LonWorks总线技术在铁路道岔融雪控制系统中的应用

2012-05-25 08:54彭丽霞
卷宗 2012年3期
关键词:融雪道岔通讯

摘要:介绍了铁路道岔融雪控制系统组成、基本结构和相关要求,探讨了LonWorks总线技术在其中应用的可行性。针对现行各种总线的对比,提出LonWorks总线技术在铁路道岔融雪控制系统中应用的优越性。

关键词:融雪系统LONWORKS总线

随着列车运行速度的大幅提高,列车运营系统对道岔相关设备的要求越来越高,道岔转换设备能否正常工作将直接影响到列车行车安全和运营效率由于道岔转换设备主要位于室外轨旁、露天工作,其工作状态受环境温度和相对湿度的影响比较大,尤其是雨雪天气,轨道结冰,道岔设备不能正常转换。道岔融雪系统是保证道岔转换系统正常转换的重要保障设备之一。它能够在发生降雪、降雨或大幅度降温致使道岔转换系统积雪结冰影响道岔正常转换时,自动或人工启动融雪系统单元。通过加热元件融化道岔积雪、防止结冰,易于保证道岔灵活有效地正常转换,从而大大减轻了铁路工人人工扫雪的工作量。而融雪控制系统中监测设备多、网络负载重、数据传输速率要求快、数据传输距离远、外界干扰大,对监测设备、操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的现场总线提出了更高的要求。所以,开发配置高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线的现场总线方案尤为重要。

1 铁路道岔融雪控制系统以及相关要求

1.1 融雪控制系统的组成

由于道岔融雪控制系统根据不同的加热元器件各有不同,这里仅介绍的电加热式道岔融雪系统,其框架如图1所示,它具有自动控制功能,主要有以下六大部分组成:

(1)远程控制中心(2)本地工作站(3)电气控制柜(4)轨道温度、环境温度及雨雪传感器(5)隔离变压器(6)道岔加热元件。

1.2 性能指标

1.2.1 电源要求

采用三相TN-S(五线)供电系统,电源电压AC380V,波动范围为+15~-20 % ;频率50Hz,变化范围±3Hz。融雪专用供电变压器容量应根据现场气象资料和需要融雪的道岔型号、数量设计确定。

1.2.2 传感器性能要求

根据铁路道岔融雪控制系统要求,钢轨(滑床板)温度传感器、环境温度传感器和雪传感器等技术指标参考如下:

a)温度测量范围: -50℃~+80℃;

b)系统测量精度: -10℃~+10℃范围内不大于±0.5℃;其他温度范围不大于±1.0℃;

c)信息输出:发送电平分档可调;

d)信号传输速率:不低于2 400bit/s;

e)信息传输距离:不小于1 200m。

1.2.3 控制柜及控制中心要求

车站道岔融雪系统处于工作时,在车站控制柜和控制中心均应能监测到以下实时信息:

a)输入电源电压、电流、频率。若工作电流电压不符合额定数值,融雪系统不能正常工作,从而不能保证道岔正常的转换,造成列车运行的安全隐患。

b)输入电源断电、缺相及断相报警。若报警,启动应急预案。

c)各加热电路的启动与关闭,工作电压、电流。随时监测各加热设备的运行状况。

d)各传感器的工作状态及测量数据显示;

e)各接触器、断路器、漏电保护器的工作状态;

f)各接触器、断路器、漏电保护器、加热电路(含绝缘)、传感器等故障报警;

g)加热电路对地绝缘;

h)车站控制柜柜门状态及开门报警。以防非工作人员的误操作。

同时,控制中心和车站控制柜还应具有以上监测信息的记录管理功能,以便可以根据记录,分析系统运行状况。

综上,该系统设备组成如图2所示。

1.2.4 输出电路要求

根据该系统实际应用要求:输出电路8~16路;每路都按三相四线AC 380V/220V输出;每路输出额定电压AC380V ,额定电流AC30A 。

2 LonWorks总线技术在道岔融雪控制系统中的应用探讨

根据以上对系统要求的分析,LonWorks总线能为岔道融雪控制系统的测、控、管提供全局性的解决方案。

2.1 LonWorks总线技术优点

与一般的现场总线相比,LonWorks总线技术有以下优点:

(1)采用LonTalk通讯协议,遵循国际标准化组织(ISO)定义的开放系统互连(OSI)模型,功能覆盖面广,支持多介质,大网络。适用于岔道融雪控制系统监测设备多,且要监测、控制、管理协调工作的特点。

(2)LonWorks的通信协议被固化在一个神经元芯片(neuron chip)中【1】,神经元芯片可以实现通讯功能和现场控制功能,在一个神经元芯片内部包含了三个8位CPU,其中两个用于实现LonWorks网络的通讯控制,一个用来实现本地的控制功能;可直接与与他所监视的传感器和控制设备连接,高度集成,所需外部器件较少。

(3)采用Predictive P-Persistant CSMA (预测时间槽-载波监挺多路访问)方式进行总线冲突检测,保证在网络负载很重时,不会带来网络瘫痪;

(4)采用面向对象的设计方法实现网络通讯,既采用网络变量使网络通讯的设计简化成为对参数的设置,大大地提高了通讯的可靠性;

