杜江紅，潘金山

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）

列車控制中心（TCC），簡稱列控中心，是CTCS-2級列控系統(tǒng)地面設(shè)備子系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)軌道區(qū)段占用信息、聯(lián)鎖進(jìn)路信息、線路限速信息等產(chǎn)生列車行車許可命令，并通過軌道電路和有源應(yīng)答器傳輸給車載子系統(tǒng)，保證其管轄內(nèi)的所有列車的運(yùn)行安全。列控中心主機(jī)采用2×2取2的安全計算機(jī)平臺，具有相同的硬件結(jié)構(gòu)，通過高速通道交換信息實(shí)現(xiàn)同步和切換。該系統(tǒng)達(dá)到鐵路信號控制系統(tǒng)的安全性要求，符合“故障－安全”原則，具有高可靠性和安全性。列控中心按應(yīng)用需求不同，分為車站TCC和中繼站TCC。中繼站TCC需從所屬車站TCC接收線路方向信息、臨時限速命令等，并將相應(yīng)的限速狀態(tài)等信息發(fā)送給車站TCC。各站列控中心間及車站聯(lián)鎖間，均通過125 M信號專用安全局域網(wǎng)互連，確保地面各子系統(tǒng)間的信息安全交互。

為滿足CTCS-3級列控系統(tǒng)的功能需求，列控中心需要提高與外圍設(shè)備接口的適配，而對外圍設(shè)備接口之間數(shù)據(jù)交換正確性及通道冗余安全性，需要一套針對性強(qiáng)，目標(biāo)明確的測試平臺去驗證。因此，本文選取哈大線路中的兩站一區(qū)間（蓋州西，營口東以及中繼10）分析TCC列控中心與ZPW-2000軌道電路，軌旁電子單元（LEU）以及PIO繼電器之間的數(shù)據(jù)交換，通過開發(fā)的接口測試平臺采集CAN總線與ZPW-2000軌道電路和應(yīng)答器交互的數(shù)據(jù)，以及INIO總線與PIO繼電器交互數(shù)據(jù)，為TCC系統(tǒng)的安全性以及交付使用提供技術(shù)保障和支持。

1 CTCS-3級列控中心接口測試環(huán)境總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的TCC接口平臺以哈大線路測試環(huán)境應(yīng)用為例。取其中兩站一區(qū)間即可滿足列控中心測試的環(huán)境條件。本文選取蓋州西站、營口東站和中繼10。測試環(huán)境整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中蓋州西站的CTC站機(jī)，列控中心，車站聯(lián)鎖，中繼10的列控中心，營口東站的CTC站機(jī)，列控中心用實(shí)物，營口東站的車站聯(lián)鎖用模擬程序代替，沿線的其他車站和中繼都用模擬程序代替。

仿真支撐系統(tǒng)是CTCS-3級列控系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺的底層支撐系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)接口單元、消息分發(fā)器等。它通過代理及接口平臺將各個系統(tǒng)集成在一起，對發(fā)出的消息進(jìn)行接收及轉(zhuǎn)發(fā)，它是整個測試環(huán)境集成的基礎(chǔ)。

2 CTCS-3級列控中心接口測試平臺軟件功能設(shè)計

2.1 TCC-TIU接口功能

TCC接口平臺實(shí)現(xiàn)接收并解析應(yīng)答器報文，回復(fù)正常報文校驗應(yīng)答包和狀態(tài)數(shù)據(jù)包，并提供發(fā)送錯誤循環(huán)冗余校驗碼（CRC）校驗內(nèi)容的功能，用戶界面提供典型測試故障注入案例選項，用戶還可自定義TCC接口平臺回復(fù)報文校驗應(yīng)答包和狀態(tài)數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。

圖1 列控中心測試環(huán)境整體結(jié)構(gòu)

TCC主機(jī)向報文編碼通信板（CI-TIU）傳輸同步幀和用戶數(shù)據(jù)/應(yīng)答器報文。CI-TIU向TCC主機(jī)反饋應(yīng)答器報文校驗結(jié)果狀態(tài)信息、CI-TIU板卡狀態(tài)信息。

圖2 通信結(jié)構(gòu)原理

LEU1、LEU2、LEU3和LEU4為固定冗余配置，列控中心主機(jī)需要把報文數(shù)據(jù)同時發(fā)送到冗余的LEU單元如圖2所示。CI-TIU采取被動響應(yīng)方式，保證在通信時機(jī)和通信內(nèi)容上，都必須在接收到TCC主機(jī)的時鐘同步幀且與報文校驗碼幀比較一致時才允許向LEU發(fā)送應(yīng)答器報文。TCC為通信交互的主動發(fā)起方，通過CI-TIU反饋的報文校驗碼幀檢測出CI-TIU有無報文數(shù)據(jù)存儲錯誤發(fā)生。CI-TIU獨(dú)立定時，在每500 ms時向LEU發(fā)送FSFB/2協(xié)議包的定時和允許信號。當(dāng)主機(jī)停止發(fā)送同步幀，CITIU停止向LEU發(fā)送FSFB/2協(xié)議包的定時和允許信號。TCC與TIU之間的通信時序如圖3所示。

