远程控制课程设计Word文档下载推荐.docx

1、正文字号统一为小四，图表中字体为五号。图和表的要求为：图名在图的下方，表名在表的上方，按顺序编号，图表与上文应留一行空格。（2） 图纸要求图纸使用VISIO或CAD软件绘制，幅面为A4，可以分页绘制。3 课程设计的任务分配 以小组为单位，完成设计指导书中规定的内容。设计内容中的第（1）、（2）部分由杨星（200808658）完成，第（3）、（4）部分由李根（200808659）完成，第（5）、（7）部分由吴永强（200808660）完成，第（6）部分以及报告的撰写由谭延康（200808661）完成。4 原理描述及任务实现4.1构建网络系统方案本次课程设计主要以中长期铁路网规划（2008年）中提

2、出的“四纵四横”高速铁路为应用背景进行设计的。主要内容应包括以下几个方面：（1） 线路描述本次课程设计中，我们选择了国家中长期铁路网规划“四纵四横”高速铁路的第四横，即沪汉蓉客运专线。线路全长约1600公里，连接西南和华东地区。全线除了宜万铁路一段因穿越喀斯特地形和神农架地区，近期时速仅为160km/h，其余线路的时速均为200250km/h。远期宜万铁路时速提升至200km/h，并新建350km/h等级的成渝客运专线。沪汉蓉客运专线，上海至南京段与沪宁高速铁路共线，南京至成都段由合宁铁路、合武铁路、汉宜铁路、宜万铁路宜昌至利川段、渝利铁路、遂渝铁路和达成铁路成都至遂宁段构成。我们小组选择沪宁

3、高铁来进行网络结构的设计，共设31个车站，自西向东分别为：南京、仙西、栖霞、宝华、下蜀、高资南、镇江、丹徒、丹阳、陵口、吕城、奔牛东、新闸东、常州、戚墅堰、横林、惠山、无锡、无锡新区、望亭东、苏州新区、苏州、苏州工业园区、唯亭西、阳澄湖、昆山南、花桥、安亭北、南翔北、上海西、上海。在线路中，我们设置了2个调度区段，其一为南京站到戚墅堰站，其二为横林站到上海站，由南京客专调度中心指挥管理。并设置了2个抽头站（镇江和苏州）。（2） 网络设计规划在本次课程设计中，沪汉蓉客运专线采用调度中心局域网，车站局域网，车站与车站、车站与调度中心广域网的组网方式。并采用了双环形的网络结构，相邻两站间采用物理通道

4、直连。调度中心与车站内部均采用同轴电缆与双绞线连接，C3车站与调度中心之间采用GSM-R无线通信的方式。网络数据传输要求为主干传输1000MHZ，用户传输10100MHZ。南京、仙西、栖霞、宝华、下蜀、高资南、镇江、丹徒、丹阳、陵口、吕城、奔牛东、新闸东、常州、戚墅堰为一个独立的环，站间采用双2M数字通道连接，南京站和戚墅堰站作为端头站与调度中心的连接，其连接通道也采用双2M数字通道。横林、惠山、无锡、无锡新区、望亭东、苏州新区、苏州、苏州工业园区、唯亭西、阳澄湖、昆山南、花桥、安亭北、南翔北、上海西、上海为一个独立的环，站间采用双2M数字通道连接，横林站和上海站作为端头站与调度中心的连接，其

5、连接通道也采用双2M数字通道。中心局域网采用百兆或千兆自适应以太网。选用高性能交换机实现调度中心局域网及各设备间的互联，要求中心局域网支持TCP/IP、DECnet、SNA等多种协议。各设备独享100/1000Mbps带宽。为了保证网络工作的可靠性，中心局域网要采用双套局域网冗余热备。控制中心所有服务器和工作站都配有2块以太网适配器，分别连接到调度中心的2台交换机上，组成2个局域网。调度中心的路由器、交换机、防火墙相互之间交叉连接，具有很高的可靠性，当其中一个出现单点故障或非相同设备的多点故障时，不影响系统的正常运行。站间广域网采用环形通道时，每8至15个车站应有一套通道返回调度中心。车站间广

