现代铁路远程控制系统远动系统技术基础22
现代铁路远程控制系统 第二章 远动系统技术基础 (2.1)
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西南交通大学峨眉校区计算机系
2.1 远动系统的网络结构
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拓扑（Topology）结构
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选择拓扑结构应该考虑的因素
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铁路信号远动系统网络结构
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2.1 远动系统的网络结构
控制端设备、执行端设备、信道是构成远动系统的三个 组成部分。其中关系到远动系统结构的一个重要因素是远动 系统信道的网络联系形式，即系统的网络结构。 远动系统的网络结构与对象的数量和分布有关。在物理 上把分布的对象连接起来有若干形式，这些连接形式就叫做 拓扑结构或网络结构。 目前的远动系统中，无论是控制端还是执行端，它们所 用的设备均是计算机，因此，远动系统的网络结构实质上也 是计算机网络的拓扑结构。
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2.2 远动系统的信息传输
2.2.1 通信系统的组成及性能指标
信 源 信道 译码 信源 译码
信源 编码
信道 编码
调 制
信道
解 调
信 宿
信源：也称信息源 ,其作用是把待传输的消息，如语音、 文字、图象、数据等，转换成原始电信号。 信源编码：一是进行A/D转换和数据压缩，即把信源送出 的信号变换为数字的编码信号；另一作用是为了提高数字信 号的有效性，解除信号之间的内在联系，对所传的数字信息 进行压缩。 信源译码：信源译码器的作用与信源编码器相反，它具有 解压缩、量化、译码和滤波功能。
《铁道信号远程控制》课程大纲
《铁道信号远程控制》课程教学大纲
Remote Control Systems of Highway Traffic
课程负责人：执笔人:编写日期：
一、课程基本信息
1．课程编号：L08170
2．学分：2学分
3．学时：32（理论32）
4．适用专业：自动化
二、课程教学目标及学生应达到的能力
本课程是为自动化专业本科生开设的选修课程之一。本课程以远程控制系统的基本原理和方法为基础，主要内容有远程控制系统的基本概念、技术基础、调度集中、调度监督和微机监测、行车调度自动化、铁路运输调度管理信息系统等，本课程教学内容是日后调度与行车指挥工作的基础。
本课程的教学任务是通过学习使学生掌握远程控制系统的基本概念和技术基础。在理解以TDCS为平台组建分散自律新一代调度集中的整体内容结构基础上，掌握调度集中、调度监督和微机监测的构成及原理，熟悉行车调度自动化、铁路运输调度管理信息系统，了解调度集中最新研究成果与发展动态。
本课程的教学目标是在运用以问题为导向的研究性教学方法的基础上，通过课堂教学、参观模拟、上机实验等多种形式的训练过程，使学生不仅掌握运动技术在铁路信号远程控制系统的应用，也使学生的逻辑思维能力、自主学习能力及未来从事相关工作的专业素养得以提高。
三、课程教学内容与基本要求
（一）课程简介（2课时）
主要内容：本课程的性质、任务与教学目标；本课程的教学内容；本课程的教学方法；本课程的教学进程；本课程的考核形式与基本要求；本课程使用的教材、参考书与其他相关课程资源。
1. 基本要求
（1）理解本课程的教学主线，掌握本课程如何基于运动技术在铁路信号远程控制系统的应用设计的各章内容结构及其相互关系。
铁道信号远程控制复习
铁道信号远程控制课程复习题
1．什么是远动技术？
远动技术就是综合自动控制技术、计算机技术和现代通信技术三大领域的主要技术成果、为实现工业过程的远距离、大范围、无人化的控制和监测而发展起来的一门学科，也称遥测遥控技术或远程控制技术。
2．一个完整的远动控制系统由哪几部分组成？画出结构图？
远动技术就是遥控、遥信、遥测和遥调的总称。一个完整的远动控制系统由控制端设备、执行端设备和信道三部分组成，结构图如下。
3．远动系统（技术）的主要任务有哪些？
远动系统的主要任务，一是集中监视，正常状态下实现合理的系统运行方式，事故时及时了解事故的发生和范围，加快事故处理，以提高安全经济运行水平；二是集中控制，以提高劳动生产率。
4．远动技术在铁路运输调度工作中的应用表现在哪几方面？
远动技术在铁路运输调度工作中的应用表现在以下几方面，一是调度集中和调度监督系统CTC；二是铁路列车调度指挥系统TDCS；三是微机监测系统MMS。
5．常见的铁路信号远动系统的网络结构有哪些？各有何应用？
常见的铁路信号远动系统的网络结构主要有以下几种：
（1）点对点式结构——适用于大站遥控系统
（2）多点星型网络结构——适用于枢纽或分界口的遥控遥信系统。
（3）交叉连接的星型结构——为新一代分散自律调度集中系统采用的方式。
