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)架進行講解，通信系統(tǒng)進步與鐵路電力自動化的進步緊密聯(lián)系，兩者相互促進發(fā)展。文章敘述當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，同時對其進步和發(fā)展空間寄予厚望。

關(guān)鍵詞：鐵路電力；自動化系統(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 文獻標識碼：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，因此當今鐵路電力體統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢是采取自動化電力體系。鐵路自動化電力體系原理是采用自動檢查和調(diào)控、計算機通信、軟硬件和網(wǎng)絡技巧，對體系內(nèi)的各項步驟，如線路信號電源、變配電所及電氣集中供電電源等，實施集中監(jiān)控。完成自動化調(diào)理，提升管理水準，并實時處理障礙，縮減事故停電范圍，快速復原供電，以免停電造成虧損，確保列車穩(wěn)定安全運營。

1 音頻專線組網(wǎng)方式

音頻傳送接入系統(tǒng)的網(wǎng)絡即鐵路專用音頻傳送網(wǎng)絡，包含音頻共線專用通道和鐵路程控電話交換網(wǎng)。多數(shù)車站都設在鐵路沿線，信號電源和車站開關(guān)是每個車站具備的設備。采用線狀布設的特征，可用最實用的環(huán)形組網(wǎng)形式來完成調(diào)控數(shù)據(jù)的傳送。要有一個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。終端裝備接到報文，依照報文的詳細信息來選取數(shù)據(jù)，確保自身地址信息與其統(tǒng)一，則接受實行相應的管理，相反則不進行管理。其優(yōu)勢在于能有效節(jié)約信道能源，穩(wěn)定性高，但同時音頻專線組網(wǎng)方式實時性差，信號延時大，在線路故障后可經(jīng)過其他方位傳送。由于當前鐵路通信系統(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?，F(xiàn)場總線的優(yōu)點有以下三個方面：

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行報警、調(diào)控、丈量、傳感、計算機等功能，還可縮減變器的數(shù)量，無需進行單獨的計算單元、調(diào)節(jié)器，更不用對DCS的系統(tǒng)信號進行隔離、復雜連接、轉(zhuǎn)換、調(diào)理等，并且可以采用工控的PC機進行操作，實施有效調(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 安裝費用的節(jié)省

作業(yè)實際總線組網(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現(xiàn)多個設備的掛接，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計等工作。如果需要增加實際調(diào)控裝備，也無需再增設新的電纜，可與原有電纜實施接連工作，不僅減少了設計工作，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。因它的標準化裝備，功能模塊化，所以還具有設計簡易、便于重構(gòu)等特性優(yōu)點。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置布線、混合進行信號傳輔、體系比較閉塞的缺陷，成為工業(yè)調(diào)控技能的進步方式之一，由于從測試裝備到監(jiān)察計算機的全數(shù)字通信網(wǎng)絡的出現(xiàn)，正好配合了調(diào)控網(wǎng)絡的進步需求。專為在現(xiàn)場處境而設計的FCS，成為底層網(wǎng)絡在場地裝備前端，可供應光纜、雙絞線、射頻電纜、同軸電纜、電力線及紅外線，具備抗干預力極強特點，達到安全指標的同時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、適宜嵌入式運用等特性?，F(xiàn)如今國內(nèi)外的實際總線有大約60多種標準，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)自動化范圍，是當今信息網(wǎng)絡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，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。選用以太網(wǎng)方式組網(wǎng)的電力體系，復原速度極快，在重復方式也上極易達成。

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 擴展性能優(yōu)良

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

3.4 鑒于TCP應用層的協(xié)議

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

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)不用進行光衰耗計算，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，其鏈路保護機制更為完善，可以有效降低通道一點斷開、單點冗余失效等情況，讓通信網(wǎng)絡的可靠性得到保證，同時也保證鐵路本自動化系統(tǒng)的業(yè)務更加安全；（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行整合，再與實際電網(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，還有利于后期進行配網(wǎng)的拓展工作。聯(lián)系鐵路的特征，當前大多選用環(huán)形。其可分為多種類別，包含直接供應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)對應供給通道的電力節(jié)點臨近布設的通信機房，提前確定通信裝備的安裝方位地點。

4 數(shù)字通道組網(wǎng)方式

數(shù)字通道形式即是運用傳送接入體系對應的數(shù)字接口實現(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。數(shù)字通道組網(wǎng)方式的優(yōu)點在于：

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，同進還能實現(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行衡量，只有電壓達到某一幅度，電路才會有輸出值，并自動生成一整齊的脈沖，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)

采用時分交換后，交換和傳輸統(tǒng)一起來，形成一個綜合的數(shù)字通信網(wǎng)。同時數(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)絡的普遍運用，規(guī)模迅速擴大，網(wǎng)絡安全問題屢見不鮮，很多地區(qū)都采用了預防措施進行維護，但仍存有諸多缺點。由于鐵路線的細長分布、供電間距長、環(huán)境差、故障多發(fā)維護艱難等，所以提升現(xiàn)存鐵路體系自動化水平尤為重要。鐵路體系對通信組網(wǎng)方式指出的首當其沖的必要條件便是安全穩(wěn)定，現(xiàn)階段的鐵路自動化電力體系大批量采取專用通道組網(wǎng)，未來的進步發(fā)展也朝著穩(wěn)定性方向邁進，向著更大的網(wǎng)絡規(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，中國鐵建國際集團有限公司中級工程師，研究方向：企業(yè)管理。

（責任編輯：王 波）