發展列車通信網絡的意義
當今人類正進入網絡社會，計算機網絡的迅猛發展正在改變著人們的工作和生活。對鐵路運輸而言也不例外。近年來，我國開發或正準備開發的電動車組、高速車、城市軌道車，如雨后春筍。這些新的鐵路機車車輛都需要裝上列車通信網絡產品，以實現整個列車的正常運行。列車通信網絡將整個列車連成一個整體，司機對整個列車的控制命令通過列車通信網絡送到列車的各個車廂上，列車的各個車廂工作狀態通過列車通信網絡送到司機顯示臺上，讓整個列車有效而安全的工作。因此如果沒有相應的列車通信網絡產品裝到這些新的鐵路機車車輛上去，這些新的鐵路機車車輛就不能很好投入使用。所以一些工廠為了盡早搶占市場，紛紛從國外進口有網絡功能的控制系統，如出口伊朗的TM1車、唐山廠研制的內燃動車組和四方廠研制的液力傳動動車組，分別從ADtranz瑞士分公司、德國西門子公司和日本新瀉公司進口了相應的產品，以解燃眉之急。
列車通信網絡國外發展情況簡介
70年代末至80年代初，車載微機的雛形分別在西門子公司和BBC公司出現，開始僅僅是用于傳動裝置的控制。隨著控制、服務對象的增多，人們把鐵道系統依次劃分為六個層次：公司管理、鐵路運營、列車控制、機車車輛控制、傳動控制和過程驅動，列車通信網絡在初期的串行通信總線的基礎上應運而生，并從原來不同公司的企業標準推向國際標準，逐步形成了列車通信與控制系統的標準化、模塊化的硬件系列和全方位的開發、調試、維護、管理軟件工具。
ABB公司的微機自動化系統MICAS-S2在列車層采用了FSK列車總線，波特率19.2Kbps，車輛總線采用了在RS485控制器總線基礎上進一步開發的MICAS車輛總線MVB，波特率1.5Mbps，這二種總線均具有全方位的軟件工具支持。
1988年，IEC第九技術委員會TC9成立了第22工作組WG22，其任務是制訂一個開放的通信系統，從而使得各種鐵道機車車輛能夠相互聯掛，并且車上的可編程電子設備能夠互換。
1992年6月，TC9 WG22以委員會草案CD（Committee Draft）的形式向各國發出列車通信網TCN的征求意見稿，該稿分成四個部分：第一部分總體結構，第二部分實時協議，第三部分多功能車輛總線MVB，第四部分絞式列車總線WTB。
總體結構把列車通信網規定為由多功能車輛總線MVB和絞式列車總線WTB組成。其中多功能車輛總線MVB以ABB的MICAS車輛總線MVB為藍本，WTB以西門子的DIN 43322和意大利的CD 450為藍本。
MVB的傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纖。在后一種場合，其跨距為2000m，最多可聯結256個智能總線站。數據劃分為過程數據、消息數據和監管數據，對過程數據的傳輸作了優化。發送的基本周期是1ms或2ms。
WTB的傳輸介質為雙絞線，最多可連接32個節點，總線跨距860m。WTB具有列車初運行和接觸處防氧化功能。發送的基本周期是25ms。
1994年5月至1995年9月，歐洲鐵路研究所ERRI耗資300萬美元，在瑞士的Interlaken至荷蘭的阿姆斯特丹的區段，對由瑞士SBB、德國DB、意大利FS、荷蘭NS的車輛編組成的運營試驗列車進行了全面的TCN實驗。
1998年11月，在中國湖南株洲召開IEC年會。1999年6月，TCN標準草案61375-1正式成為國際標準。在61375-1中，除了以上四個部分外，還有第五部分列車網絡管理，附錄A列車通信網導引，附錄B一致性測試導則。
我國列車通信網絡的開發應用歷程
在昆明—石林的動車組研制時，國內還沒有一種成熟的控制網絡，只好采用RS485標準，由顯示屏作主機，分時與各動車通信。控制命令不經網絡，通信只傳送狀態數據，供顯示屏顯示。它的基礎是SS4B型機車，但SS4B型機車的通信是在兩節相鄰的機車間，而在昆明—石林動車組上，距離加長了，因而須采取許多有效的抗干擾措施。實際使用情況是滿意的。
向伊朗出口的動車組為二動八拖，首尾為機車TM1。為解決機車重聯從瑞士ADtranz購買了MICAS-S2系統。控制網絡由三級構成。列車總線為FSK，速率為19.2Kbit/s，介質為雙絞屏蔽線;車輛總線為MVB，介質為光纖，速率為1.5Mbit/s。