（4）多站网络式结构——适用于控制对象沿线分布的远动系统，如区段调度集中系统。
（5）复联网络形式的系统结构——适用于控制对象处于集中分散式分布的远动系统，如分接口遥信系统。
6．远动系统的可靠性包括哪两部分？系统的可靠性如何分配？
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2.6 通信总线和现场总线
➢ 总线分类 总线按功能和规模分类一般分为三类：系统总线、通信总
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2.4 通信网络的主要硬件设备
2.4.7 网关（协议转换器 ）
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网关
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2.5 远动系统的网络体系结构
➢ ISO的OSI参考模型 ➢ IEEE 802 LAN协议标准 ➢ TCP/IP协议 ➢ X．25协议
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2.6 通信总线和现场总线
常用现场总线
CAN（Controller Area Network）是ISO的串行通信协 议。CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工 业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
CAN在汽车领域上的应用是最广泛的,世界上一些著名的 汽车制造厂商,如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保 时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都 采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机 构间的数据通信。
现代铁路 远程控制系统
第一章概述
●远动技术：又称遥测遥控技术；包含自动控制技术，计算机技术，现代通信技术。
●远动技术是在计算机，数据传输，编码理论，检测技术，传感器，大规模集成电路的基
础上建立起来的。
●铁路信号远程控制系统是以远动技术作为理论基础，结合铁路运输对信号控制的要求而
设计的系统
1.1远动系统的基本概念
1.远动技术：遥控，遥信，遥测的总称
2.遥控技术（远程控制）
●概念：对被控对象进行的远距离控制
●基本组成部分：控制端，执行端，信道
●控制端：控制命令的产生地点
●被控端（执行端）：控制对象所放的地点
●信道：连接控制端和执行端的通道
●编码与译码：控制端与执行端的距离较远，必须蝉蛹现代的数据传输方式，把控
制意图转变为可以传输的电信号，形成有规律的，符合双方约定含义的数据信号，以提高系统的可靠性
3.遥信技术（远程监视）
●概念：对远距离被控对象的工作极限状态进行元距离的测定（用表示灯或表示设备
监视被控对象的极限状态）
●测量对象：数字量
●执行端：信息源
●控制端：信息的接受场所
●信息的传输方向：执行端至控制端
4.遥测系统（远程测量）
●概念：对被控对象的某些参数进行远距离的测量
●测量对象：模拟量
●执行端，控制端，信号传输方向：同遥信系统
5.远动系统可以进行远程控制，远程状态监视和远程参数测量
6.遥控，遥信，遥测可以在同一信道上传送不同的信息，两种不同的信息也可以同时传送
（通过采用线路控制方法，分配占用信道的时机，实现不同方向信息的传送）
7.遥信与遥测可以单独存在，遥控系统一般包含遥信的功能
8.远控系统的主要任务：集中监视，集中控制
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为了降低误码率，可以采用两条途径：采用新的传输系 统和使用差错控制技术。前者受各方面因素的限制，不易实 现，主要是采用后者来实现。
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2.3 差错控制与电码结构
同步码是为了建立群同步而设立的码组，利用它提供准确的时间标准 实现群同步。码组长度和采用的类型可任意选择。
信息码是电码的核心部分，直接反映电码所要代表的含义。一般它又 可分为地址码、状态码和信息码三部分。
校正码（差错控制监督码）根据采用的差错控制方式，决定这部分码 元的数目。
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.2 电码结构 ➢ 按信息码元和监督码元之间的约束方式可分为分组码和卷积
码。
➢ 分组码中所有码组的信息码元在编码前后保持原来形式的码 叫系统码，反之是非系统码。
➢ 纠正随机错误码和纠正突发错误码。前者纠正信道中出现的 随机独立干扰引起的误码，后者主要纠正信道中出现的突发 错误。
2.3.1 差错控制
发
收
可以纠正错误的码
FEC
