ATP系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)軟件數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯?/h1>

2010-05-08 09:08:04馬常江

鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)訂閱 2010年2期 收藏

關(guān)鍵詞：德黑蘭字符列車

馬常江

（中國(guó)鐵路通信信號(hào)集團(tuán)公司，北京 100071）

1 德黑蘭地鐵ATP系統(tǒng)的概況和組成

1.1 概況

伊朗德黑蘭地鐵1&2號(hào)線列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)主要采用原瑞典ADtranz公司（現(xiàn)為龐巴迪公司收購(gòu)）于上世紀(jì)80年代末、90年代初研制和生產(chǎn)的ATP自動(dòng)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)在德黑蘭地鐵于2001年正式投入使用。

由于地面接收（發(fā)送）設(shè)備采用數(shù)字式無機(jī)械絕緣軌道電路模式，并根據(jù)線路的具體情況，從軟件上特定了通過本段線路的極限速度，所以從嚴(yán)格意義上講，它只是屬于列車準(zhǔn)移動(dòng)閉塞的模式。同時(shí)此系統(tǒng)設(shè)備本身缺乏對(duì)司機(jī)操作和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)督和記錄，目前在德黑蘭地鐵1&2號(hào)線上所有商業(yè)運(yùn)營(yíng)的51列列車都安裝了此套設(shè)備。

1.2 組成

（1）通信總線：MVB總線已廣泛應(yīng)用于列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，為主-從結(jié)構(gòu)，主機(jī)和從機(jī)都連接于總線之上。

（2）微機(jī)處理單元：主要用來處理列車運(yùn)行所需的各種數(shù)據(jù)，它通過I/O單元和其他模塊進(jìn)行通信，并將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，該模塊也即ATP中央處理單元。

（3）I/O單元：每一個(gè)單元都為總線上的從機(jī)，并擁有各自的微處理器，ATP系統(tǒng)I/O單元結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（4）接收線圈：通過安裝在車頭底部的2個(gè)接收線圈，列車從軌道電路接收信息，經(jīng)過解調(diào)、濾波，送入CTIU。

（5）CTIU模塊：是接收線圈和ATP其他系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的媒介。通過該系統(tǒng)將軌旁信息送入ATP系統(tǒng)，將從軌道電路接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波。如果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，則送入ATP系統(tǒng)。

（6）速度-距離單元（SDU）：主要負(fù)責(zé)向ATP系統(tǒng)提供速度-距離信息。通過通道1和通道2接收速度計(jì)送出的脈沖信號(hào)，判斷兩組信號(hào)是否一致，從而控制列車運(yùn)行。

（7）MFSD單元：德黑蘭地鐵ATP系統(tǒng)在駕駛室內(nèi)包含人-機(jī)接口界面MFSD單元，它由許多微控制器組成，還包括顯示器、距離測(cè)量?jī)x、故障報(bào)警表示器。

實(shí)際上顯示界面由MFSD和TDU構(gòu)成，MFSD主要用來顯示列車速度信息（如列車當(dāng)前速度、最大允許速度、目標(biāo)速度等），當(dāng)ATP系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，列車當(dāng)前速度信息就會(huì)反映到顯示器上。

（8）TDU單元：負(fù)責(zé)ATP系統(tǒng)與駕駛員之間的聯(lián)系。它接受來自ATP系統(tǒng)的故障信息，向駕駛員顯示。

2 ATP系統(tǒng)運(yùn)行模式

德黑蘭地鐵ATP系統(tǒng)有如下3種控制模式。

（1）Yard模式：ATP系統(tǒng)的降級(jí)模式。例如在沒有安裝與之配套的軌道電路區(qū)段，列車就要依靠這種模式來保障運(yùn)行安全。

（2）MCS模式：該模式下ATP系統(tǒng)降級(jí)使用，列車運(yùn)行完全依靠駕駛員人工操作，ATP只監(jiān)督列車的啟動(dòng)和制動(dòng)過程。也就是說ATP系統(tǒng)只監(jiān)控列車速度，當(dāng)列車超速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)制動(dòng)。

（3）FMC模式：該模式下列車所有運(yùn)行完全依靠駕駛員操作。如果ATP系統(tǒng)發(fā)生故障，F(xiàn)MC會(huì)立即啟動(dòng)。