6、域网、中心间广域网分别设立路由器。中心到车站、车站之间通过高性能的路由器组成双环路广域网，以保证高速可靠的数据传输，防止单点故障造成的通信中断。广域网的双通道应分别接入互为冗余的两台路由器，采用环形通道时，同一环的首尾两条通道应接入调度中心的同一台路由器。每个CTC车站都有两套网络设备，并且每两个车站间都是采用两条通道相连，每个车站的两台路由器与其两台交换机交叉相连，增加冗余路径的数量。车站局域网采用双套局域网冗余热备机制。每个车站均采用2台独立的双交换机组成的双局域网，完成车站终端设备各节点间的网络互联，形成双套共享式以太网连接的网络结构。各设备交换机之间的网络设备，采用高可靠的双绞线连接器

7、，提高了网段的可靠性和抗干扰能力。每台计算机设备的两个以太网适配器分别连接至双交换机，任一车站设备的1个网卡故障时，都不会影响系统的正常工作，2套网络之间为无缝切换方式。可参照附图1：FZ-CTC系统组网方案。（3） 技术选择 我们设定该C3车站的联锁系统采用计算机联锁，车站联锁与CTC通过以太网互联。联锁控显机作为一个终端连接到CTC车站系统的局域网上。CTC车站有专用交换机作为联锁接入交换机，与列控中心采用RS422串行通信。车地通信技术利用GSM-R无线通信。全线采用国内卡斯柯信号有限公司北京分公司的调度集中（CTC）系统。基于GSM-R无线传输平台，实现列控系统车地双向通信。CTC中心

8、机房及调度所设备采用集中供电方式。电源设备包括专用电源屏和不间断电源（UPS）。其中不间断电源包括两台30KVA UPS。网络安全防护措施主要有防火墙。4.2设计系统数据传输通道南京铁路局提供1套FZ-CTC系统调度中心和14套车站设备，分别安装在南京铁路局管辖范围内沿线各站。在铁路局调度指挥中心设置分散自律调度集中指挥中心。 FZ-CTC系统采用双通道 （主信道和迂回信道） 提高信息传输的可靠性。首先根据调度区段的划分，各车站分别归属于不同的调度区段，再根据采用的网络结构，就可将车站与调度中心连接起来，最后完成迂回信道的连接。备用信道可以铺设电缆，也可使用无线方式。根据现阶段的信息量，专线宽

9、带通道每条至少为2Mbps，通信接口为V.35。详见附图2：FZ-CTC系统通道连接图。4.3确定网络拓扑结构FZ-CTC系统采用星型或双环型的拓扑结构，在枢纽站或特殊车站常采用星型结构，其他情况一般采用双环型结构。本系统采用双环形拓扑结构。调度中心采用两台高性能100M交换机构成中心冗余局域网的主干，两台高端CISCO路由器与车站基层广域网连接，路由器具有足够的带宽和高速端口以满足通信要求，同时为了保证中心局域网的安全，路由器和交换机之间应加装防火墙隔离设备。车站系统采用两台高性能交换机或集线器构成车站局域网主干，车站调度集中自律机、值班员工作站、信号员工作站等设备均配备了两个以太网口进行网

10、络连接。车站系统也需要配备两台路由器和车站基层广域网连接，每个环应交叉连接到局域网两台路由器上车站系统中。调度中心机房中应用服务器、数据库服务器、通信前置服务器、和接口服务器口采用双机热备方式，而运转室中列调工作站和助调工作站采用双机热备方式。车站系统中车站自律机和车务终端为双机热备。有人站和无人站的设备略有不同，有人站包含完整的车务子系统设备，有车务终端，无综合维修终端；无人站有综合终端，无车务终端。本次设计我设计的为有人站。详见附图3：FZ-CTC系统结构图。4.4分配IP地址FZ-CTC系统中广泛采用了计算机设备和网络设备，为了能够更好地获得数据传输效率，节约网络资源，需要为计算机设备和

