摘要：對鐵路通信系統(tǒng)選用的通信形式及系統(tǒng)制度構(gòu)架進(jìn)行講解，通信系統(tǒng)進(jìn)步與鐵路電力自動(dòng)化的進(jìn)步緊密聯(lián)系，兩者相互促進(jìn)發(fā)展。文章敘述當(dāng)今新建鐵路中廣泛采用的新型組網(wǎng)方案，如音頻專線組網(wǎng)、現(xiàn)場總線組網(wǎng)及以太網(wǎng)組網(wǎng)等方案，同時(shí)對其進(jìn)步和發(fā)展空間寄予厚望。

關(guān)鍵詞：鐵路電力；自動(dòng)化系統(tǒng)；通信系統(tǒng)；音頻專線組網(wǎng)；以太網(wǎng)組網(wǎng)；數(shù)字通道 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2017）11-0169-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.086

由于鐵路行車發(fā)展趨向于高速、大密度，要求鐵路電力體系的供電需要具備更高的可靠性，傳統(tǒng)監(jiān)視控制的方式，比如電話調(diào)度、人工調(diào)度等不能更好的滿足行車的安全性需求，因此當(dāng)今鐵路電力體統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢是采取自動(dòng)化電力體系。鐵路自動(dòng)化電力體系原理是采用自動(dòng)檢查和調(diào)控、計(jì)算機(jī)通信、軟硬件和網(wǎng)絡(luò)技巧，對體系內(nèi)的各項(xiàng)步驟，如線路信號電源、變配電所及電氣集中供電電源等，實(shí)施集中監(jiān)控。完成自動(dòng)化調(diào)理，提升管理水準(zhǔn)，并實(shí)時(shí)處理障礙，縮減事故停電范圍，快速復(fù)原供電，以免停電造成虧損，確保列車穩(wěn)定安全運(yùn)營。

1 音頻專線組網(wǎng)方式

音頻傳送接入系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)即鐵路專用音頻傳送網(wǎng)絡(luò)，包含音頻共線專用通道和鐵路程控電話交換網(wǎng)。多數(shù)車站都設(shè)在鐵路沿線，信號電源和車站開關(guān)是每個(gè)車站具備的設(shè)備。采用線狀布設(shè)的特征，可用最實(shí)用的環(huán)形組網(wǎng)形式來完成調(diào)控?cái)?shù)據(jù)的傳送。要有一個(gè)可中繼的通信裝備在環(huán)形組網(wǎng)形式里，目的是為把數(shù)據(jù)傳送出去。終端裝備接到報(bào)文，依照報(bào)文的詳細(xì)信息來選取數(shù)據(jù)，確保自身地址信息與其統(tǒng)一，則接受實(shí)行相應(yīng)的管理，相反則不進(jìn)行管理。其優(yōu)勢在于能有效節(jié)約信道能源，穩(wěn)定性高，但同時(shí)音頻專線組網(wǎng)方式實(shí)時(shí)性差，信號延時(shí)大，在線路故障后可經(jīng)過其他方位傳送。由于當(dāng)前鐵路通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，所以這種組網(wǎng)形式基本上很少被采用。

2 現(xiàn)場總線組網(wǎng)方式

在作業(yè)里的全數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)及雙向的數(shù)字通信體系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線。它的功能是變配電所內(nèi)部確保單元間及局部范圍內(nèi)FTU、RTU、STU間的通信。現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)有以下三個(gè)方面：

2.1 能夠有效節(jié)省硬件的數(shù)量及投資

在作業(yè)中分散的智能裝備可以直接進(jìn)行報(bào)警、調(diào)控、丈量、傳感、計(jì)算機(jī)等功能，還可縮減變器的數(shù)量，無需進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)算單元、調(diào)節(jié)器，更不用對DCS的系統(tǒng)信號進(jìn)行隔離、復(fù)雜連接、轉(zhuǎn)換、調(diào)理等，并且可以采用工控的PC機(jī)進(jìn)行操作，實(shí)施有效調(diào)控在硬件投資等層面上，也縮減了調(diào)控室的占地面積。

2.2 安裝費(fèi)用的節(jié)省

作業(yè)實(shí)際總線組網(wǎng)形式的連接系統(tǒng)較為檢查，一條電纜或一對雙絞線上可實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的掛接，有效減少橋架、槽盒、端子、電纜的用量，降低接頭校對和連接設(shè)計(jì)等工作。如果需要增加實(shí)際調(diào)控裝備，也無需再增設(shè)新的電纜，可與原有電纜實(shí)施接連工作，不僅減少了設(shè)計(jì)工作，還有效降低了其安裝工作量和投資成本。

