上海市轨道交通5号线信号系统控制网络的研究与探讨

1、上海市轨道交通5号线信号系统控制网络的研究与讨论摘 要 上海轨道 交通 5号线信号系统采用了总线技术。从的协议构造、传输技术、总线存取协议等几个方面,讨论该技术在上海轨道交通5号线信号系统控制 网络 中的详细 应用 ,并通过平安性、可靠性 分析 ,说明采用现场总线技术的意义。关键词 上海市轨道交通5号线 信号系统 控制网络 数据传输1 前 言 网络技术主要应用于:制造业自动化、过程控制自动化、铁路交通自动控制等。2 现场总线技术的标准及其概貌 可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化,该系统分为主站和从站。根据应用特点,分为三个兼容版本,即: (), (),()。3 上海市轨道交通5号线

2、控制网络的协议构造3.1 协议构造是根据7498(国际标准化组织)国际标准,以开放式系统互联网络(简称)作为 参考 模型的。模型是现场总线技术的根底。现场总线技术既要遵循开放系统集成的原那么,又要充分兼顾测控应用的特点和特殊要求。对于 工业 控制底层网络来说,单个节点面向控制的信息量不大,信息传输的任务相比照拟简单,但实时性、快速性的要求较高。现场总线采用的通信模型大都在模型的根底上进展了不同程度的简化。参考模型将开放系统的通信功能划分为7个层次:物理层;数据链路层;网络层;传输层;会话层;表示层;应用层。 的协议构造定义了第一、二、七层,应用层包括现场总线信息标准( )和低层接口( )。包括

3、了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信效劳。协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口,如图1所示。 的协议构造层和子层说明如下:第一层:物理层(简称)规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。第二层:数据链路层。现场总线数据链路层包括介质存取控制(简称)子层,描绘了连接到传输介质的总现存取 方法 ;和现场总线链路控制(简称)子层,规定了对低层接口()有效的效劳,提供效劳访问点的管理和与相关的缓冲器。 第三六层:在中没有详细应用,但这些层要求的任何重要功能都已经集成在底层接口()中。例如,包括连接监控和数据传输的监控。第七层:应用层。包括低层接口()子层和现场总线信息标准()

4、子层,子层将现场总线信息标准()的效劳映射到第二层子层的效劳。除了上面已提到的监控连接或数据传输,还检查在建立连接期间用于描绘一个逻辑连接通道的所有重要参数。可以在中选择不同的连接类型,主/主连接或主/从连接。数据交换可以是循环的也可以是非循环的。现场总线信息标准()子层将用于通信管理的应用效劳和用于用户数据(变量、域、程序、事件通告)的分组。借助于此,才可能访问一个应用过程的通信对象。主要用于协议数据单元的编码和译码。 位于第七层之上的应用层接口(简称)构成了到应用层的接口。的目的是将过程对象转换为通信对象。3.2重要的电文构造用户数据按如下原理组成块构造:-数据块中各字段含义如下:同步位对

5、于,每个握手报文前必须保持33位的空闲状态(二进制“1信号)。启动字节(启动符)规定了有关的报文类型。区别对待到以下几种报文:不带数据域的信息域长度固定格式1(代码:10)信息域长度可变格式2(代码:68)带数据域的信息域长度固定格式3(代码:2)令牌报文4(代码:)短确认5(代码:5)目的地址字节(目的地址)源地址字节(源地址)控制字节(帧控制)此字段定义报文类型-数据域此字段包含要传输的用户数据。数据域有固定长度(=8字节)和可变长度(246字节)。数据域还包括(源效劳存取点)和(目的效劳存取点)。校验字节(帧校验序列)在中,所有报文(除令牌和短确认外)用校验和存储。终止字节(完毕符)此字

6、段标志着报文完毕,而且对于可变长度格式的报文,为了得到海明间隔 =4,这些报文的实际长度也必须传输。4 的传输技术提供了三种数据传输类型:(物理层)用于和的485传输光纤:用于和上海市轨道 交通 5号线信号系统控制 网络 中采用了485传输和光纤传输技术。4.1485传输技术在-422标准的根底上,(美国 电子 工业 协会) 研究 出了一种支持多节点、远间隔 和接收高灵敏度的-485总线标准(半双工)。-485传输是最常用的一种传输技术。这种技术通常称之为2。采用的电缆是屏蔽双绞铜线。4.2光纤传输技术系统在电磁干扰很大的环境下 应用 时,可使用光纤导体,以增加高速传输的间隔 。可使用两种光纤