11、相关的网络设备分配合适的IP地址。IP地址的规划与划分应考虑CTC/TDCS网络的发展，满足CTC/TDCS网络发展的需要，即要满足目前对IP地址的需求，同时要充分考虑未来业务发展，预留相应的地址段。（1） IP地址编址原则IP地址的分配应采用可变长子网掩码技术，提高IP地址的利用效率。根据铁道部有关文件对CTC/TDCS广域网的IP地址进行统一分配。在CTC/TDCS网络中采用172.16.0.0至172.31.255.255 的16个B类IP网络地址，CTC/TDCS各节点局域网地址采用172.16.0.0至172.27.255.255的12个B类网段，广域网采用172.28.x.x、17

12、2.29.x.x两个网段，172.30、172.31两个网段预留。根据总体地址分配原则，CTC/TDCS 网络广域网地址分配采用以下方案：CTC/TDCS广域网地址采用172.28.x.x、172.29.x.x网段，点到点专线端口的IP地址，掩码采用255.255.255.252以便节省网络地址。根据总体地址分配原则， CTC/TDCS局域网地址分配采用以下方案：部调度中心、路局调度中心均分配5个C类地址，子网掩码采用255.255.255.0，每个信源点局域网分配2个IP地址段（每段32个IP地址，包括子网地址及广播地址），子网掩码采用255.255.255.224。（2） IP协议IP地址

13、由网络号（网络ID）和主机号（主机ID）两部分构成，这种结构可以方便在网络上进行寻址，只要先按IP地址中的网络号把主机所在的网络找到，再按主机号就可以把主机找到。但随着网络的发展，IPv4标准中的IP地址远不够用，为了解决这一矛盾，于是又在IP地址加上子网掩码来进一步识别。在TCP/IP协议中规定，A类网络的子网掩码格式为“255.0.0.0”形式，后面的“0”可以为“0254”之间任一数字。B类网络的子网掩码格式为“255.255.0.0”，C类网络的子网掩码为格式为“255.255.255.0”，同样其中的“0”可以是“0254”之间任一数字。如果没有子网，可以为“0”，也可以不配置，如果

14、有子网则一定要配置。CTC网络通信采用双网结构，车站由两台路由器连入广域网，双广域网完全独立。车站设备中路由器、自律机、电务维修终端、车站值班员终端需要设置IP地址。 （3）举例说明IP地址的分配有一个IP地址：172.16.20.33，子掩码为255.255.255.224，现在要确认一下该IP地址的网络号，以及该子网可用的IP地址范围。IP： 172 16 20 33二进制： 10101100 00010000 00010100 00100001掩码二进制：11111111 11111111 11111111 11100000二进制与： 10101100 00010000 00010100

15、 00100000IP地址：IP地址：IP地址：10101100 00010000 00010100 00111110IP地址： 10101100 00010000 00010100 00111111将IP地址和子掩码进行二进制与的运算，结果即为该IP地址的网络号：172.16.20.32可用主机号范围为：172.16.20.32172.16.20.63，其中第一个地址172.16.20.32和172.16.20.63为网段号和广播地址，不可用，所以该子网的可用IP地址范围为：172.16.20.33172.16.20.62，共30个可用IP地址，其实更简单的算法是看子网掩码的二进制最后有几个

16、零，上面的掩码最后有5个零，则可用的IP地址范围为2的5次方减2个，共30个，和前面的结果是一样的。例如：假如有20个车站组成一个简单的网络，可用的IP地址范围是：172.16.1.0-172.16.2.255，其中每个车站有不超过10台设备需要分配IP地址：怎样给这20个车站分配可用的IP地址范围。首先我们需要根据每个车站至少需要10个IP地址，来确定子网掩码，根据上面说的，很容易算出2的4次方减2，共有14个可用的IP地址，正好可以满足每个车站的IP第只需要，对应的掩码为：11111111 11111111 11111111 11110000，255.255.255.240。其次可以根据I

