淺述LONWORKS技術的列車控制網(wǎng)絡

全文47頁 約25000字 論述翔實

摘 要
LonWorks列車監(jiān)控網(wǎng)絡是符合IEEE1473標準和我國TB規(guī)定的標準網(wǎng)絡形式之一。四方車輛研究所對其底層技術進行了二次開發(fā)和國產化，形成了具有自主知識產權的系列產品。四方車輛研究所研制開發(fā)的Lonworks網(wǎng)絡列車監(jiān)控系統(tǒng)，已先后應用在武昌—北京的T79/80次列車上（已通過鄭州鐵路局鑒定）、蘭州動車組上（16輛車）、京滬T22/21次高檔列車上（43輛車）。
空調列車在我國的迅速發(fā)展對我國當前水平較低的傳統(tǒng)列車控制技術提出了挑戰(zhàn)，應用的需要使得發(fā)展我國自己的列車控制網(wǎng)絡成為當務之急。在列車控制網(wǎng)絡中，列車總線、車輛總線是其中的主體部分，通過對整列車的控制的網(wǎng)絡化，實現(xiàn)動車組中分散動力的聯(lián)動控制，確保列車上各系統(tǒng)的工作情況盡在掌握之中，并實現(xiàn)了信息共享。這是列車控制的發(fā)展趨勢。本課題正是針對空調車的控制系統(tǒng)展開研究的。
LONWORKS網(wǎng)絡控制技術是近年來迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場總線控制技術，在工業(yè)、樓宇、運輸、能源等自動化領域得到應用。它集計算機、網(wǎng)絡、控制于一體，集成了ISO/OSI的全部七層協(xié)議，同時具有通信和控制功能，提供了34種常見的I/O控制對象，工作溫度范圍寬（-40℃～85℃），組網(wǎng)靈活，開放性好；所有這些都說明它能夠應用到列車控制中。
空調高檔車上設有列車監(jiān)控網(wǎng)絡，能夠自動監(jiān)測車輛設備的各種參數(shù)，以確保設備和車輛運行安全以及乘車舒適性。。
本文提出了采用LONWORKS技術的列車控制網(wǎng)絡，并針對我國目前的情況，對方案的實現(xiàn)進行了詳細的論述。文中討論了節(jié)點的組合原則，分析了網(wǎng)絡的實時性，并重點論述了節(jié)點設計和組網(wǎng)設計。并設計出節(jié)點硬件電路。

關鍵詞：LONWORKS網(wǎng)絡，監(jiān)控系統(tǒng)，通信協(xié)議

Abstract
The rapid development of the EMU has challenged the low-leveled traditional train control technology in our country, which urges the development of our own train control networks. The train control network, which is mainly divided into train bus and vehicle bus, is used to synchronize the transmission system of the motor car, to gain the control and monitor the status of all the equipment in the train, and to share information with one another. Actually this has become the trend of the development of the train control. In this paper, the discussion is carried out based on the control system of EMU.
The LONWORKS technology, one of the many fieldbus technologies developed in recent years and available as an open standard to all manufacturers, now has been widely used in the automatic areas ranged from industry, building, transportation, to power system. It integrates computer, network and control into one technology and displaces proprietary centralized systems with open, highly distributed, interoperable systems. Neuron chip, whose network protocol has all 7 layers of the ISO/OSI reference model, has the abilities of both communication and application control, and provides 34 I/O object. The technology also provides versatile methods for building and managing the control networks.
In this paper, 3 solutions for the train control network are demonstrated based on the LONWORKS technology. And according to the actual situations in our country, the 3rd solution is further discussed in detail. The main principles for the definition of the different nodes in a network are given, and the characteristic of the real-time control is thoroughly analyzed. Furthermore, great emphasis has been put to discuss node design and network design. Meanwhile, this paper also analyzes the EMC of the system, for which some methods are given.
Finally, the paper provides certain results of the static tests and the dynamic test on-board the EMU, which in return proves the precedent design.

Keyword: LONWORKS technology, monitor and Control system, communication protocol

目錄
1. 概 論 1
1.1 列車微機控制技術的發(fā)展與現(xiàn)狀 2
1.1.1現(xiàn)場總線技術 3
1.2 本課題的目的和內容 5
1.2.1目的和內容 6
2. LONWORKS網(wǎng)絡控制技術的原理與應用開發(fā) 7
2.1 概述 7
2.2 LONTALK協(xié)議 8
2.2.1物理信道 9
2.2.2LonTalk協(xié)議的網(wǎng)絡地址結構 9
2.3 通信服務 11
2.3.1消息服務類型 11
2.3.2沖突 12
2.3.3優(yōu)先級 12
2.3.4證實 13
2.3.5 LonTalk MAC子層 13
2.3.6網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡診斷 16
2.4 Neuron芯片 16
2.4.1概述 16
2.4.2芯片的CPU結構 18
2.4.3應用I/O對象 18
2.4.4服務引腳（Service Pin） 19
2.4.5通信端口 19
2.5 Neuron C 20
2.5.1 網(wǎng)絡變量 20
2.5.2 顯式報文（Explicit Message） 21
2.5.3 定時器 21
2.6 LNS 22
3. 監(jiān)控系統(tǒng)的方案與分析 24
3.1 采用LONWORKS技術的可行性分析 24
3.1.1網(wǎng)絡列車控制的特點 24
3.1.2 采用LONWORKS技術的可行性 24
3.2 系統(tǒng)方案 25
3.2.1 列車控制網(wǎng)絡的基本結構 25
3.2.2 應用現(xiàn)狀 25
3.3 通信方式的選擇 26
4. 系統(tǒng)設計 27
4.1 概述 27
4.2 節(jié)點設計 27
4.2.1 主板電路設計 27
4.2.2 通信電路 27
4.2.3 附加電路 28
4.3 節(jié)點硬件設計 28
4.3.1 節(jié)點基本原理 28
4.4 模擬量I/O設計 29
4.5 開關量I/O設計 30
5. LonWorks設計體會及其在我國的應用前景 31
5.1 LonWorks控制網(wǎng)絡設計對兼容性的要求 31
5.2 LonWork s節(jié)點設計中的抗干擾措施 31
5.3 設計基于LonWorks技術的自控系統(tǒng)應注意的幾個問題 32
5.4 LonWorks控制網(wǎng)絡在我國的應用發(fā)展 32
結 論 34
致 謝 36
參考文獻 37
附 圖 38

部分參考文獻

[3]Echelon China 北京代表處，«LONWORKS Networks 智能控制網(wǎng)絡技術»，1998
[4]Neuron chip TMPN3150 參考手冊 ，Toshiba company，2000.2
[5]謝希仁 編著，«計算機網(wǎng)絡»，電子工業(yè)出版社，1999
[6]李正軍 編著，«現(xiàn)場總線及其應用技術»，機械工業(yè)出版社，2005
[7]楊育紅 編著，«LON網(wǎng)絡控制技術及應用»，西安電子科技大學出版社，1999
[8]陽憲惠 主編，«現(xiàn)場總線技術及其應用»，清華大學出版社，2000