LONWORKS网络在高速电动车组广播系统的应用

LONWORKS网络在高速电动车组广播系统的应用
摘要：随着高速动车组在我国的广泛运用，广播系统作为旅客信息系统的一部分，对系统信息化、自动化、网络化的要求越来越高，广播系统拥有着列车自动报站、乘务人员间联络通话、紧急广播的重要功能，一旦发生广播系统故障列车的语音文字信息广播功能将全面失效，所有面向旅客的信息都需要专门的列车人员对旅客进行原始的口头传播，给旅客的出行、列车员的工作都带来极大的不方便，广播系统的稳定性显得尤为重要。

关键词：lonworks；网络；广播；动车组3-02
lonworks网络技术是美国echelon公司于1990年12月推出的一种现场总线技术。

lonworks现场总线全称为lonworks networks，即分布式智能控制网络技术，该网络能够适合各种现场总线应用场合的测控网络。

目前，主要应用于工业控制、楼宇自动化、机车车辆控制等领域。

lonworks产品包括：neuron芯片、网络接口及收发器、路由器、网络服务工具、开发工具。

lonworks网络支持不同的传输介质，如双绞线、电力线、无线电、同轴电缆、红外线等，而且可以在同一网络中可以有多种通讯媒介。

lonworks网络通信速率可达1.25mb/s，此时有效通信距离为130m。

采用双绞线情况下，在78kb/s的速率下直线通信距离可达2700m。

lonworks网络通信采用面向对象的设计方法：lonworks网络通
信技术称之为“网络变量”，它使网络通信的设计简化为参数设置，增加了通信的可靠性。

对等式的通讯网络，无主节点，实时性好，可靠性高，正是由于上述的技术特点，lonworks网络技术满足了未来发展对测控系统的要求，目前，它的使用已经遍及世界56个国家和地区的工业、楼宇、交通、能源等自动化领域。

目前，动车组广泛采用基于lonworks网络的广播系统，该广播系统整体运行较为平稳，能够满足用户要求。

1 lonworks网络在广播系统中的应用
1.1 系统框架
动车组广播系统及乘客信息显示系统（pis）使用lonworks现场总线技术作为车辆的贯通通信线，采用总线型网络拓扑结构，双端使用105欧姆的结束端子。

网络线缆采用在设备内并接的工作方式，满足lonworks关于总线型网络结构分支线不能超过3米的限制。

乘客信息显示器的控制端在aad，aad接收mon传送的数据信号，通过计算得到需要显示的条目内容，并通过lonworks网络，向车厢内的camp传送，camp内有一个网关，负责把数据转换为rs485信号传送给各个乘客信息显示屏。

具体如图2所示，点画线型的线缆是广播系统的车辆控制总线；细线型的线缆是车厢内的rs485乘客信息显示屏的rs485控制线；粗线型的线缆是车辆提供的100v
电源。