17、P地址范围可以算出可用的网络号的范围，分别用起始IP和掩码进行二进制与运算。 FZ-CTC系统车站计算机IP地址表如表2所示。表2 FZ-CTC系统车站计算机IP地址表车站名网络号可用地址范围对应网段号南京仙西栖霞宝华下蜀高资南镇江丹徒丹阳陵口吕城奔牛东新闸东常州戚墅堰横林惠山无锡无锡新区望亭东苏州新区苏州苏州工业园区唯亭西阳澄湖昆山南花桥安亭北南翔北上海西上海172.20.0.0172.20.0.32172.20.0.64172.20.0.96172.20.0.128172.20.0.160172.20.0.192172.20.0.224172.20.1.0172.20.1.32172.20

18、.1.64172.20.1.96172.20.1.128172.20.1.160172.20.1.192172.20.1.224172.20.2.0172.20.2.32172.20.2.64172.20.2.96172.20.2.128172.20.2.160172.20.2.192172.20.2.224172.20.3.0172.20.3.32172.20.3.64172.20.3.96172.20.0.1172.20.0.30172.20.0.33172.20.0.62172.20.0.65172.20.0.94172.20.0.97172.20.0.126172.20.0.12917

19、2.20.0.158172.20.0.161172.20.0.190172.20.0.193172.20.0.222172.20.0.225172.20.0.254172.20.1.1172.20.1.30172.20.1.33172.20.1.62172.20.1.65172.20.1.94172.20.1.97172.20.1.126172.20.1.129172.20.1.158172.20.1.161172.20.1.190172.20.1.193172.20.1.222172.20.1.225172.20.1.254172.20.2.1172.20.2.30172.20.2.3317

20、2.20.2.62172.20.2.65172.20.2.94172.20.2.97172.20.2.126172.20.2.129172.20.2.158172.20.2.161172.20.2.190172.20.2.193172.20.2.222172.20.2.225172.20.2.254172.20.3.1172.20.3.30172.20.3.33172.20.3.62172.20.3.65172.20.3.94172.20.3.97172.20.3.126172.20.3.129172.20.3.158172.20.3.161172.20.3.190172.20.3.19317

21、2.20.3.22200000（0）00001（1）00010（2）00011（3）00100（4）00101（5）00110（6）00111（7）01000（8）01001（9）01010（10）01011（11）01100（12）01101（13）01110（14）01111（15）10000（16）10001（17）10010（18）10011（19）10100（20）10101（21）10110（22）10111（23）11000（24）11001（25）11010（26）11011（27）11100（28）11101（29）11110（30）172.20.3.128172.20.3.

22、160172.20.3.192FZ-CTC系统路由器IP地址表详见附图4。4.5连接网络设备FZ-CTC系统的网络设备主要有交换机、防火墙、路由器、协议转换器等，采用双套交叉连接的方式实现网络的可靠传输。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。交换机是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。一般情况下交换机不用配置。现在还有一种高端的三层交换机，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。协议转换器是一种将以太网信号或V.35信号转换为E1信号，以E1信号形式在同

23、步/准同步数字网上进行长距离传输的设备。主要目的是为了延长以太网信号和V.35信号的传输距离，是一种网络接入设备。 路由器与光通道间需经由V.35-G.703的相互转换才能互相对接。在路由器与铁通2M光设备间线路距离小于150米时可直接用2M电缆通过协议转换器与路由器相连。 在路由器与铁通2M光设备间线路距离大于150米小于2公里时，由于信号衰耗过大，无法用2M电缆直接相连，必须通过一对HDSL转换完成路由器与光设备的连接。HDSL设备之间用一对普通铜芯通信电缆相连，在光设备一侧为G.703模块（两个BNC插座），在路由器一侧为V.35接口模块（一个34芯孔式插座）。 详见附图5：FZ-CTC