2.3 系統(tǒng)的可靠性及準(zhǔn)確性得到提高

與模擬信號相比較，現(xiàn)場總線組網(wǎng)方式更數(shù)字化、智能化，讓控制及測量的精準(zhǔn)度得到有效保證，讓其傳送誤差得到控制。場總線組網(wǎng)方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，其內(nèi)部功能也增加到一個(gè)階段，減弱信號往返傳送的情況，讓其工作穩(wěn)定性得以提高。因它的標(biāo)準(zhǔn)化裝備，功能模塊化，所以還具有設(shè)計(jì)簡易、便于重構(gòu)等特性優(yōu)點(diǎn)。其調(diào)控體系（FCS）改良了傳統(tǒng)DCS模擬數(shù)字通信依賴一對一設(shè)置布線、混合進(jìn)行信號傳輔、體系比較閉塞的缺陷，成為工業(yè)調(diào)控技能的進(jìn)步方式之一，由于從測試裝備到監(jiān)察計(jì)算機(jī)的全數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，正好配合了調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步需求。專為在現(xiàn)場處境而設(shè)計(jì)的FCS，成為底層網(wǎng)絡(luò)在場地裝備前端，可供應(yīng)光纜、雙絞線、射頻電纜、同軸電纜、電力線及紅外線，具備抗干預(yù)力極強(qiáng)特點(diǎn)，達(dá)到安全指標(biāo)的同時(shí)可用兩線制完成通信和送電?，F(xiàn)場總線組網(wǎng)方式具備布線簡易、牢靠性高、數(shù)據(jù)傳送優(yōu)先級調(diào)控、開放通信協(xié)議、適宜嵌入式運(yùn)用等特性?，F(xiàn)如今國內(nèi)外的實(shí)際總線有大約60多種標(biāo)準(zhǔn)，常見的有AN總線、RS-485總線、CLonWorks總線等，但因其互不相容，所以延緩了現(xiàn)場總線的發(fā)展腳步。

3 以太網(wǎng)組網(wǎng)方式

以太網(wǎng)正逐漸滲入到數(shù)據(jù)通信的邊緣，席卷了工業(yè)自動(dòng)化范圍，是當(dāng)今信息網(wǎng)絡(luò)范疇中最為普遍的局域網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)就是技能上與其準(zhǔn)則（IEEE802.3）兼容。鐵路系統(tǒng)現(xiàn)已普遍選取工業(yè)以太網(wǎng)通信技能，即選用工業(yè)交換機(jī)，經(jīng)過通信體系的各級通道組架成工業(yè)以太網(wǎng)，使裝備間的通信達(dá)成。以太網(wǎng)組網(wǎng)方式的優(yōu)勢如下：

3.1 確保系統(tǒng)的牢靠性

可組建環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)。選用以太網(wǎng)方式組網(wǎng)的電力體系，復(fù)原速度極快，在重復(fù)方式也上極易達(dá)成。

3.2 帶寬大，傳送速率快

因選用以太網(wǎng)組成，在傳送帶寬上與平常以太網(wǎng)確保一致，滿足電力系統(tǒng)需求。

3.3 擴(kuò)展性能優(yōu)良

在以太網(wǎng)架構(gòu)的體系里，網(wǎng)絡(luò)適用于調(diào)控?cái)?shù)據(jù)的傳送，也能成為語音和視頻的傳送媒介。攝像機(jī)的視頻、語音、調(diào)控信號都可由編碼器轉(zhuǎn)變成適當(dāng)?shù)囊蕴W(wǎng)指標(biāo)的信息傳送至入網(wǎng)絡(luò)中，達(dá)成視頻、數(shù)據(jù)、語音“三網(wǎng)合一”。

3.4 鑒于TCP應(yīng)用層的協(xié)議

ModBus/TCP是基于TCP/IP的ModBus協(xié)議，它在傳送層采取標(biāo)準(zhǔn)的傳送調(diào)控協(xié)議TCP，能在接入到有誤數(shù)據(jù)時(shí)，利用重傳機(jī)制和應(yīng)答來確定數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性。ModBus是多數(shù)供應(yīng)商都支持的開放式的協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層選取IP協(xié)議，用戶只要對調(diào)控裝備的IP地址了解便可達(dá)成裝備間通信，與硬件及低層網(wǎng)絡(luò)地址不存在關(guān)聯(lián)，對用戶而言整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是個(gè)透明組成。

