《现场总线及其安全技术在铁路通信系统中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现场总线及其安全技术在铁路通信系统中的应用.docx（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、现场总线及其安全技术在铁路通信系统中的应用 摘 要：针对目前我国高速铁路快速发展的现状，分析了CAN总线和ProfiBus总线等现场总线及其平安技术在铁路通信系统中的应用状况，对提高我国铁路通信的平安性具有肯定的现实指导意义。 关键词：现场总线 平安技术 铁路通信 应用 中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1673-379102-0013-02 铁路系统须要各种工业技术的支持，几乎全部工业技术在铁路系统中都有所应用。目前随着我国高速铁路大规模建设，列车运行速度不断提高，必定对信息的平安、牢靠传输提出更严格的要求。因此，为了提高铁路通信系统的平安通信实力，对铁路平安数据传输的理论和
2、技术进行探讨，已经成为世界各国铁路关注和加大投入力度的共同趋势，尤其是现场总线通信技术，已经成为保障铁路系统特殊是高速铁路系统平安运行的基础。 1 现场总线及平安技术的相关标准 1.1 现场总线的定义 所谓现场总线就是指利用一根总线把各种仪器设备联接在一起，构成一个完整的限制网络。因此，现场总线属于系统技术，它综合了信息技术、电子技术以及计算机技术等各种现代工程技术。 1.2 目前主要的现场总线及平安技术标准 国际电工委员会制定的IEC61158标准是目前主要的现场总线及平安技术标准。IEC61158主要包括：IEC/TR61158-1总论与导则、IEC/TR61158-2物理层规范和服务定义
3、、IEC/TR61158-3数据链路层服务定义、IEC/TR61158-4数据链据层协议规范、IEC/TR61158-5应用层服务定义、IEC/TR61158-6应用层协议规范1。其中，现场总线物理层实行的本质平安技术在IEC61158-2中做了具体的说明和规定。本安技术己经获得世界大部分国家的认可，其国际标准化程度很高。利用本质平安技术，可以对现场总线进行带电调整和在线测量，允许系统运转时进行设备拆换2，能够防止电气设备与易燃易爆气体接触后可能发生的危急。为了保障平安服务，必需实行详细的平安措施。针对可能受到的威逼，系统必需具备鉴别功能、访问限制、数据完整性和数据保密性等相应的平安保障机制，
4、即在系统模型的各个层次上，实行对应的平安服务和平安措施，以满意不同层次的平安需求。建立点-点通信是链路层的功能之一，为了保障通信平安，可采纳链路加密措施实现。而流量的路由限制由网络层完成，可釆用IP加密传输信道技术实现网络节点间透亮的平安加密信道。由传输层负责实现端到端进程通信，可采纳平安套接字层SSL 技术保障进程间的信息平安。利用各种中间件技术，应用层可以实现数据保密、身份鉴别、访问限制和数据完整性等平安服务，从而保障通信平安。 2 铁路系统中应用的现场总线及其平安技术 在铁路通信领域，目前应用最广泛的现场总线是CAN总线。随着铁路的发展，ProfiBus等总线渐渐在我国铁路中得以应用。下
5、面针对CAN总线和ProfiBus总线在铁路系统中的应用及其釆用的平安技术进行探讨探讨。 2.1 CAN总线 CAN总线是串行通信总线，基于CS-MA/CD机制，是目前国际上应用最广泛的现场总线系统3，且早在11013年就成为国际标准。其突出特征可概括如下4： CAN网络随意时刻随意节点都可随意向网络上其它节点传输数据，可实现点对点、一点对多点以及全局广播等方式收发数据；CAN网络节点在报文标识符上分成不同的优先级，当网络出现冲突时，优先级较低的节点会主动退出，最高优先级的节点可接着传输数据，不受任何影响；CAN网络数据传输率可达1 Mb/s，干脆通信距离可达10 km；CAN网络数据帧为短帧
6、结构，抗干扰强，数据传输每帧信息都采纳CRC校验，检错效果好，数据出错率低。由于CAN总线具有上述优点，因此，已经广泛应用于我国的铁路系统中，比如基于CAN总线的铁路信号微机监控系统、基于CAN总线的铁路变电站远程监控系统以及基于CAN总线的铁路车站电气火灾监控系统等等。现代高速铁路须要大容量的数据传输，而CAN总线的数据传输速率最高仅能达到1 Mb/s，另外由于CAN总线本身并不具备故障-平安特性，因此，CAN总线不适合现代高速铁路通信要求。假如要在对于数据传输率和平安性要求不是特殊高的铁路通信系统中采纳CAN总线构建通信网络，必需进行以下的平安改进设计。 采纳冗余网络结构。 假如采纳CAN
7、构建一个要求具备故障-平安性能的通信网络，可以将网络结构设计成冗余结构。采纳这样的冗余网络结构，当一个回路出现通信故障时，另一个回路的运用不会受到干扰和影响，通信数据传输的牢靠性、稳定性和实时性从而得到有效的保障。 报文传输平安设计。 为了保障平安传输报文数据，对于CAN总线构建的故障-平安通信网络，可以采纳以下设计方案： 报文按依次编号：对每一个运算周期内的报文进行依次编号，不同周期内的报文编号不同。假如本周期内收到的报文编号和上周期的不同，则证明网络正常；反之，假如在规定时间内接收不到报文或连续收到编号相同的报文，则证明网络出现问题，系统应转入故障-平安状态。报文周期传输：发送方在固定周期
