列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖數(shù)字接口通信的研究

王文芳

（蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，碩士研究生，甘肅 蘭州 730070）

我國鐵路信號領(lǐng)域，不同的系統(tǒng)之間大部分采用繼電器接口方式。繼電器接口在技術(shù)上比較成熟且容易實(shí)現(xiàn)，但在繼電接口的系統(tǒng)之間存在著交換信息種類和信息量有限、電氣電路復(fù)雜、配線繁多需要投入大量的電纜和工程造價(jià)高等問題。隨著列車速度的提高，在CTCS2級及以上列控系統(tǒng)中增加了列控中心等新的系統(tǒng)和新的技術(shù)，繼電接口已經(jīng)不適應(yīng)列控中心與調(diào)度集中、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖及微機(jī)監(jiān)測等系統(tǒng)之間信息的交互。為了克服繼電接口的缺點(diǎn)，滿足系統(tǒng)間大信息量傳輸，減少投資，采用數(shù)字接口。數(shù)字接口技術(shù)在通信接口技術(shù)領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用前景，它的使用對列控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用具有重要的意義［1］。

1 通信技術(shù)要求

TCC（列控中心）和CBI（計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖）系統(tǒng)是CTCS的重要信號設(shè)備。車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)道岔、軌道、信號機(jī)之間的聯(lián)鎖控制，把接發(fā)車進(jìn)路的辦理情況告訴地面列控中心，列控中心接收到信息并進(jìn)行處理從而控制車站和區(qū)間軌道電路，并通過軌旁電子單元控制有源應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)地面信息向列車動(dòng)態(tài)傳輸。本文研究的主要內(nèi)容是TCC與CBI間的通信。設(shè)備和通信信道技術(shù)要求及通信指標(biāo)要求如下［2］：

1）TCC與CBI間應(yīng)能實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)陌踩浴CC或CBI對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC安全校驗(yàn)，TCC應(yīng)能夠與不同型號的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通用兼容，采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的通信接口協(xié)議，TCC與CBI間應(yīng)采用RSSP-1（Railway Signal Safety Protocol）安全協(xié)議。

2）設(shè)備與傳輸通道故障時(shí)應(yīng)不影響信息正常傳輸。為保證列車控制的安全性和設(shè)備的冗余性，設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)均按雙套冗余配置，分為主機(jī)和備機(jī)。主機(jī)應(yīng)能向外部設(shè)備的主、備機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，備機(jī)不發(fā)送。主備機(jī)切換時(shí)，應(yīng)能保證切換后發(fā)送數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)要符合“故障-安全”原則，應(yīng)具備診斷與維護(hù)功能，并能實(shí)時(shí)向集中監(jiān)測系統(tǒng)提供監(jiān)測狀態(tài)信息。設(shè)備或通道故障時(shí)能夠向集中監(jiān)測系統(tǒng)提供故障報(bào)警信息。

4）列控中心的IP地址和端口號應(yīng)參照列控系統(tǒng)相關(guān)編號規(guī)則進(jìn)行配置。

5）TCC與CBI間應(yīng)能實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，以300 ms為周期交互數(shù)據(jù)。

6）TCC與CBI通信數(shù)據(jù)的應(yīng)用層信息包的總長固定為40個(gè)字節(jié)，其中幀頭信息占用3個(gè)字節(jié)、信息類型l個(gè)字節(jié)，為數(shù)據(jù)內(nèi)容余留33個(gè)字節(jié)，其中包括預(yù)留字節(jié)，當(dāng)車站規(guī)模較大或者系統(tǒng)升級傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容增加，由預(yù)留字節(jié)填充。

2 接口配置

列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖之間采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接。兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸采用TCP方式，如圖1所示。

圖1 TCC和CBI網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

TCC與CBI的物理接口采用標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口，形成交叉互連的冗余雙通道，通過安全信息網(wǎng)傳遞安全信息。RJ45型網(wǎng)線插頭又稱水晶頭，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間網(wǎng)線的連接。RJ45型插頭和網(wǎng)線有2種連接方法，分別稱作T568A線序和T568B線序。列控中心和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)分別與交換機(jī)相連，應(yīng)采用直連線互連，即網(wǎng)線的兩端均用T568B線序。T568B線序是指RJ45型插頭的8個(gè)引腳插入的網(wǎng)線按“橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕”順序排列。對于10/100Base-T以太網(wǎng)RJ-45各腳功能如下：