以太網(wǎng)組網(wǎng)形式下的鐵路系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)較為變通，可選用鏈狀、環(huán)形、樹型、星型等形式組網(wǎng)。（1）鏈狀組網(wǎng)：鏈狀組網(wǎng)是利用多級分光器完成組網(wǎng)的一種方式，將分光器布置于不同的ONU位置，而每個(gè)ONU的主光為10%，把剩下的90%分送至下一級，常用于帶狀或鏈狀的10KV線路；（2）星形組網(wǎng)：從結(jié)構(gòu)上來說星型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)是最典型的多路分光器結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)不用進(jìn)行光衰耗計(jì)算，清晰簡單的結(jié)構(gòu)形式，可以在供電區(qū)域比較密集的地方應(yīng)用；（3）環(huán)形組網(wǎng)：這種組網(wǎng)方式是配電網(wǎng)通信組網(wǎng)中最常用到一種方式，利用多級分光器進(jìn)行組網(wǎng)。多級串聯(lián)成環(huán)，與其他組網(wǎng)結(jié)構(gòu)相比，其鏈路保護(hù)機(jī)制更為完善，可以有效降低通道一點(diǎn)斷開、單點(diǎn)冗余失效等情況，讓通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性得到保證，同時(shí)也保證鐵路本自動(dòng)化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)更加安全；（4）樹型組網(wǎng)：所謂的樹型組網(wǎng)就是對鏈狀組網(wǎng)和星型組網(wǎng)進(jìn)行整合后的一種組網(wǎng)方式，對多級分光器和多路分光器進(jìn)行整合，再與實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)完成緊密結(jié)合，這種組網(wǎng)方式不僅能夠讓建造施工量得到降低，還有利于后期進(jìn)行配網(wǎng)的拓展工作。聯(lián)系鐵路的特征，當(dāng)前大多選用環(huán)形。其可分為多種類別，包含直接供應(yīng)光纖及通信專用虛擬通道。若用光纖可裝配傳輸光口在路由器上，依照光口的不同性能可供應(yīng)幾十公里的傳送間距；若用通信專用虛擬通道，不受傳送間距制約，通過供應(yīng)的2M通道或以太網(wǎng)通道完成接連，只要臨近有通信裝備便可完成接入，在鐵路系統(tǒng)中，則需通信專業(yè)對應(yīng)供給通道的電力節(jié)點(diǎn)臨近布設(shè)的通信機(jī)房，提前確定通信裝備的安裝方位地點(diǎn)。

4 數(shù)字通道組網(wǎng)方式

數(shù)字通道形式即是運(yùn)用傳送接入體系對應(yīng)的數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)電力體系的組網(wǎng)，通信接口通常采用RS-232/V.24/V.35等。組網(wǎng)形式也類似于音頻專線形式的星型組網(wǎng)方式，加入多路串口機(jī)。數(shù)字通道組網(wǎng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于：

4.1 讓通信的保密性得到提高

通過A/D將語音信號轉(zhuǎn)換，同進(jìn)還能實(shí)現(xiàn)加密處理，之后再完成傳輸，而接受端再接到信號后對其進(jìn)行解密處理，然后又通過A/D將其還原轉(zhuǎn)換成模擬信號。

4.2 抗干擾能力得到提高

由于數(shù)字信號在傳輸?shù)倪^程中有可能混入其他的雜音，此時(shí)可就能利用電子電路所構(gòu)成的閥值對輸入的信號電壓進(jìn)行衡量，只有電壓達(dá)到某一幅度，電路才會有輸出值，并自動(dòng)生成一整齊的脈沖，因而數(shù)字通道傳輸可以用在距離較遠(yuǎn)的傳輸上，在性能比較差的線路上也能適用。

4.3 構(gòu)建綜合數(shù)字通信網(wǎng)

采用時(shí)分交換后，交換和傳輸統(tǒng)一起來，形成一個(gè)綜合的數(shù)字通信網(wǎng)。同時(shí)數(shù)字通道組網(wǎng)方式同樣存在一定的弊端，其弊端在于占用的頻率較寬、接口選用為串口、通信距間距被縮短等。在直接連接里，電力裝備及通信裝備間距不能高過16m，超出此間距時(shí)需增加一對MODEM來延展傳輸間距。接口的有限速度，只能傳送64kbit/s數(shù)據(jù)。因此鐵路電力自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)很少采用數(shù)字通道組網(wǎng)的方式，之前采用此方式組網(wǎng)的系統(tǒng)，也已經(jīng)在近幾年改造中升級為其他的組網(wǎng)方式。

5 結(jié)語

伴隨鐵路系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的普遍運(yùn)用，規(guī)模迅速擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)安全問題屢見不鮮，很多地區(qū)都采用了預(yù)防措施進(jìn)行維護(hù)，但仍存有諸多缺點(diǎn)。由于鐵路線的細(xì)長分布、供電間距長、環(huán)境差、故障多發(fā)維護(hù)艱難等，所以提升現(xiàn)存鐵路體系自動(dòng)化水平尤為重要。鐵路體系對通信組網(wǎng)方式指出的首當(dāng)其沖的必要條件便是安全穩(wěn)定，現(xiàn)階段的鐵路自動(dòng)化電力體系大批量采取專用通道組網(wǎng)，未來的進(jìn)步發(fā)展也朝著穩(wěn)定性方向邁進(jìn)，向著更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模方向發(fā)展。

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作者簡介：李源源（1984-），男，山西朔州人，中國鐵建國際集團(tuán)有限公司中級工程師，研究方向：企業(yè)管理。

（責(zé)任編輯：王 波）