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        高鐵車站列控中心接口原理分析及改進(jìn)措施

        2018-07-23 06:33:38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
        上海鐵道增刊 2018年2期
        關(guān)鍵詞:列控軌道電路總線

        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

        高鐵車站列控中心TCC是高速鐵路列車運(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 高鐵車站列控中心接口簡(jiǎn)介

        高鐵車站列控中心為了指揮動(dòng)車組列車運(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 高鐵車站列控中心接口連接示意圖

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

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

        (3)車站列控中心通過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,接口類型是開關(guān)量、安全接口,通過PIO板實(shí)現(xiàn)采集、驅(qū)動(dòng)。

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

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

        (6)車站列控中心與聯(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,通過安全數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行連接,接口類型是工業(yè)以太網(wǎng),安全通信接口。

        2 高鐵車站列控中心接口電路原理與分析

        高鐵車站列控中心TCC接口電路主要分為兩大類,第一類接口是高鐵車站列控中心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CANA、CANB總線與通信接口單元連接,再通過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CANA、CANB總線與通信接口單元連接,再通過RS422與LEU交叉互聯(lián);與輸入輸出PIO接口的連接,通過PIO板實(shí)現(xiàn)各類開關(guān)量的采集和相關(guān)繼電器的驅(qū)動(dòng)功能。第二類接口是高鐵車站列控中心與計(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)的接口并沒有采用安全數(shù)據(jù)網(wǎng),而是通過CANA、CANB總線與通信接口單元連接,再通過RS422與CTC-A、B機(jī)交叉互聯(lián)。由上可見CAN總線在高鐵車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年開發(fā),1993年成為標(biāo)準(zhǔn),主要應(yīng)用于汽車控制。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沒有相應(yīng)的機(jī)制來處理這種情況。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。

        由以上高鐵車站列控中心接口原理分析可以看出,車站列控中心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)與車站列控中心屬于兩個(gè)不同的系統(tǒng),不易通過CAN總線連接,否則CAN總線一旦發(fā)生故障,影響范圍就會(huì)超出車站列控中心的管轄范圍,就會(huì)給正常的運(yùn)輸秩序帶來極大的干擾。

        3 高鐵車站列控中心與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)與車站列控中心和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖有連接接口,能否取消車站列控中心與CTC站機(jī)的P接口,利用既有車站列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的U、Q接口來實(shí)現(xiàn)車站列控中心與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U、Q接口沒有向計(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,取消車站列控中心與CTC站機(jī)的P接口,把原車站列控中心需要傳輸CTC站機(jī)的數(shù)據(jù),可以改由車站列控中心與計(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 高鐵車站列控中心接口連接示意圖

        車站列控中心與CTC接口的改進(jìn)可以減輕了車站列控中心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站列控中心管轄范圍之內(nèi)。最后,取消車站列控中心與CTC站機(jī)的P接口,可以取消車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。

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