1—TX+ 傳輸數(shù)據(jù)正極（發(fā)信號+）；

2—TX- 傳輸數(shù)據(jù)負(fù)極（發(fā)信號-）；

3—RX+ 接收數(shù)據(jù)正極（收信號+）；

4—n/c 未使用（空腳）；

5—n/c 未使用（空腳）；

6—RX- 接受數(shù)據(jù)負(fù)極（收信號-）；

7—n/c 未使用（空腳）；

8—n/c 未使用（空腳）。

RJ45接口采用差分傳輸方式，tx+、tx-是一對雙絞線，擰在一起可以減少干擾。

3 通信信息

3.1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖發(fā)給列控中心的信息 列控中心接收聯(lián)鎖設(shè)備的信息包括接發(fā)車進(jìn)路信息、進(jìn)站信號機(jī)燈絲斷絲信息、發(fā)車請求信息、發(fā)車鎖閉狀態(tài)信息、發(fā)車輔助辦理請求信息、接車輔助辦理請求信息。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)以進(jìn)路號的形式向列控中心傳送接發(fā)車進(jìn)路信息。根據(jù)不同的車站，進(jìn)路信息號分為接車進(jìn)路、通過進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路信息號。

對于接車進(jìn)路，進(jìn)路信息號發(fā)送時(shí)機(jī)為進(jìn)站信號機(jī)開放，當(dāng)進(jìn)站信號機(jī)內(nèi)方首區(qū)段解鎖則停止發(fā)送。

由列控中心判別計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是否建立了通過進(jìn)路，若進(jìn)路建立，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)向列控中心同時(shí)發(fā)送接車進(jìn)路信息號和相應(yīng)的發(fā)車進(jìn)路信息號。

對于發(fā)車進(jìn)路，進(jìn)路鎖閉開始發(fā)送進(jìn)路信息號，進(jìn)路末區(qū)段解鎖則停止發(fā)送。特別是對于正線股道的直股發(fā)車進(jìn)路，發(fā)送時(shí)機(jī)為該股道發(fā)車信號機(jī)的開放，該信號機(jī)關(guān)閉時(shí)，立即停止發(fā)送進(jìn)路信息號［3］。

3.2 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖接收列控中心的信息 列控中心向聯(lián)鎖設(shè)備提供如下信息：進(jìn)站信號機(jī)降級顯示命令、區(qū)間閉塞及方向信息、區(qū)間軌道電路狀態(tài)信息、區(qū)間燈絲斷絲信息。進(jìn)站信號機(jī)降級顯示命令發(fā)送和停止時(shí)機(jī)為：當(dāng)正線發(fā)車區(qū)段或車站離去區(qū)間有限速或者當(dāng)應(yīng)答器與限速起點(diǎn)的距離小于限速目標(biāo)距離，列控中心系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖發(fā)送相應(yīng)進(jìn)站信號降級顯示命令信息。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)收到降級顯示命令后，需要控制該信號機(jī)降級顯示黃燈，直到相應(yīng)的臨時(shí)限速區(qū)取消后，停止發(fā)送該命令。［3］

4 接口通信的實(shí)現(xiàn)

列控中心和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖分別用1臺計(jì)算機(jī)模擬，2臺計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，對于每一臺計(jì)算機(jī)來說都要知道它的通信對象、通信信息和通信規(guī)則（即協(xié)議），在網(wǎng)絡(luò)上通過IP地址來標(biāo)識1臺計(jì)算機(jī)，結(jié)合端口號就可以唯一的確定1臺主機(jī)。主機(jī)A和主機(jī)B是網(wǎng)絡(luò)中的2個(gè)終端，只要主機(jī)A知道主機(jī)B的IP地址和端口號，就可以向主機(jī)B發(fā)送通信請求，主機(jī)B接受請求并按照通信協(xié)議的規(guī)定就可以和主機(jī)A進(jìn)行交互。