1.2 系统功能
旅客信息系统（pis）由车内外显示、公共广播、内部通讯和乘客呼叫4部分组成。

pis由系统主机控制。

车厢内的部件由车内、外显示器，内部通讯站和扬声器组成。

8辆固定编组的动车组pis还具有2个编组重联模式；16辆固定编组的动车组pis不再提供2个编组重联模式。

1.2.1 显示功能
信息显示的内容由列车乘务员室或司机室内的人机接口进行操作，如输入车次、上载线路数据库等操作。

pis初始化后，信息显示应自动由系统主机控制。

pis主机根据列车当前路线，自动触发事先定义并存储在数据库中的显示内容。

显示器显示相应的内容。

显示的内容采用中、英文两种语言。

显示的持续时间可通过软件来调整。

临时信息可以通过人工干预方式进行显示，文本内容应由用户提供。

如图3所示，客室内的乘客信息显示装置通过rs485接口连接在一起，每个乘客信息显示装置提供一个可以转接的rs485端口用于rs485通信的串行连接。

所有的端口连接到camp的rs485输出端口上。

5号车的mon和广播系统的接口连接到pis系统控制器pau上。

4号车的mon扩展端口和广播系统的接口连接到pis系统控制器dbcu的mon端口上。

mon通过和自动广播装置的接口以及备份控制装置的接口向广播系统主机发送相关的运行信息，广播系统主机把信号重新整理后向各个车厢的camp（控制放大器）中发送。

再由各个车厢的camp通过rs485端口发送到乘客信息显示装置。

乘客信息显示装置收到显示控制信号后，翻译成相应的显示条目通过led显示。

通过广告界面，广播系统主机将自行控制乘客信息显示装置的广告显示。

在广播系统控制器中提供紧急广播的控制界面，紧急广播的输入界面的编写和数据填写由乘务员完成操作。

dbcu作为备份的控制装置，安装在4车的配电柜内，接口使用han24dd连接器。

其作为备份设备，具有和pau一样的mon接口，内部按照同样的逻辑进行逻辑转换，同时监视pau的工作情况。

在pau工作异常的情况下，向pis内部控制网络的camp发送乘客信息显示控制信号。

cont作为广播系统的联挂控制器，其内部具有路由功能。

可以对两列车之间的互通信号进行过滤。

由于每列车具有自己的备份控制装置dbcu，在两列车联挂时，相关的led显示控制信号不再向联挂车辆转发。

而pis系统的其它控制信号，和其它列车相关的信号则可以通过cont。

（1）车外信息显示
外部显示屏安装在车体两侧。

显示屏显示的内容应具有很高的可
读性，并保证其内容在阳光直射的条件下也具有可读性。

旅途中，显示屏可以根据列车行驶速度自动关闭显示或恢复显示。

车外信息显示屏应显示下列信息：
·车次号；·车厢号；·始发站和终点站
（2）车内信息显示
车内显示器安装在乘客区，显示内容参见下文车内信息显示。

显示方式：如果单屏不能完全显示，可以从右往左滚动显示。

（3）信息显示内容
车外显示内容：车次号、车厢号、始发站和终到站。

1.2.3 列车工作人员间的内部通讯
内部通讯通过每个车内设置的固定通讯站可以实现司机-司机，司机-列车长，司机-乘务员，列车长-乘务员，乘务员-乘务员之间的通讯。

共线电话可以实现两部电话之间进行通讯；优先级高的通讯可以将正在进行通讯的优先级低的电话强行挂机。

1.2.4 播音的优先权
1.2.5 重联模式
2个8辆固定编组的动车组重联时，重联机制保证下面功能不受影响：
功能在重联后全列有效；
车内外显示信息由主控端动车组的pis主机控制； 8辆单组运行车厢号显示为1-8，2列8辆编组重联或16辆编组时车厢号为1-16，
车厢号不随司机换端操作而变化。

2 lonworks总线数据调度
在pis系统中，乘客信息显示对于联络和设备状态的传送来说，其处于最高的优先级，系统的带宽会优先应用于乘客信息显示，其信息可以使用优先级控制机制保证优先传送。

2.1 带宽分析
lonworks系统总线带宽分析如下：
系统带宽：78khz，每秒钟可以传送大于100个报文（数据帧），而在系统内需要传递的报文数目如下：
·状态信息帧 500ms一次，共9个camp，1个ccu，共10个设备，每秒需要传送20个包
·联络控制报文在每次联络时使用，1次联络启动过程 5个包，由于系统联络的互锁性，平均5秒完成一次拨号联络过程，即 1包/秒
广播开始/结束 2个包/过程，按照最大1包/秒计算
信息系统 aad向led发送的信息为1秒1次
总计： 24包/秒
2.2 传输延迟
参考文献
[1]美国埃斯朗公司.lonworks系统介绍.
[2]曲非非，綦希林.lonworks控制网浅析[j] .测控自动化，2004：20（9）.
[3]姜洪亮，郭秀伟，李国平.lonworks网络在我国铁路客车上的应用[j].铁道车辆，2003：41（10）.。