3 ATP系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和維護(hù)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用

德黑蘭地鐵ATC系統(tǒng)依靠ATC-SPY進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù),ATC-SPY檢測(cè)到系統(tǒng)故障，將所需數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于文件數(shù)據(jù)庫以便將來查找和分析。2套不同的車載ATC可以同時(shí)使用1套ATC-SPY軟件進(jìn)行檢測(cè)，該系統(tǒng)通過串行連接與ATC各單元進(jìn)行通信。

3.1 ATC-SPY軟件功能

（1）監(jiān)測(cè)信息可以隨時(shí)記錄并顯示出來。

（2）用戶可以自行選擇監(jiān)測(cè)信息的記錄方式。（3）監(jiān)測(cè)信息可以儲(chǔ)存并通過Excel格式發(fā)送給其他軟件系統(tǒng)。

3.2 ATP系統(tǒng)與ATC-SPY軟件之間的數(shù)據(jù)通信

3.2.1 連接

用戶能夠通過測(cè)試來了解ATC-SPY軟件是如何在ATP系統(tǒng)寄存器內(nèi)部運(yùn)行的，一個(gè)狀態(tài)是列車停在車庫里，另一個(gè)狀態(tài)是列車行駛在正常進(jìn)路中，如圖2所示。

上述結(jié)構(gòu)采用2臺(tái)筆記本連接，其中一臺(tái)安裝ATC-SPY軟件，另一臺(tái)安裝串行監(jiān)測(cè)軟件，從筆記本的串行端口接收數(shù)據(jù)，2臺(tái)電腦通過串行接口進(jìn)行通信。圖2所示為串行監(jiān)視器通過SM1電纜接入另一臺(tái)電腦，這臺(tái)電腦也可以通過SM2電纜連接到同一臺(tái)筆記本上。ATC-SPY軟件在ATP主機(jī)上運(yùn)行發(fā)送通信數(shù)據(jù)，可以同時(shí)傳輸十六進(jìn)制和十進(jìn)制的數(shù)據(jù)，串行電纜用于2臺(tái)電腦之間，通過RS-232的通信連接。

3.2.2 ATP系統(tǒng)和ATC-SPY之間的數(shù)據(jù)交換

ATP系統(tǒng)和ATC-SPY的通信依靠RS-232來完成，那么通信數(shù)據(jù)就要有指定的協(xié)議。因此數(shù)據(jù)必須設(shè)立一個(gè)起始位0和一個(gè)結(jié)束位1，中間的8位用來傳輸數(shù)據(jù)。相反，從串行監(jiān)視器接收的數(shù)據(jù)就不用遵循此協(xié)議。

采用其他協(xié)議進(jìn)行傳輸，內(nèi)容同樣是串行數(shù)據(jù)，這些協(xié)議基于框架消息，分別是面向字符的協(xié)議和面向位的協(xié)議。

3.2.2.1 面向字符的協(xié)議

本協(xié)議基于二進(jìn)制字符ASCII碼，該標(biāo)準(zhǔn)使用7位數(shù)據(jù)，加1位數(shù)據(jù)控制位或數(shù)據(jù)平衡位。該協(xié)議數(shù)據(jù)包括128個(gè)字符，其中95個(gè)用于顯示數(shù)據(jù)，其他是控制字符?？刂谱址脕韨鬏敂?shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)和加減打印頁碼。本協(xié)議中控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖址Q作通信控制字符。從圖3可以清楚看到，每個(gè)字符含有7位碼，每一位用3個(gè)字母表示。在協(xié)議中，信息通過信息通道依照下列格式傳輸：標(biāo)題字段；文本字段；錯(cuò)誤檢測(cè)字段，如圖3所示。

本格式中，2位SYN用來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)性，然后是字符SOH（Start Of Heading）和Header（包含地址和控制信息）。數(shù)據(jù)頭部分以字符ETX結(jié)束，它同時(shí)指向文本字段傳輸?shù)拈_始，文本字段長(zhǎng)短不同，可能包含除了通信控制以外的所有的ASCII碼。

文本字段以ETX結(jié)束，格式的最后是BCC（Block character），用于錯(cuò)誤校驗(yàn)。面向字符的協(xié)議用于鍵盤、打印機(jī)、顯示器與主機(jī)的通信，僅使用字母或數(shù)字形式。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，一般都采用二進(jìn)制信息而非ASCII碼，例如2臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)通信通道相互收發(fā)信息就是這樣。