在DDJ1一動六拖的動車組上，也是采用ADtranz公司的MICAS-S2系統，全列車也只有兩個節點（動力車和控制車上各一個），能由控制車來操縱全列車，可在兩個方向上行駛。但總線結構上與伊朗車組有兩點不同，一是車間連接的跨接電纜由一個車的末端伸出，至另一節車輛的插座，從而省去一組接插件;二是考慮到能將兩列短編組列車連接成長編組工作，列車總線冗余方式作了改變。在TM1車中，將前向通道折回作為列車總線冗余通道，只是同一塊插件通道和列車總線介質的冗余，而在DDJ1機車上增加了一套列車總線硬件，做到列車總線硬件和通信介質的雙冗余。
LonWorks在列車通信網絡上的應用
可以用作列車通信網絡的還有現場總線的產品。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。五十年代檢測控制儀表處于發展的初級階段，信號僅在本儀表內起作用。后來出現了氣動、電動系列的單元組合式儀表，出現了集中控制室。后來人們尋求用數字信號取代模擬信號，出現了直接數字控制。隨著計算機技術的發展，出現了數字調節器、可編程控制器（PLC）以及有多個計算機構成的集中、分散相結合的集散控制系統，也就是今天被許多企業采用的DCS系統。由于在DCS系統形成的過程中，受計算機系統早期存在的系統封閉這一缺陷的影響，各廠家的產品自成體系，彼此不能互連，難以實現互操作，組成更大范圍信息共享的網絡系統存在很多困難。
新型現場總線控制系統突破了DCS系統中通信由專用網絡的封閉系統帶來的缺陷，把基于封閉、專用的解決方案變成基于公開化、標準化的解決方案，即可以把來自不同廠商而遵守同一協議的自動化設備，通過現場總線連成系統，實現綜合自動化的各種功能;同時把DCS集中與分散相結合的集散系統結構，變成全分布式機構，把控制功能下放到現場，依靠現場智能設備實現基本控制功能。
PROFIBUS、基金會現場總線（FF）、CAN和LonWorks是目前幾種有影響的現場總線技術。LonWorks是美國Echelon公司開發的工業現場總線，與其它工業現場總線相比，它的溫度范圍寬，其網絡芯片即神經元協議控制器和總線收發器的工作溫度為-40℃～85℃;支持雙絞線、電力線、無線電、紅外線、光纖等多種介質和支持總線型、環型、自由拓撲型多種拓撲;傳輸信號采用差分曼徹斯特編碼;是現有各種現場總線中唯一提供了OSI參考模型中所定義的全部7層服務的網絡，它有配套的節點、路由器或網關開發、網絡調試、安裝設備，可以在較高層次上實施網絡工程。LonWorks用在鐵道車輛上已有先例;今年7月19日，LonWorks互操作協會運輸任務組開會討論了鐵路運輸業的第一個LonMark功能框架（LonMark Functional Profile）草案。
九十年代初在美國出現的LonWorks工業控制網絡，這些年來迅速在各個領域推廣普及開來，鐵路運輸領域也不例外。加拿大Bombardier和日本川崎等公司已將LonWorks用作列車通信網絡，用在他們生產的地鐵車輛上。
今年IEEE制定的列車通信標準IEEE1473-1999包含了TCN和LonWorks，即1473-T（TCN）和1473-L（LonWorks），而且有些公司已在生產連接這兩個協議的網關。 我國列車總線采用LonWorks現場總線的方案，首先在昆明—石林車組上進行三點的通信試驗，現已成功地用于新曙光號二動九拖的內燃動車組上。列車總線為雙絞屏蔽線，通信速率78Kbit/s。 雙層全空調新曙光號快速列車可載客1140人，首尾兩節都是動車，中間9節為拖車，藍白相間的車身分為兩層。它的時速超過199公里。現在每天在上海、南京、杭州間運行。
鑒于時間倉促，LonWorks電路板還來不及做各種試驗，雖然目前在新曙光號快速列車的使用尚未出現問題。另外，當列車上網絡節點再多時， LonWorks通信的實時性問題尚待研究;列車的重組也有待試驗。
新曙光號2動9拖內燃動車組。從1999年10月開始使用LonWorks技術，已無故障運行40余萬公里。
總之，LonWorks在新曙光號快速列車的成功應用，是LonWorks技術在我國鐵路領域的首次嘗試。要發揮LonWorks技術的長處，還有很多工作要做。希望在今后的工作中，能同各位同人共磋技藝，并得到Echelon公司和威通公司進一步的支持。