2.2 TCC-軌道電路接口功能

TCC接口平臺接收同步幀，將軌道電路的狀態(tài)幀回復(fù)給TCC主機(jī)，并且提供發(fā)送錯誤的CRC校驗內(nèi)容，接口平臺提供用戶界面自定義區(qū)，用戶可修改狀態(tài)幀的內(nèi)容。列控中心和軌道電路通信連接如圖4所示。每對軌道電路通信板（CI-TC2）控制一臺移頻柜，列控中心主機(jī)通過CANA1和CANB1總線向每對CI-TC2通信板發(fā)送軌道電路編碼命令數(shù)據(jù)，備機(jī)不發(fā)送編碼命令數(shù)據(jù)，列控中心主備機(jī)同時接收CI-TC2傳送的軌道電路狀態(tài)數(shù)據(jù)。CI-TC2通信板通過CANC1總線向維護(hù)監(jiān)測機(jī)發(fā)送軌道電路設(shè)備的監(jiān)測狀態(tài)數(shù)據(jù)。

圖3 TCC與TIU的通信時序

圖4 列控中心和軌道電路通信連接

列控中心和軌道電路通信單元的通信時序如圖5所示。

圖5 列控中心和軌道電路通信單元的通信時序

2.3 TCC-PIO接口功能

列控中心接口平臺接收TCC主機(jī)發(fā)送的繼電器驅(qū)動信息，并回復(fù)相應(yīng)繼電器的采集狀態(tài)數(shù)據(jù)。每塊PIO板在接收到TCC主機(jī)發(fā)送的同步數(shù)據(jù)幀后，開始向TCC主機(jī)發(fā)送采集繼電器狀態(tài)數(shù)據(jù)幀，TCC主機(jī)每個周期向每塊PIO板發(fā)送繼電器驅(qū)動命令。每個PIO通信接口單元機(jī)最多能配置9對PIO板，列控中心主機(jī)向每對PIO板發(fā)送一幀驅(qū)動命令數(shù)據(jù)，每塊PIO板同時接收驅(qū)動命令數(shù)據(jù)并執(zhí)行命令，在接收到主機(jī)的同步幀后向主機(jī)單元發(fā)送采集數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，列控中心主機(jī)單元中的主備機(jī)都同時接收采集狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2.4 TCC接口平臺與各接口通信數(shù)據(jù)量

按照最大的設(shè)備接口配置考慮：

系統(tǒng)周期：250 ms～400 ms；總線波特率：1 Mbps。

軌道電路通信單元：下行數(shù)據(jù)5×2×10＝100幀（每周期），上行數(shù)據(jù)3×2×10＝60幀（每周期）。

LEU通信接口單元：

（1）應(yīng)答數(shù)據(jù)包：下行18幀，上行20×2＝40幀；

（2）報文數(shù)據(jù)包：下行15×17＝255幀。

PIO通信單元數(shù)據(jù)包：下行18幀，上行36幀。

根據(jù)上述軟件功能需求，利用VC++開發(fā)出滿足要求的TCC接口平臺，TCC接口平臺用戶界面如圖6所示。

3 TCC接口平臺在TCC測試環(huán)境中的應(yīng)用

（1）TCC與LEU間通信校驗的測試。

利用TCC接口平臺通過CANA和CANB通道回復(fù)A機(jī)或B機(jī)CPU1的錯誤報文校驗包、錯誤源地址包和錯誤的目的地址包，TCC主機(jī)不能和LEU建立通信，監(jiān)測維護(hù)機(jī)有TCC與LEU通信中斷故障報警，LEU向有源應(yīng)答器發(fā)送默認(rèn)報文，當(dāng)TCC接口平臺發(fā)送正確的校驗包、正確源地址包或正確的目的地址包時，TCC主機(jī)和LEU建立通信，監(jiān)測維護(hù)機(jī)TCC與LEU通信中斷故障報警解除，LEU向有源應(yīng)答器發(fā)送正常有源應(yīng)答器報文。通過TCC接口平臺對TCC與LEU間通信校驗的故障注入與解除，驗證TCC主機(jī)在通信校驗的故障-安全準(zhǔn)確性。

（2）TCC與LEU間通信應(yīng)用數(shù)據(jù)測試。

圖6 TCC接口平臺用戶界面

利用TCC接口平臺通過CANA和CANB通道向LEU發(fā)送錯誤的應(yīng)答器報文數(shù)據(jù)長度包、錯誤的應(yīng)答器報文數(shù)據(jù)幀序號包和錯誤的應(yīng)答器報文CRC校驗包后，TCC主機(jī)不能和LEU建立通信，監(jiān)測維護(hù)機(jī)TCC與LEU通信中斷故障報警，LEU向有源應(yīng)答器發(fā)送應(yīng)答器默認(rèn)報文。當(dāng)TCC接口平臺發(fā)送正確的應(yīng)答器報文數(shù)據(jù)長度包、正確的應(yīng)答器報文數(shù)據(jù)幀序號包和正確的應(yīng)答器報文CRC校驗包后，TCC主機(jī)和LEU建立通信，監(jiān)測維護(hù)機(jī)TCC與LEU通信中斷故障報警解除，LEU向有源應(yīng)答器發(fā)送正常有源應(yīng)答器報文。通過TCC接口平臺對TCC與LEU間通信數(shù)據(jù)的故障注入與解除，驗證TCC主機(jī)在通信數(shù)據(jù)的故障-安全準(zhǔn)確性。

同樣，在對TCC-軌道電路和TCC-PIO間的接口測試過程中，通過TCC接口平臺驗證TCC主機(jī)發(fā)送通信數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)的故障-安全設(shè)計也得到很好的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了TCC接口平臺的總體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了接口平臺的功能，解決了TCC主機(jī)與各模塊間的通信困難，通過接口平臺將列控中心接入到CTCS-3級列控系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺中進(jìn)行仿真測試，同時對TCC與各模塊接口間增加了故障注入功能，有效地驗證了列控中心對故障的正確處理，為TCC系統(tǒng)的安全性以及交付使用提供一定技術(shù)支持和保障。

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