铁路信号用现场总线的基本研究

刘涛

【摘 要】随着社会的不断进步与发展，铁路交通变得复杂与多样，铁路信号信息化、数字化、智能化技术也在不断的进步，为满足铁路信号信息化的要求，现场总线技术被广泛的应用到铁路信号当中。

【关键词】铁路信号；现场总线；控制系统

一、前言

目前铁路信号已经进入信息化、数值化，传统的控制系统已经随着时代的进步而逐步淘汰，现场总线技术的诞生为铁路信号的信息化带来了巨大的便捷性，从而使铁路信号变得智能化、简单化、数字化。社会在不断进步，科技在不断发展，铁路信号在不断的功能多样化，因此要求现场总线技术也要不断的革新与改进，以满足社会发展的需要。

二、铁路信号控制系统的定义

铁路信号控制系统是由各种类型的铁路信号设备组成的，这些设备是铁路支使行业的必要基本设备，正是这些设备保障了铁路行业安全、改善了运输效率、提升了铁路行业的劳动条件。从我国的信息技术的发展水平来看，当代的信息技术已经具备了服务于铁路运输行业的能力，可以将最新的实时信息提供给铁路运输行业，还可以使铁路行业的工作人员轻松地实现对于铁路运行情况的控制。现代的信息技术已经成为了解决铁路运输行业中种种矛盾的重要且有效的手段。比如说，铁路行车的事故发生率、行车路线的点线不协调问题等等，都可以通过现代的信号技术加以解决。

三、现场总线技术简述与特征

（一）现场总线技术简述

现场总线按管理模式分为中心管理级、车间监控级和现场设备级3层结构。

根据目前铁路车站联锁系统的应用情况，只需要考虑车间监控级和现场设备级2层结构即可，中心管理级的功能由调度中心行车指挥CTC系统实现。

总线的种类和应用领域繁多，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus）属于位传输；设备总线（devicebus）属于字节传输；现场总线属于数据流传输。目前比较流行的总线技术有：FF现场总线、LonWorks现场总线、CANBus现场总线及Profibus现场总线等。通过对现场总线的功能和用途综合考虑，采用ProfibusDP现场总线技术完全能够满足铁路信号控制系统方案的要求。

（二）现场总线技术特征

从某种角度来看，现场总线技术是3C技术的延伸和发展。所谓3C技术是指COMPUTER计算机技术，CONTROL控制技术和COMMUNICATION传输技术。现场总线技术是将这三种技术从控制级升级到工艺设备的现场技术的结果。关于现场总线技术的特点，主要有以下几点：

首先是数字。大多数原始控制系统都是不完整的数字系统。如今，现场总线技术是不同的。现场总线技术已经完全实现了数字通信和数字信号传输，使信号的安全性，可靠性和精度都得到了很大的提高，自纠功能也得到了实现，而现场总线技术结构相对简单，成本低。

第二，实用性强。现场总线技术有许多优点，最重要的是它的实用性。它也可以说是互操作性和互操作性。所谓的互操作性是指在彼此连接的系统和设备之间传输和接收信号。所谓的互操作性意味着在不同的制造商中，具有相似性能的设备可以互换使用。

四、分布式现场总线控制结构

分布式现场总线控制技术是通过现场总线连接分散在不同区域的设备。控制中心通过现场总线向各设备发送控制命令，并通过现场总线收集各设备的工作状态。铁路信号系统的控制对象可以按照地理区域分为两部分：车站和区间。其中，车站信号设备主要包括信号機，轨道电路和道岔；区间信号器主要有信号机和跟踪电路。所有的控制信息由信号建筑中的信号系统发出。同时，信号系统及时收集每个设备的工作状态。因此，如何及时准确地向各种信号设备传输控制指令和信息是工程应用中的关键和难点。

传统的控制技术采用信号电缆以点对点的方式控制现场信号设备。因此，进入信号楼的信号线数量和种类非常多，室内电路复杂。采用分布式现场总线控制技术，采用单一或混合现场总线方式，可充分利用大量的光纤通信信息，抗电磁干扰等特点，将每台设备现场连接到车站信号中心。分布式现场总线在铁路信号系统应用中有：全光缆结构和光缆+电缆结构2种方案。

（一）全光缆结构

使用点对点光缆完全替代信号电缆。通过信号控制盒，将光缆信息通道中的控制信号通过分支电缆发送到现场的每个轨道旁信号设备。在轨道信号设备箱中需要增加相应的通信设备。车站信号控制箱可根据车站规模和车站类型结构合理增加控制箱数量。为了避免由于箱体之间的分支电缆的轻敲而引起的故障，控制箱和设备箱以点对点的方式连接（星形）。

该方案存在以下几个问题：①信号设备箱较为分散，采用星形连接方式，支线光缆多，而且支线光缆细小，容易损坏；②需给每个轨旁设备敷设信号电缆，为信号设备提供电源通道；③靠光缆连接的驱采模块，如放置在信号设备箱内，对既有信号设备的结构影响较大；④支线光缆的发散性连接，对施工工艺、熔接技术和施工难度都有很大提升，不利于现场实际操作。

（二）光缆+电缆结构

将光缆与电缆结合使用，使用光纤电缆代替大量中继电缆，以及使用来自轨道旁信号控制箱的分支电缆来控制现场信号设备。该方案可以有效避免全光缆结构的问题，同时可以保持现有信号设备的连接方式和内部结构不变。但对信号控制箱的要求较高，信号控制箱需要具有控制指令分配和光电转换功能。因此，它具有强大的可实施性和可操作性。

五、铁路信号控制系统的重大意义

在科技和信息技术不断发展的时代，铁路信号技术进入了全面发展和应用的阶段。铁路信号技术，计算机技术和通信技术正在逐步融合。随着新兴网络技术的发展，中国铁路信号控制系统得到进一步升级。铁路信号的原始概念也在发生变化，铁路信号的功能不断增加。铁路信号不再是铁路运输的“眼睛”，它不再是“耳朵”。在一定程度上，铁路信号控制系统已成为铁路运输业的核心，相当于人体中枢神经系统。铁路运输业的作用正在逐步增加。

铁路信号控制系统是优化铁路行业安全，交通正规化，行业效率优化，劳动力分配优化的重要功能体系。近年来，随着科学技术的发展和两者的不断融合，铁路信号系统发生了翻天覆地的变化。最初，铁路信号系统只能为铁路运输行业提供最明显的信号显示信息。如今，它已经可以处理信号信息并控制和引导高级列车。它已经成为一个综合信号系统。铁路运输业最重要的是火车的安全运行，铁路信号对火车的安全运行有着重要的影响。随着我国经济的发展，工业生产和人民生活对铁路运输的需求也越来越大。我国铁路运输业也不断蓬勃发展，列车运行数量也在不断增加。铁路运输的安全问题引起了公众更广泛的关注。铁路信号控制系统是一个能够实现铁路运输安全的系统，是铁路运输中不可缺少的一个角色。

六、结束语

随着社会的不断发展，铁路运输行业的不断强大，铁路信号技术要求越来越严格、越来越精准，这就要求现场总线技术越来越成熟，越来越标准。在以后铁路信号领域中，随着现场总线技术的逐步完善，将为铁路信号实现更为科学的安装、维护、管理模式。

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