在本協(xié)議中，存在空閑的比特位是有問題的，因?yàn)槊?位屬于1個(gè)控制字符，如果那樣接收系統(tǒng)就會(huì)出錯(cuò)。舉例來說，如果有1個(gè)8位字符為10000011，接收器會(huì)認(rèn)為是1個(gè)ETX字符，并認(rèn)為已經(jīng)接收完畢。如果一個(gè)信息有不同的長(zhǎng)度或比特位，會(huì)認(rèn)為是專用碼，那么接收器從邏輯上分析就不會(huì)啟動(dòng)接收程序，并且不認(rèn)為這是一條通信控制指令。

在面向字符的協(xié)議中，可以在通信控制指令前面加入1個(gè)DLE（Data Link Escape）字符來進(jìn)行傳輸。在數(shù)據(jù)開始部分加入DLE和SOH 2個(gè)特殊字符，在結(jié)尾部分加上DLE和ETX 2個(gè)字符。這樣如果數(shù)據(jù)中含有DLE字符，也就是將00010000加在數(shù)據(jù)中間，發(fā)送器設(shè)置了另外一個(gè)DLE的話，接收器將在接收所有DLE字符時(shí)報(bào)錯(cuò)，然后檢查下8位數(shù)據(jù)。如果這8位和另一個(gè)DLE字符一樣，接收器就會(huì)認(rèn)為是一個(gè)完整數(shù)據(jù)并接收。需要指出的是，通過增加DLE字符的方法來加強(qiáng)數(shù)據(jù)清晰度并不是十分有用而且很難實(shí)現(xiàn)，因此提出了一種新的協(xié)議，改進(jìn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)那逦?，它就是面向位的協(xié)議。

3.2.2.2 面向位的協(xié)議

在這種協(xié)議中，數(shù)據(jù)通過命名框架特定的格式組織起來，這種框架包括數(shù)據(jù)部分、地址部分、控制和校驗(yàn)部分，其邊界是以8位的標(biāo)志位來設(shè)定。圖4所示為該協(xié)議的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)開始是1個(gè)01111110的8位標(biāo)志位，接下來是地址和控制位，這種結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)本身的長(zhǎng)度和格式可以任意，不受限制。

比較這2種從串行檢測(cè)軟件中接收數(shù)據(jù)的協(xié)議，它們?cè)趥鬏敃r(shí)都存在不足之處，所以不得不選擇第三種方式。

3.2.2.3 兩協(xié)議的比較

在接收數(shù)據(jù)時(shí)，比較串行檢測(cè)軟件和ATCSPY接收的數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論。

ATC-SPY從串行檢測(cè)軟件獲取數(shù)據(jù)，將ATP系統(tǒng)的十六進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制小數(shù)。通信開始前，系統(tǒng)獲取到數(shù)據(jù)或時(shí)間信息，然后將十六進(jìn)制碼轉(zhuǎn)化為帶有前綴的十六個(gè)參數(shù)。前綴分為2部分，靜態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分。在靜態(tài)部分中，設(shè)置1到16列（[00] to [0F]）；在動(dòng)態(tài)部分中，16個(gè)參數(shù)排成一行，數(shù)據(jù)逐行進(jìn)行校驗(yàn)。例如，前綴的第一行是[F0][02]，第二行是[E7]，相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)就由ATC-SPY軟件設(shè)置在前綴和列數(shù)之間，下面的就是數(shù)據(jù)及其通過ATC-SPY軟件生成的十六進(jìn)制數(shù)。

4 結(jié)論

德黑蘭地鐵1&2號(hào)線大部分車輛已經(jīng)運(yùn)營(yíng)10年以上，所配備ATP系統(tǒng)的車載設(shè)備也應(yīng)用很長(zhǎng)時(shí)間，這些設(shè)備由于資金問題，幾乎沒有更新，隨著時(shí)間的推移，所用設(shè)備不斷出現(xiàn)問題。因此有了監(jiān)測(cè)手段和方法，并做到日常的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，這樣對(duì)正常的運(yùn)營(yíng)起著至關(guān)重要的作用。

[1]漢斯，佩爾侖．伊朗德黑蘭地鐵1、2號(hào)線EBI-950及ATP系統(tǒng)．操作手冊(cè)，1998.

[2]勞爾，施亞德．伊朗德黑蘭地鐵1、2號(hào)線EBI-950及ATP系統(tǒng)．維護(hù)手冊(cè)，1998.

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