1．前向纠错（FEC） ：前向纠错方式FEC（Forward Error Correction）是 在发送端将数据信息按一定的规则附加余码元，组成纠错码。
发
收
能发现错误的码
ARQ
2．自动回询重传（ARQ）：这种方式又可称为检错重传、判决反馈或反馈纠 错，记作ARQ（Automatic Repeat Request）。
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.2 电码结构
校正码
信息码
同步码
前导码
电码结构
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.2 电码结构
前导码放在整个电码的前部，它没有任何具体的含义，由“1”和“0” 信号交替或是全“1”、全“0”等组成。它是为了在接收端建立起位同步 信号和克服滤波器建立时间的影响而编成的码组，其码元数目根据位同 步和滤波器建立的时间而定。
2.3.1 差错控制 差错控制的基本思想是通过对信息序列作某种变换（变
换方法不同，也就构成不同的差错控制码），使原来彼此独 立、相关性极小的信息码元，经变换后，产生某种相关性， 从而在接收端有可能根据这些相关的规律性来检查识别，进 而纠正信息序列在信道中传输时所造成的差错。
为实现这种相关性，在发送端用信道编码器在信息元后
面增加一些码元，叫监督（或校验）码元。信道编码器就是
抗干扰编码器。不同的差错控制编码方法有不同的检错、纠
错能力。常见的检纠错码有奇偶校验码、水平一致监督码、
水平垂直一致监督码、群计数码、等比码、线性分组码等。
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.1 差错控制 为了克服通信系统中差错的有害影响，除了要选择适当
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.2 电码结构 常用的检错码有奇偶监督码、行列监督码、群计数码、恒
比码等。常用的线性分组码主要有汉明码、循环码。
发
收பைடு நூலகம்
数据信息
数据信息
IRQ
4．信息反馈（IRQ）：也就是信息重传请求IRQ（Information Repeat Request），将接收到的数据原封不动地通过反馈信道送回到发送端。
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.2 电码结构 远动系统实际是数据传输系统与自动控制系统的结合，其
信息的传输是靠电码来完成的。因此，远动技术中一个非常 重要的内容就是研究电码，也就是电码结构。
所谓电码就是按照一定的规律组织起来，代表一定含义的 一组脉冲信号。每一个脉冲称为电码单元，简称码元。几个 码元组成一个码组（码字），而电码就由几个码组来构成。 整个电码代表一定的信息内容，而每个码组分别表达了信息 内容的一部分。
第二章 远动系统技术基础
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.1 差错控制 远动系统要完成各种数字信号的远距离传输。为保证各
种命令的正确执行和各种表示信息的准确无误，我们要求数 字信息的传输系统都达到无误传输。但是，数据在信道中传 输不可避免地要受到各种干扰，从而造成传输差错。
不论何种干扰引起的错误，不外乎两种形式：一是随机 错误，另一种是突发错误。
2.3 差错控制与电码结构
2.3.2 电码结构 • 差错控制编码分类：
根据编码方式和不同的衡量标准，差错控制编码有多种 形式和类别，主要有以下几种分类 ：
➢ 根据编码功能可分为：检错码（只完成检错功能）、纠错码 （只完成纠错功能）和纠删码（既可检错也可纠错）。
➢ 根据信息码元和附加的监督码之间的检验关系可以分为线性 码（监督码元是信息码元的线性组合）和非线性码（两者不 存在线性关系）。
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.1 差错控制
发
收
能发现和纠正错误的码
应答信号
HEC
3．混合差错控制方式（HEC）：如果将FEC和ARQ适当结合起来，就能克服各 自的缺点，这就是混合差错控制方式，也称混合纠错方式HEC（Hybrid Error Correction）。
的码型外，还必须从整体出发，考虑如何控制这些差错。 在数据传输系统中，差错控制方式主要有四种：
➢前向纠错方式（FEC） ➢检错重发方式也称自动回询重传方式（ARQ） ➢混合纠错方式（HEC） ➢反馈重发方式即信息反馈方式（IRQ）
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2.3 差错控制与电码结构
随机错误即数据系列中前后码元之间是否发生错误彼此 无关，产生这些错误的信道称之为无记忆信道或随机信道。
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2.3 差错控制与电码结构
2.3.1 差错控制 突发错误即一个错误的出现往往影响后面数据的错误，
错误之间有相关性，发生这种突发错误的信道称之为记忆信 道或突发信道。