8、内连续向接收方传输报文数据，接收方对接收到的报文反复进行对比、检查，发觉问题自动抛弃。报文按周期传输可以有效地削减报文延误和丢失，从而保证通信网络报文数据传输的平安性和实时性。报文冗余校验：目前通常采纳CRC循环码对报文平安数据传输进行校验，CRC循环码具有检错率高、编码简洁等优点。报文添加校验码后进行发送，接收方对收到的报文采纳CRC进行校验，假如添加在报文中的校验码和新产生的校验码相同，则证明报文内容无误；假如不同，就应当对报文做相应的故障-平安处置。报文冗余编码：把全部的报文数据的位信息都扩展到字节信息进行发送，采纳码距最大的两个字节来表示“0”和“1”两个位信息。报文冗余编码的应用，极
9、大地提高了报文数据传输的抗干扰性能。报文正、反码发送：正、反码编码规则如下 当信息位有奇数个“1”时，冗余校验位重复信息位；当信息位有偶数个“1”时，冗余校验位是信息位的反码。在每一帧报文数据中都设置正、反码，收到报文数据后进行解码对比，假如发觉正反码校验不相同，则认为报文有误，应转入故障-平安状态。 假如接收到的报文数据能够通过以上检验要求，则可认为基于CAN构建的通信系统符合故障-平安的需求。 2.2 ProfiBus总线 目前ProfiBus总线己经被纳入国际标准IEC61158和IEC61784中，在此基础上进行消化汲取，我国制定了行业标准JB/T10308.3-2001。在全部的现场
10、总线中，ProfiBus总线是一种不依靠于设备生产商的、国际化的、开放的现场总线，而且在欧洲工业界得到了广泛应用，ProfiBus的基本特征简述如下5： ProfiBus总线由OSI标准模型中的物理层、数据链路层、应用层构成，采纳主从通信方式，采纳故障-平安模式通信接口；ProfiBus总线以EN50173标准为基础，分为通用性自动化、工厂自动化和过程限制自动化三个部分；其中FMS和DP采纳RS485接口标准，PA采纳IEC1158-2接口标准；ProfiBus总线采纳中继器连接不同的区段，每一区段最多可以连接32个设备；ProfiBus数据传输率最高可以达到12 Mb/s，报文格式为244B
11、。 由于链路层基于IEEE802标准的令牌限制方式，ProfiBus是目前现场总线中唯一通过权威平安机构认证的总线，因此，ProfiBus在铁路系统特殊是高速铁路系统中得到了广泛的应用。目前ProfiBus总线在铁路通信领域中的应用详细体现在ProfiBus-DP模块上，而且据此我国制订了国家标准GB/Z20830-2022。根据IEC61508标准，PROFIsafe是唯一达到SIL3级的平安系统 拥有平安技术解决方案V1.30，通过了BGIA、UL、TV等权威平安机构的认证，能够满意过程工业和制造业自动化故障-平安要求。PROFIsafe的主要特征表现为6： PROFIsafe采纳同一根电
12、缆可以实现两个信道通信 平安通信和标准通信，由于在单信道通信系统上可以实现故障-平安性，因此，不须要设置冗余电缆；PROFIsafe采纳了具有高平安性的专利SIL监视器，而且故障-平安措施和技术被用在F-Master、F-Slave等终端模块上，因此，故障-平安等级最高能够达到SIL3级。 通信系统中的故障包括硬件故障、软件故障以及由于电磁干扰所引起的传输信道上的随机失效等，PROFIsafe的平安功能能够刚好发觉可能进入正常传输系统的全部危急，使通信系统的故障概率降至最低。 总之，面对我国“十二五”高速铁路规划的雄伟蓝图，铁路人必将迎来大规模开工建设的宏大时刻。要保证现代高速铁路平安运行，利
13、用现代工业技术，特殊是先进的信息技术和计算机技术建立平安牢靠的通信网络势在必行，现场总线及其平安技术必将在高速铁路建设工程中有着广袤的用武之地。 3 结语 目前，我国铁路通信系统的探讨开发工作在如何保证通信信号系统的高平安性方面缺乏一个完善、规范的标准和评估体系，在铁路通信系统平安数据传输方面的探讨工作力度很不足，对发达国家的先进铁路平安技术的引进、消化、汲取多集中在车载设备和自动防护系统方面，权威机构对于国产铁路通信系统进行的平安技术认证严峻缺乏，远远满意不了当前高速铁路快速发展的需求。 因此，在探讨相关的平安评估认证体系和国际平安标准的基础上，结合中国高速铁路发展的现状，建立中国自己的铁路
14、通信信号系统的国家平安标准己经刻不待时。基于现场总线在铁路系统中广泛应用的现状，进一步探讨、探讨现场总线的平安通信技术及相关标准，对于采纳现场总线构建高速铁路平安数据传输网络，实现故障-平安通信，保障当前和今后我国高速铁路交通平安具有重大的现实意义。 参考文献 1 李开成.现代铁路信号中的通信技术M.北京：中国铁道出版社，2022. 2 狄利明.基金会现场总线的本质平安技术J.化工自动化及仪表，2001，28. 3 陈洁，李哲英.现场总线技术及其在铁路系统中的应用第一讲现场总线技术的基本概念与内容J.铁道通信信号，19101. 4 陈洁，李哲英.现场总线技术及其在铁路系统中的应用其次讲总线与系统简介J.铁道通信信号，11019. 5 杨景蓝.ProfiBus平安协议的探讨D.北京交通高校，2022. 6 孙向群.高铁通信系统CTCS列控平安数据传输探讨D.西南交通高校，2022. 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页