网关按其串口类型可分为RS- 232C与RS-485两种，是根据其对应的接口设备的串 口类型而确定的。他们的功能都一样，都是用来与接 口设备互相通讯的，接收智能设备发来的数据，然后 将接收的数据发送至车辆网上，同时将车辆网上的与 本设备有关的命令信息转发给智能设备。地面网站地面网站是运用计算机网络技术，接收GPRS发回的数据，然后存储在地面数据库中，以网络的形式提供给用户。网站实行密码管理，用户根据提供的用户名与密码登陆后可访问该网站，通过浏览网页的形式实时监视车辆的运行情况，对发生故障的设备可详细查看故障的情况，用户对发现的故障进行及时的处理，方便检修，给旅客列车的运行安全提供了可靠的保障，节约了大量的人力物力。车载网络的调试方法 调试准备 接线检查给网关供电之前，需对网关的接线进行检查，检查内 容为：1）+24V电源线有无短路，断路，接地情况。2）lon网线有无短路，断路，接地情况。3）串口线有无短路，断路，接地情况。4）串口线有无接错。（例如：对于串口为 RS485的 ，网关的RP,RN与对应设备的RP,RN是否一一对应， 不能交叉接线；对于串口为RS232的网关， RR,RT,RG 应分别对应于设备的RR,RT,RG。）5）检查有无通讯线有无缺省，是否可靠连接 ，有无松动。譬如:PLC与触摸屏之间的通讯线是否接好， 与网关相连的各设备的通讯线是否接好。6）PLC中间口（PORT）内的通信设定开关（ 黄色拨钮）是否置于OFF位。 网络调试方法及常见问题 本车网络调试通过本车触摸屏查看本车网络。若本车所有网 关信息均不能显示，我们应注意以下方面：1）观察plc网关，lsv灯闪绿色或绿灯常亮，给网 关重新上 电后还闪绿色或绿灯常亮，则先检查PLC 网关到PLC适配器RS-232端口的通讯线（包括与安 全记录仪的连线有时安全记录仪故障即使正确接线 也可影响到网络通讯，可将其甩开处理）是否正确 连通。其连线关系如下：PLC网关的发端RT与PLC适配器RS-232 端口的收端 （连线DB9插针的2针）连接， PLC网关的收端RT与PLC适配器RS-232端口 的发端（连线DB9插针的3针）连接，PLC网 关的信号地RG与PLC适配器RS-232端口的信 号地（连线DB9插针的9针）连接。也可通过 测试电压方法：通常RS-232C的发端对信号地 有负电压， RT和RR对RG直流电压分别大于- 7V，否则认为焊点虚接，或进进行下一步。（ RS-232端口焊点虚接往往给网络通讯造成很 大的麻烦，这种故障不易排除。），若接线正 确无误，建议更换网关试。2）确认PLC中间口（PORT）内的通信设定开关（黄 色拨钮）置于OFF位。置于ON位时，车辆级网络（ 本车轴报、防滑、车门、车下电源、烟火等）会全 部离线，列车级网络上无该车，该车也无法监视其 他在线车辆，安全记录仪指示灯闪烁不正常（一般 会以较慢的速度闪烁）。 3） 观察plc网关的故障灯，闪烁红色或红灯常亮，则 先检查PLC网关到PLC适配器RS-232端口的通讯线 （包括与安全记录仪的连线，有时安全记录仪故障 即使正确接线也可影响到网络通讯，可将其甩开处 理）是否正确连通。其连线关系如下：PLC网关的发端RT与PLC适配 器RS-232端口的收端（连线DB9插针的2针） 连接，PLC网关的收端RT与PLC适配器RS- 232端口的发端（连线DB9插针的3针）连接， PLC网关的信号地RG与PLC适配器RS-232端 口的信号地 （连线DB9插针的9针）连接。也 可通过测试电压方法：通常RS-232C的发端对 信号地有负电压， RT和RR对RG直流电压分 别大于-7V，否则认为焊点虚接，或进行下一 步。（RS-232端口焊点虚接往往给网络通讯 造成很大的麻烦，这种故障不易排除。） 4）检查本车LON网线是否有接地、短路、断路等现象 。测量本车LON线间应有51电阻值。 5） 确认PLC中间口（PORT）内的通信设定开关（黄 色拨钮）置于OFF位。网关故障指示灯不闪烁，也 不常亮，接线正确的情况下，可更换plc网关试。 6） 确认以上5步都检查了，触摸屏仍不显示所有节点信息，更换代理节点试。通过触摸屏察看本车信息，若有某个或某几个节点 信息离线（如烟火，车门），应注意以下几个方面 ：1）观察对应的网关，LSV灯闪烁绿色或绿灯常亮，重 新上电后仍闪绿色或绿灯常亮，检查通讯线，要注 意区分网关的通讯端口是RS232还是RS485，确认无 误后，建议更换网关。 2） 观察对应的节点（网关）的故障指示灯，闪烁红色 或红灯常亮，应检查LON网线是否可靠连接（是否 有接地、短路、断路等现象），要注意区分网关的 通讯端口是RS232还是RS485，同时还应检查离线 节点网关与相应功能单元之间的通讯线是否有有接 地、短路、断路、接线错误等现象。 3） 故障指示灯不闪烁，也不常亮，确保触摸屏上能显 示其他节点信息的情况下，可更换网关试。 列车级网络调试 确