铁路信号集中监测系统 (CSM) 能不间断的对信号设备电气参数和状态信息进行监测并记录, 为电务部门及时掌握设备的运用状态和工作质量提供准确数据, 并为信号设备的隐患排查, 故障处理提供信息, 是保证行车安全的重要设备。随着铁路的高速发展, 信号设备不断更新换代, 需要监测采集的设备越来越多, 根据设备的不同特性、环境、通信距离, 所采用的接口通信方式也不尽相同。目前信号集中监测所采用的通信方式主要有:串口通信、CAN通信、TCP/IP通信, 如下图所示。
串口叫做串行数据接口, RS232、RS422与RS485都是串行数据接口标准, 工作方式确各不相同。
RS232是PC机与通信中应用最广泛的一种串行接口, 工业计算机上都有两组RS232接口, 分别称为COM1和COM2。RS232是一种全双工, 点对点通信。由于RS232接口标准出现较早, 不足之处较为明显, 它的传输速率低, 传输距离短, 在25米以内, 已不太适应铁路信号集中监测对通信接口的要求。目前, 与CSM采用232串口通信的设备只有老款的计算机联锁, 微机监测的UPS, 以及部分厂家的灯丝报警主机, 如武汉贝通, 宁波皓胜。
RS422改进了RS232通信距离短、速率低的缺点, 是一种全双工、单机发送、多机接收的单向, 平衡传输通信, RS422将传输速率提高到10Mb/s, 传输距离延长到1200米 (速率低于100kb/s时) , 并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。现场微机监测采用的是在工控机上增加MOXA卡, 并通过八串口光电转换器来实现RS422通信。RS422通信的抗干扰能力强, 通信质量优, 但只能单机和单向发送数据, 不利于组网进行信息交换, 因此一般只有关键设备的采集采用这种通信方式, 如计算机联锁和列控。
RS485同RS232的通信机理是一致的, 它的优点在于弥补了RS232通信距离短, 不能多台设备同时进行联网管理的缺点, 是一种半双工, 点对多主从通信, 传输距离可达1200米, 它的通讯原理是将最远1200米的多台设备手牵手地串成一条总线, 经过RS485/RS232转换器转成232格式进入计算机RS232串口, 并和计算机软件进行通讯和管理。但RS485的通信速度慢, 容易受到外部环境的电流和电磁干扰, 使得产生诸如莫名其妙通讯中断、通讯数据丢失、部分设备通讯不上等故障。现场采用RS485通信方式的设备有智能电源屏、空调、环境监测等。
CAN总线是一种有效支持分布控制和实时控制的串行通信网络, 是一种通信速率可达1 Mb/s的多主总线, 具有优先抢占方式进行总线仲裁的作用机理, 错误帧可自动重发, 永久故障可自动隔离, 不影响整个网络正常工作, 可靠性高, 组网和通信方式灵活, 且CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆、光纤, 选择灵活, 成本较低, 在铁路信号集中监测系统中应用广泛。集中监测战机与监测采集分机、监测组合柜、外电网箱、智能灯丝报警设备、道岔缺口报警设备等采用CAN通信方式。
CAN通信虽有效验、重发机制, 但这也影响通信的实时性, 无法保证数据收发的可靠性。另一个制约CAN通信发展的因素是CAN总线不能与Internet互联, 无法实现远程的信息共享, 且CAN卡与以太网网卡相比大都价格昂贵, 传输速率也无法和工业以太网相比。
TCP/IP通信是Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写, 中译名为传输控制协议/英特网互联协议, 又名网络通信协议。基于TCP/IP的以太网是一种标准开放式的网络, 由其组成的系统兼容性和互操作性好, 资源共享能力强, 数据传输距离长, 传输速率高。采用TCP/IP通信方式成本低、易组网, 与其他系统的接口十分方便。目前, 集中监测站机与防雷分线柜、固安电码化采集主机、CTC、ZPW2000设备等采用TCP/IP通信方式。
随着铁路信号设备的智能化、模块化, 监测数据的采集越来越多的采用TCP/IP通信方式, 如新开通站的外电网电压的监测, 是采用电源防雷柜与监测站机通过以太网通信, 新的道岔缺口监测系统也是通过以太网将数据传递至监测站机。但TCP/IP通信也有自身的一些缺陷, 如通信实时性问题, 网络安全问题, 且以太网的接口电路还比较复杂和昂贵, 在与简单的采集设备相连时, 并不能体现出更大的优越性。
随着铁路的高速发展, 监测手段的不断完善, 信号集中监测所扮演的角色越来越重要, 掌握信号集中监测接口通信的特点、维护方法, 显得至关重要。串口通信、CAN通信、TCP/IP通信各有优势和不足, 串口通信作为一种面向工业底层控制的通信, 局限性较为明显, 但组网简单, 施工容易, 与特定的采集设备通信, 优势明显;CAN总线技术近年来不断完善, 运用广泛, 但它只适合数据量较小的通信, 数据量大的宜采用TCP/IP通信;TCP/IP通信是目前主流的通信方式, 随着采集设备的智能化、模块化, TCP/IP通信的优势更加明显, 更多的监测采集设备将采用这种通信方式, 但如何确保TCP/IP通信网络的安全, 提升以太网在恶劣环境下的工作性能, 依然是值得探讨和研究的课题。
摘要：本文主要介绍信号集中监测各类接口通信的现状, 分析各类接口通信的优缺点及发展趋势。
关键词：串口通信,CAN通信,TCP/IP通信
[1] 李正军.现场总线与工业以太网及其应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2011.
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