(5)采用短包结构,提高通讯的抗干扰能力,提高了通讯的实时性,采用可变长数据帧,每帧数据长度从0-228个字节;

(6)有两种通讯速度:78KBps,1.25MBps,满足传感器对信号传输速率的要求。

(7)通讯距离130m-2700m,能保证铁路岔道融雪系统对信号传输距离的要求。

(8)响应时间短:1.25Mpbs 双绞线网络,使用10MHz 时钟情况下,对于1-8个字节的非确认的显式报文,其应响时间<10ms。网络的快速响应提高了系统的监测水平。

(9)同一个网上的节点数可以达到32000个,不仅满足系统的现有监测要求,日后根据实际情况还可以拓展。

(10)LonWorks采用现场总线技术,一对传输线,N台仪表,双向传输多个信号。这种一对一结构使得接线简单施工周期短,安装费用低,维护容易。如果增加现场设备或现场仪表,只需挂接到电缆上,无需架设新的电缆,形成了开放性的集成模式。

(11)LonWorks技术的数字信号传输抗干扰能力强、精度高,无需采用抗干扰和提高精度的措施。不但降低了成本,而且LonWorks集成系统的抗干扰能力是其它DCS系统所不及的。

(12)LonWorks技术有成熟、稳定的性能。它自91年在美国推出后,现已成为世界控制网络的工业标准,系统集成符合国际主流的开放性标准,方便和系统其他设备的连接。

(13)系统的规模和功能可由用户的需求随时扩大和调整,不影响其它用户的正常使用。方便的系统维护和升级,用户只需在控制中心通过网络下载各用户的控制器资料或新的控制软件或参数即可,这种系统集成从根本上保护了系统的一期投资。

(14)由于采用开放式的网络技术,用户可以选择众多厂家的产品,以提高用户所提供最高的质量和最合理的产品开发。用户可以选择不同的制造商提供的性能价格比最优的现场设备或现场仪表,并将不同的品牌的仪表互联,即使某台仪表出现故障,换上其它品牌的同类仪表也能照常工作,实现“即插即用”。

2.2 LonWorks总线技术的结构

底层为LonWorks总线,顶层为InterNet网。LonWorks网总线部分设备组成:

(1)NodeBuilder 系列开发包

NodeBuilder 开发工具包是一个为Neuron芯片和埃斯朗公司智能收发器开发应用程序的硬件和软件平台。NodeBuilder工具包涵一套完整得、基于windows的设备开发软件和能用作样机设计和测试的硬件平台。NodeBuilder工具包括Neuron C编程语言的编译器和调试器。

(2)神经元芯片(NeuronChip):

神经元芯片是LonWorks总线技术的核心控制器件,是组成LonWorks系统的基本单元,它除了具备很强的总线通讯与总线控制能力以外,还可以实现各种的数据处理功能,合理地使用神经元芯片的内部资源,使用神经元芯片的强大的外部扩展能力,将会方便地组成一个简洁、稳定、可靠的分布式控制系统,尤其是对一个大型的分布式控制系统,采用LonWorks技术将显得更为重要。几百万个神经元连接在一起,每个神经元都能通过位数众多的路径向其他的神经元发送信息。每个神经元通常专注于某一种特殊功能,但是任何一个神经元的故障不会影响整个网络的性能。

(3)i.LON 100e3 internet服务器

i.LON 100e3 internet对控制网络和设备的监控提供了改进的方法。能够实现从一个本地网络、VPN网络或者Internet访问设备,并且用户可以通过鉴别机制仅允许授权的用户访问网络。从而大大保证了实现网络的访问权限以及网络的安全控制。

对该系统,既需要进行远程监控又需要进行大量数据管理,可考虑在相邻接点之间采用LonWorks网,远程节点之间通过i.Lon路由器,实现LonWorks网与TCP/IP网的无缝对接,通过InterNet实现对系统的远程监控。

2.3 LonWorks总线技术减少产品开发周期

LonWorks总线技术的一系列优越性保证我们在使用该技术时便于开发。特别是其包含OSI协议的1 ~ 7层协议,因此,我们在开发时,只需开发应用层便可,从而大大减少了开发周期。

3 结论

鉴于LonWorks总线技术的的高效快速、互操作性以及通信可靠等优点,国外已有成功应用案例,如日本大田(Daidan)铁路-铁轨防结冰保护系统,就是采用的LonWorks总线技术。它不仅防止了铁轨冬天雪后结冰而影响铁路道岔的密贴度,而且快速可靠的保证了铁路行车运行安全。所以,它在国内市场也将得到广泛应用。■

参考文献

[1] 杨育红. lon网络控制技术及应用[M]. ISBN 7-5606-0720-9/TP.0364 ,西安:西安电子科技大学出版社 1999

[2]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,1999..

[3] Echelon公司,Neuron C Programmers Guide revision 7[M]2003

[4] Echelon公司,NodeBuilder Uesrs Guiderevision 7[M]2003

[5] Echelon公司,DDE Server Users Guide revision 7[M]2003

[6] Echelon公司,Neuron C Programmers Guide revision 7[M]2003

作者简介:

彭丽霞, 女,讲师 ,1978年生,硕士,目前主要承担电气自动化专业课程的教学工作。研究方向:电气自动化。

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