引言:近年，隨著各大干線的電氣化改造完成，列車再次提速到200km/h已經(jīng)勢(shì)在必行，這也督促相應(yīng)信號(hào)設(shè)備盡快升級(jí)。作為一個(gè)重要的車載設(shè)備，高速鐵路ATP中的DeviceNet總線技術(shù)應(yīng)用也順利成章地成為了大家討論的焦點(diǎn)。
ATP也就是列車超速防護(hù)設(shè)備，是許多高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛采用的設(shè)備，也是我國(guó)高速鐵路建設(shè)必不可少的車載安全設(shè)備。它的首要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)督列車的運(yùn)行速度，并根據(jù)列車運(yùn)行的限制條件，自動(dòng)控制列車的制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車的超速防護(hù)。
一、 DeviceNet總線技術(shù)特點(diǎn)
DeviceNet(設(shè)備網(wǎng))是美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司(Rockwell Automation)于1994年推出的建立在CAN總線基礎(chǔ)上的一種低成本、高性能的設(shè)備級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線。DeviceNet是基于CAN總線技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線，用于將現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)設(shè)備、可編程控制器和工控機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)，從而免去了昂貴、復(fù)雜的硬接線。它是一個(gè)開放式的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)范和協(xié)議完全公開，有眾多制造商支持，在全球得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。它具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，最適合于對(duì)需要多主方式、主要傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。
DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸媒介為5芯電線：2根信號(hào)雙絞線、2根總線電源線和1根屏蔽線。網(wǎng)絡(luò)采用靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有誤接線保護(hù)功能；可在線熱插拔設(shè)備。其總線電源為DC 24 V，可向節(jié)點(diǎn)供電，干線額定電流為8 A。網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率可選125、250、500 Kb／s；125 Kb／s時(shí)的網(wǎng)絡(luò)最大的傳輸距離為500m，網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為64個(gè)。DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層采用CAN(ControlArea Network)協(xié)議，其非破壞性的總線仲裁機(jī)制，提高了傳輸效率；短幀結(jié)構(gòu)，提高傳輸?shù)目煽啃?；特殊的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全。
DeviceNet上層采用通用工業(yè)協(xié)議(Common Industrial Protocol，CIP)，嚴(yán)格地面向?qū)ο?，以?jiǎn)化通信。另外，DeviceNet還預(yù)定一組主／從的通信模式，提供的全部配置是預(yù)先固化好的，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)的傳送，從而降低對(duì)設(shè)備的要求。
二、 超速防護(hù)方式
實(shí)現(xiàn)超速防護(hù)的方式有兩種:階梯式控制方式和速度—距離模式曲線控制方式。前者較為簡(jiǎn)單，需要的信息量較少；后者反映了連續(xù)行列車速度變化所應(yīng)遵循的模型，這條曲線就實(shí)時(shí)反映了追蹤列車在各點(diǎn)應(yīng)允許的速度值，是一種實(shí)時(shí)監(jiān)督列車運(yùn)行速度的控制方式。采用后者，車載設(shè)備主機(jī)接收機(jī)車信號(hào)子系統(tǒng)、點(diǎn)式信息子系統(tǒng)、測(cè)速傳感器以及其它設(shè)備傳送出的各種數(shù)字量或模擬量，并根據(jù)這些參量的變化，計(jì)算列車的最大容許速度。若列車的實(shí)際速度超過最大容許速度，則由主機(jī)實(shí)施列車制動(dòng)，并按照速度—距離模式曲線運(yùn)行，直至列車在停車點(diǎn)前停車。
三、 DeviceNet應(yīng)用于ATP通信系統(tǒng)的分析
圖1 車載設(shè)備結(jié)構(gòu)圖示圖
對(duì)于高速列車來說，車載的安全主機(jī)都是采用安全結(jié)構(gòu)(如3取2結(jié)構(gòu))，所以需要多機(jī)之間進(jìn)行通信，然后通過表決系統(tǒng)輸出。對(duì)于高速列車ATP的系統(tǒng)，還要與機(jī)車網(wǎng)、連鎖設(shè)備、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(ATO)等模塊進(jìn)行通信。因而其上應(yīng)用DeviceNet的特點(diǎn)，則正好包括：
(1)基于CAN總線協(xié)議，最高速率可以達(dá)到500 Kb/S。而且采用被稱為CSMA／NBA先進(jìn)的通信方式，即使以較低的速率進(jìn)行傳送，仍能實(shí)現(xiàn)高速應(yīng)答，能夠滿足高速鐵路的實(shí)時(shí)性和高通信速率。
(2) CAN 芯片本身也具有下列出錯(cuò)管理功能：1.位錯(cuò)誤 2.應(yīng)答錯(cuò)誤 3.填充錯(cuò)誤 4.格式錯(cuò)誤 5.CRC錯(cuò)誤。因此，DeviceNet總線檢錯(cuò)措施完善，而且數(shù)據(jù)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，抗干擾性能好，保證極低的數(shù)據(jù)出錯(cuò)率，能夠適應(yīng)機(jī)車惡劣的環(huán)境。
(3)應(yīng)用層定義了如何分配標(biāo)識(shí)符(控制優(yōu)先權(quán))，如何用CAN數(shù)據(jù)區(qū)指定服務(wù)、傳送數(shù)據(jù)以及判斷它的含義，能夠很好的數(shù)據(jù)流控制機(jī)制和差錯(cuò)控制機(jī)制。
(4)多主工作方式，特別適用于采用安全結(jié)構(gòu)的多主機(jī)的系統(tǒng)。
(5)成本較低，系統(tǒng)容易擴(kuò)展，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。
綜上所述， DeviceNet總線的實(shí)時(shí)性、可靠性以及組網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面完全可以滿足高速鐵路的ATP系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的要求，非常適合普及推廣到高速鐵路的ATP系統(tǒng)的通信系統(tǒng)中。
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