24、系统网络设备连接图。4.6连接FZ-CTC系统设备FZ-CTC系统的关键设备设置于调度中心和车站内。车站的设备又具体分为运转室设备和机械室设备，而机械室有信号机械室和通信机械室之分。新型调度集中系统由调度中心系统、车站系统、网络传输系统三部分构成。其中，调度中心应用系统包括列车调度员工作站、助理调度员工作站、控制工作站、调车长工作站、计划员工作站、培训台工作站、打印机和绘图仪等。总机房设备有数据库服务器、应用服务器、通信前置机、系统维护工作站、接口机、实验分机、电源系统等。车站系统则由车站自律机、输入/输出板、车站值班员工作站、电务维护终端、综合维护终端等设备。本设计要求绘制FZ-CTC系统车

25、站设备的详细连接方式，实现运转室、信号机械室、通信机械室之间的设备连接。其中，音响与机柜间采用4芯双绞线连接，同轴电缆连接了通信设备和机柜，无线车次号解码器与2线防雷设备间用2芯屏蔽对绞线，无线调度命令转接器与4线防雷间用4芯屏蔽对绞线。利用这些通信设备完成数据的交换。详见附图6：FZ-CTC系统车站设备连接图。4.7设计FZ-CTC系统与其他系统的接口随着高速铁路的发展，FZ-CTC系统需要与更多的系统交换信息，提高行车指挥效率和服务质量。FZ-CTC系统需要交换信息的系统有：联锁系统、GSM-R、TCC、RBC等。对于CTCS3的线路，FZ-CTC系统需要与GSM-R、RBC交换信息。 1

26、.CTC与GSM-R接口（1）把CTC系统的调度命令（含许可证）、接车进路预告信息、调车作业通知单可靠地传送到机车。（2）将机车发送的车次号、列车启动、列车停稳、调车请求、信息回执等信息发送回CTC系统。GSM-R接口服务器（GRIS）有一对，CTC中心有一对GSM-R通信服务器，均以双机热备的方式通过以太网建立TCP/IP连接。GSM-R接口服务器（GRIS）为服务器端，CTC中心的GSM-R通信服务器为客户端。服务器端在TCP端口20002上接收客户端的TCP连接请求。GSM-R接口服务器与GSM-R通信服务器采用局域以太网连接方式，如长距离条件下则采用光纤传输延伸局域网。GSMR系统与C

27、TC系统都各自设置防火墙，以保证网络数据传输的安全。CTC向GSMR发送信息时要指定特定的机车号和车次号的IP动态寻址。图1 CTC与GSM-R接口原理图2.CTC与无线闭塞中心（RBC）接口 CTC与RBC接口原理如图2所示：图2 CTC与RBC接口原理图CTC与RBC之间交换的信息：（1）由CTC 发送到RBC 的信息：建立连接信息，CTC 向RBC 请求建立连接；连接检查信息，CTC 向RBC 发送的心跳信息，同时报告RBC 接口服务器状态；关闭连接，CTC 向RBC 请求关闭连接；紧急停车控制命令；时钟同步信息；（2）由RBC 发送到CTC 的信息：列车状态信息，包括列车位置、车次号、

28、运营模式、速度信息等列车状态信息；RBC的工作状态，包括VIA-RBC的连接状态、RBC设备在线信息、VIA（协议转换器）设备在线信息；操作反馈信息，CTC给RBC发送的操作信息中都带有操作号信息，RBC要在规定的时间内返回应答信息，否则要采取一定的防范措施。详见附图7：FZ- CTC系统与其他系统接口连接图。5 总结本次课程设计是以网络系统方案为依据，完成系统数据传输通道、网络拓扑结构、IP地址、网络设备连接、系统设备连接、FZ-CTC系统与其他系统的接口等的设计。本次课程设计充分利用所学知识，完成了FZ-CTC系统的初步设计，巩固和加深了课堂教学内容；同时，通过熟悉设计环境，查阅相关规范、

29、手册和技术资料等，提高了分析问题、解决问题和独立工作的能力。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去完成一件事情。在设计的过程中，我与小组同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程，“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深地体会到这句千古名言的真正含义，我今天认真地进行课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在这次设计过程中，我体现出了自己单独设计以及综合知识应用的能力，也感受到了学以致用、收获自己劳动果实的喜悦心情，更是从中发现了自己平时的不足和薄弱环节，在今后一定会加以改善。附图1 FZ-CTC系统组网