7、导体,一是价格低廉的塑料纤维导体,供间隔 小于50米情况下使用;另一种是玻璃纤维导体,供间隔 小于1情况下使用。这两种光纤在5号线控制网络中均有应用。许多厂商提供专用总线插头可将-485信号转换成光纤导体信号或将光纤导体信号转换成-485信号。这样就为在同一系统上使用485和光纤传输技术提供了一套开关控制非常方便的 方法 ,如5号线控制网络中应用的(光连接模块)。4.3 系统网络的冗余构造上海市轨道交通5号线信号系统网络采用现场总线,该网络是冗余构造,分为通道冗余和机器冗余。 机器冗余指两台工作站具有一样的功能,如/1和/2、1和2。以/1和/2为例,为了进步(列车自动跟踪系统)和(进路自动排

8、列系统)设备的可靠性,运行这两套系统的 计算 机有两台。这两台计算机有一样的软件配置,即它们能完全独立的运行,无需依靠另一台计算机。当两台电脑都正常运行时,一台为主机,一台处在待命状态。两台计算机从联锁系统获得完全一样的数据输入并完全独立的进展数据处理。工作的主计算机将其处理结果发送到后续系统(例如100人机界面,联锁系统等),待命的计算机那么不发送其处理结果。由于只有一台计算机处理输出,防止了两套(列车自动跟踪系统都向系统发送初始信号的危险。假设主计算机发生故障,自动切换到备用计算机进展数据处理, 理论 上无任何中断。至于哪台计算机为主,哪台为备用,这完全自由决定。上海市轨道交通5号线信号系

9、统网络拓扑构造是冗余的由星型和线型组成的混合型拓扑构造,数据传输速度=500。以下图2是上海轨道交通5号线信号系统控制网络的连接简图。从图上可见各个本地工作站和控制中心工作站都连在、网络上,信号系统通过与外部系统进展通信。5 的总线存取协议的三个版本、均使用一致的总线存取协议。该协议是通过数据链路层来实现,包括保证数据可靠性技术以及传输协议和报文的处理。总线存取协议的设计要满足在复杂的自动化系统(主站)间的通信,必须保证在确切限定的时间间隔中,任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。5.1 总线存取协议的 内容 5.2 总线存取协议的特点(1)主站或从站可以在任何时间点接入或断开,总线存取协

10、议将自动地重新组织令牌环。(2)令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务。因此,用户必须计算全部目的令牌环时间()。(3)总线访问协议有才能发现有故障的站、失效的令牌、重复的令牌、传输错误和其他所有可能的网络失败。(4)所有信息(包括令牌信息)在传输过程中确保高度平安,以免传输错误。海明间隔 =4。6 上海市轨道交通5号线信号系统控制网络的平安性、可靠性对轨道交通的信号系统而言,除了信息处理必须满足故障-平安原那么外,数据信息传输也必须符合信号平安的根本原那么,即数据传输是符合故障平安原那么的平安数据传输。在上海市轨道交通5号线信号系统控制网络中,控制中心和各个本地工作站通过标准的现场总线进展互相连接和数据传输,通信协议采用协议。过失控制采用具有较强检错才能的循环冗余校验码,海明间隔 为4。通过这些技术进步了数据传输的平安性。与其它现场总线系统相比,的最大优点在于具有稳定的国际标准50170做保证,并经过实际应用验证具有普遍性。经调查,在德国和欧洲市场中,占开放性工业现场总线系统的市场超过40%。由于采用了现场总线,信号控制网络的系统构造具有高度分散性,网络采用冗余构造,而且从-协议构造模型看,显而易见不仅简化了系统构造和设备,还进步了可靠性。重要工作站,如:/都享有信息通道冗余,可实时地选用、网络中任一通道完成数据传输,保证了