夏齊林 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海高鐵維修段

高鐵車(chē)站列控中心TCC是高速鐵路列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，對(duì)外要與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI、鄰站列控中心、臨時(shí)限速服務(wù)器TSRS、調(diào)度集中CTC和集中監(jiān)測(cè)CSM設(shè)備連接，對(duì)內(nèi)要與ZPW-2000軌道電路、軌旁電子單元LEU和輸入輸出接口連接，接口電路異常復(fù)雜，合理選用通信方式和分配通信資源是車(chē)站列控中心設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件。

1 高鐵車(chē)站列控中心接口簡(jiǎn)介

高鐵車(chē)站列控中心為了指揮動(dòng)車(chē)組列車(chē)運(yùn)行，需要與眾多的內(nèi)、外部設(shè)備進(jìn)行通信連接，接口非常復(fù)雜，如圖1所示。

圖1 高鐵車(chē)站列控中心接口連接示意圖

（1）車(chē)站列控中心通過(guò)R接口與集中監(jiān)測(cè)設(shè)備連接，接口類(lèi)型是以太網(wǎng)、非安全通信接口。

（2）車(chē)站列控中心通過(guò)T接口與ZPW-2000軌道電路連接，接口類(lèi)型是CAN總線、安全通信接口。

（3）車(chē)站列控中心通過(guò)V接口與區(qū)間信號(hào)機(jī)、軌道電路方向繼電器、軌道繼電器、災(zāi)害防護(hù)繼電器燈等輸入輸出接口，接口類(lèi)型是開(kāi)關(guān)量、安全接口，通過(guò)PIO板實(shí)現(xiàn)采集、驅(qū)動(dòng)。

（4）車(chē)站列控中心通過(guò)S接口與軌旁電子單元LEU通信，接口類(lèi)型是RS422或以太網(wǎng)、安全通信接口。

（5）車(chē)站列控中心通過(guò)P接口與CTC站機(jī)通信，接口類(lèi)型是RS422、安全通信接口。

（6）車(chē)站列控中心與聯(lián)鎖CBI、臨時(shí)限速服務(wù)器TSRS、鄰站TCC的U、Q、Y接口，為外部通信接口，通過(guò)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行連接，接口類(lèi)型是工業(yè)以太網(wǎng)，安全通信接口。

2 高鐵車(chē)站列控中心接口電路原理與分析

高鐵車(chē)站列控中心TCC接口電路主要分為兩大類(lèi)，第一類(lèi)接口是高鐵車(chē)站列控中心A、B機(jī)與自身管轄的ZPW-2000軌道電路、軌旁電子單元LEU和輸入輸出PIO之間的接口（如圖2所示）。

圖2 高鐵車(chē)站列控中心通訊機(jī)籠通信接口

其中與ZPW-2000軌道電路的接口是通過(guò)CANA、CANB總線與通信接口單元連接，再通過(guò)CAND、CANE總線與ZPW-2000移頻柜連接，兩級(jí)CAN通信均采用安全冗余雙通道連接；與軌旁電子單元LEU的接口是通過(guò)CANA、CANB總線與通信接口單元連接，再通過(guò)RS422與LEU交叉互聯(lián)；與輸入輸出PIO接口的連接，通過(guò)PIO板實(shí)現(xiàn)各類(lèi)開(kāi)關(guān)量的采集和相關(guān)繼電器的驅(qū)動(dòng)功能。第二類(lèi)接口是高鐵車(chē)站列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI、臨時(shí)限速服務(wù)器TSRS、鄰站TCC和CTC站機(jī)的接口，其中與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI、臨時(shí)限速服務(wù)器TSRS、鄰站TCC的接口都是通過(guò)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的，安全數(shù)據(jù)網(wǎng)采用雙網(wǎng)冗余100Base-T工業(yè)以太網(wǎng)、RJ45標(biāo)準(zhǔn)接口，采用RSSP-I安全通信協(xié)議，200 ms至500 ms固定周期交互數(shù)據(jù)，安全性、實(shí)時(shí)性和可靠性較高；而與CTC站機(jī)的接口并沒(méi)有采用安全數(shù)據(jù)網(wǎng)，而是通過(guò)CANA、CANB總線與通信接口單元連接，再通過(guò)RS422與CTC-A、B機(jī)交叉互聯(lián)。由上可見(jiàn)CAN總線在高鐵車(chē)站列控中心接口電路中的重要性。CAN總線最初由博世公司于1987年開(kāi)發(fā)，1993年成為標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于汽車(chē)控制。CAN總線通信因具有準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和可靠性的優(yōu)點(diǎn)，所以高鐵車(chē)站列控中心選用CAN總線用于列控A、B機(jī)與通信接口單元、通信接口單元與ZPW-2000軌道電路的安全通信。但其也存在不一致性、不可預(yù)測(cè)性和信道出錯(cuò)堵塞等漏洞。