這里使用基于TCP（面向連接）的Socket套接字進(jìn)行編程。在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通信的2個(gè)進(jìn)程間相互作用的主要模式是客戶機(jī)/服務(wù)器模式，即客戶端向服務(wù)器主動(dòng)提出請求，服務(wù)器接收到請求后，提供相應(yīng)的服務(wù)［4］。Windows下Socket編程主要包括服務(wù)器端和客戶端。

4.1 服務(wù)器端程序 服務(wù)器端程序流程，如圖2所示。

圖2 服務(wù)器端程序流程圖

加載套接字庫主要用到的函數(shù)是int WSAStart?up（MAKEWORD（2，2），&Ws）。其中 MAKEWORD（2，2）用來獲得要加載的Winsock庫的版本信息。創(chuàng)建套接字函數(shù) ServerSocket=socket（AF_INET，SOCK_STREAM，IPPROTO_TCP）中第1個(gè)參數(shù)指定地址族，第2個(gè)參數(shù)指定Socket類型，第3個(gè)參數(shù)是與特定的地址家族相關(guān)的協(xié)議。當(dāng)socket函數(shù)調(diào)用失敗后返回INVALID_SOCKET。通過bind（Server?Socket，（struct sockaddr*）&LocalAddr，sizeof（Loca?lAddr））函數(shù)將該套接字綁定到本地地址和端口上。其中，第1個(gè)參數(shù)是要綁定的套接字，第2個(gè)該套接字的本地地址信息，第3個(gè)是該地址結(jié)構(gòu)的長度。調(diào)用listen（ServerSocket，10）即可實(shí)現(xiàn)將套接字設(shè)為監(jiān)聽模式。根據(jù)流程圖，下一步進(jìn)入循環(huán)，接受鏈 接 請 求

開始接收信息：

cout<<"接收到客戶信息為："<

4.2 客戶端程序 在列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖組成的系統(tǒng)中，列控中心為服務(wù)器端，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖為客戶端?？蛻舳吮确?wù)器端程序要簡單，下面以計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送發(fā)車請求信息為例說明客戶端的工作原理。首先，打開一個(gè)通信通道并連接到服務(wù)器所在主機(jī)的特定端口，并向服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請求con?nect（CientSocket，（struct sockaddr*）&ServerAddr，sizeof（ServerAddr））。通信協(xié)議中定義1010表示發(fā)車請求繼電器（FQJ）吸起，0101表示該繼電器處于落下狀態(tài)。若現(xiàn)在處于選路過程，則FQJ的值為1010；若進(jìn)路信號開放，則FQJ的值為1010。然后由語 句 GetDlgItem（IDC-SENDTEXT）->GetWindow?Text（str）將 FQJ的值賦給 str，用 send（CientSocket，str.GetBuffer（1），sizeof（str），0）函數(shù)將信息發(fā)送到制定的服務(wù)器端。最后，請求結(jié)束后關(guān)閉通信通道并終止?？蛻舳送瓿尚畔l(fā)送的功能。

作為客戶端，還應(yīng)該能夠接收并顯示服務(wù)器端所發(fā)送的消息。采用異步套接字模式實(shí)現(xiàn)該功能，可以調(diào)用函數(shù)WSAAsyncSelect（）實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)束語

我國在CTCS建設(shè)中成功借鑒ETCS的經(jīng)驗(yàn)，采用統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通用兼容的功能。本文分析列控中心與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖之間交換的數(shù)據(jù)內(nèi)容并結(jié)合鐵道部的相關(guān)規(guī)定制定出適用于本系統(tǒng)的接口協(xié)議，通過編程實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖和列控中心的互聯(lián)互通。

［1］肖鵬，高建強(qiáng)，李遠(yuǎn)剛.CTCS2列控系統(tǒng)中心接口分析［J］.鐵道工程學(xué)報(bào).2007.2

［2］北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院.客專列控中心與聯(lián)鎖接口規(guī)范（V1.0）［S］.北京：北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院.2009.

［3］鐵道部.客運(yùn)專線列控中心技術(shù)規(guī)范V0.6［S］北京：鐵道部.2008.9.

［4］胡小軍，鄧波，高宏偉.Visual C++高級開發(fā)范例解析［M］.北京：電子工業(yè)出版社.2002.1