（1）不一致性

CAN總線由于空間干擾、電源波動(dòng)等原因，對(duì)于信息幀的倒數(shù)第二位，一部分節(jié)點(diǎn)A認(rèn)為無(wú)錯(cuò)，而另一部分節(jié)點(diǎn)B認(rèn)為有錯(cuò)。這時(shí)，節(jié)點(diǎn)B就會(huì)通知發(fā)送器重發(fā)，同時(shí)丟棄收到的幀；而節(jié)點(diǎn)A就會(huì)接收此幀，控制系統(tǒng)就可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。高鐵車(chē)站列控系統(tǒng)的CAN通信采用了雙通道冗余技術(shù)較好地解決了“不一致性”這一問(wèn)題。

（2）不可預(yù)測(cè)性

CAN總線節(jié)點(diǎn)有Error Active、Error Passive和 Bus Off三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換。首先，節(jié)點(diǎn)由最高優(yōu)先權(quán)的信息和其他信息共用，其他信息在傳送過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤會(huì)影響到節(jié)點(diǎn)狀態(tài)；其次，進(jìn)入Error Passive或 Bus Off狀態(tài)的條件是發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器或接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的值，由于CAN的原子廣播特點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯(cuò)誤或接收錯(cuò)誤會(huì)開(kāi)啟一個(gè)錯(cuò)誤幀，從而影響到該節(jié)點(diǎn)的接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的值，進(jìn)而影響節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

（3）信道出錯(cuò)堵塞

CAN總線節(jié)點(diǎn)有可能受干擾或其它原因暫時(shí)或永久失效，出錯(cuò)的主機(jī)會(huì)命令CAN收發(fā)器不斷發(fā)送消息。由于該信息的格式等均合法，因此CAN沒(méi)有相應(yīng)的機(jī)制來(lái)處理這種情況。根據(jù)CAN的優(yōu)先權(quán)機(jī)制，比它優(yōu)先權(quán)低的信息就被暫時(shí)或永久堵塞。

由以上高鐵車(chē)站列控中心接口原理分析可以看出，車(chē)站列控中心A、B機(jī)與通信接口的單元的CANA、CANB通信由于要同時(shí)承擔(dān)與管轄ZPW-2000軌道電路、LUE和CTC站機(jī)的通信，隨著站場(chǎng)規(guī)模的增大，CAN通信數(shù)據(jù)量的急劇增加，CAN通信的不可預(yù)測(cè)性和信道出錯(cuò)堵塞缺陷發(fā)生的概率就會(huì)顯著增大。同時(shí)CTC站機(jī)與車(chē)站列控中心屬于兩個(gè)不同的系統(tǒng)，不易通過(guò)CAN總線連接，否則CAN總線一旦發(fā)生故障，影響范圍就會(huì)超出車(chē)站列控中心的管轄范圍，就會(huì)給正常的運(yùn)輸秩序帶來(lái)極大的干擾。

3 高鐵車(chē)站列控中心與CTC站機(jī)接口改進(jìn)措施

由圖1可知，由于CTC站機(jī)同時(shí)與車(chē)站列控中心和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖有連接接口，能否取消車(chē)站列控中心與CTC站機(jī)的P接口，利用既有車(chē)站列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的U、Q接口來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)站列控中心與CTC站機(jī)信息傳輸功能呢？從理論上講是可以實(shí)現(xiàn)的。

（1）列控中心通過(guò)U、Q接口向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖傳輸信息。

①閉塞分區(qū)狀態(tài)；

②區(qū)間方向信息；

③災(zāi)害防護(hù)信息；

④改方信息；

⑤信號(hào)降級(jí)命令。

（2）列控中心通過(guò)P接口向CTC站機(jī)傳送信息。

①管轄范圍內(nèi)的閉塞分區(qū)狀態(tài)；

②區(qū)間信號(hào)機(jī)狀態(tài)；

③區(qū)間方向；

④設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。

其中第①、③項(xiàng)信息列控中心已經(jīng)通過(guò)U、Q接口向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖傳輸，第②、④信息列控中心通過(guò)U、Q接口沒(méi)有向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖傳輸，但是可以將這兩項(xiàng)信息附加在TCC發(fā)送數(shù)據(jù)包的預(yù)留信息區(qū)內(nèi)進(jìn)行傳輸。由此可見(jiàn)，取消車(chē)站列控中心與CTC站機(jī)的P接口，把原車(chē)站列控中心需要傳輸CTC站機(jī)的數(shù)據(jù)，可以改由車(chē)站列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的U、Q接口傳輸，再由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖傳輸CTC站機(jī)，如圖3所示。

圖3 高鐵車(chē)站列控中心接口連接示意圖

車(chē)站列控中心與CTC接口的改進(jìn)可以減輕了車(chē)站列控中心A、B機(jī)與通信接口的單元的CANA、CANB的通信負(fù)擔(dān)，可以有效降低不可預(yù)測(cè)性和信道出錯(cuò)堵塞缺陷發(fā)生的概率；其次，可以將CAN通信故障的影響范圍控制車(chē)站列控中心管轄范圍之內(nèi)。最后，取消車(chē)站列控中心與CTC站機(jī)的P接口，可以取消車(chē)站列控中心通信接口單元中的CI-GS板和CTC自律機(jī)對(duì)應(yīng)的COM板，能夠節(jié)約設(shè)備成本、降低硬件故障率。