基于CAN總線的列控中心子系統(tǒng)的仿真測(cè)試平臺(tái)

朱運(yùn)祥，陳福恩，張 琦

（1.北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100044；2.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

基于CAN總線的列控中心子系統(tǒng)的仿真測(cè)試平臺(tái)

朱運(yùn)祥1，陳福恩1，張 琦2

（1.北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100044；2.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

在軌道電路系統(tǒng)的研發(fā)測(cè)試中，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬高速鐵路列控中心子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與軌道電路子系統(tǒng)之間的安全通信，不僅可以降低ZPW-2000A軌道電路實(shí)體設(shè)備試驗(yàn)的高昂費(fèi)用，縮短試驗(yàn)時(shí)間，而且可以測(cè)試部分子設(shè)備的功能、性能和可靠性，提高開(kāi)發(fā)效率。本文分析了高速鐵路列控中心與軌道電路子系統(tǒng)之間的通信功能，繼而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)算法，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬CTCS-3級(jí)高速鐵路列控中心TCC與ZPW-2000A軌道電路之間的安全通信，開(kāi)發(fā)了基于CAN總線雙濾波模式的列控中心軌道電路子系統(tǒng)的仿真測(cè)試平臺(tái)。

列車(chē)控制中心；ZPW-2000A軌道電路；計(jì)算機(jī)仿真；行車(chē)安全

目前，我國(guó)鐵路自主研發(fā)設(shè)計(jì)的ZPW-2000A型軌道電路在傳輸安全性、傳輸長(zhǎng)度、系統(tǒng)可靠性等方面均達(dá)到了較高水平，并通過(guò)了原鐵道部技術(shù)鑒定，在全路推廣使用[1]。 隨著鐵路新技術(shù)的不斷發(fā)展和引進(jìn)，ZPW-2000A型軌道電路也在不斷地進(jìn)行軟件和硬件的升級(jí)與換代，然而限于鐵路現(xiàn)場(chǎng)的特殊環(huán)境，不可能實(shí)時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)做測(cè)試試驗(yàn)。因此如何利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬高速鐵路列車(chē)控制（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：列控）中心子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與軌道電路子系統(tǒng)之間的安全通信，搭建合適的高速鐵路列控中心軌道電路子系統(tǒng)集成測(cè)試平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下調(diào)試設(shè)備的軟硬件特性與功能，顯得極其重要。

本文基于CAN總線雙濾波模式設(shè)計(jì)了列控中心軌道電路子系統(tǒng)的仿真測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)可用于軌道電路系統(tǒng)發(fā)送器、接收器和軌道電路通信接口板等的開(kāi)發(fā)測(cè)試和聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，提高開(kāi)發(fā)效率，節(jié)約測(cè)試成本。

1 研究現(xiàn)狀

ZPW-2000A型軌道電路是在UM71軌道電路基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種軌道電路制式，其在軌道電路傳輸安全性、傳輸長(zhǎng)度、系統(tǒng)可靠性、可維修性以及提高技術(shù)性能價(jià)格比、降低工程造價(jià)上都有了顯著提高。但是，國(guó)內(nèi)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)ZPW-2000A型無(wú)絕緣軌道電路的仿真測(cè)試系統(tǒng)，僅有幾家大型信號(hào)廠和高校實(shí)驗(yàn)室建有CTCS實(shí)驗(yàn)室。因此，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，建立列控系統(tǒng)與軌道電路接口的各功能仿真模塊，模擬列控中心與軌道電路之間的通信，有助于ZPW-2000A軌道電路軟件及硬件設(shè)備的測(cè)試和評(píng)估，提高開(kāi)發(fā)效率。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

在列控中心軌道電路子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)中，模擬TCC通過(guò)CANAB總線與軌道電路通信盤(pán)連接，軌道電路移頻柜通過(guò)CANDE總線接至通信組匣[2～3]。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

根據(jù)列控中心與軌道電路之間通信接口的功能分析，列控系統(tǒng)軌道電路子系統(tǒng)仿真模塊主要設(shè)計(jì)為：同步數(shù)據(jù)處理模塊、編碼數(shù)據(jù)處理模塊、狀態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K和時(shí)序控制模塊。算法實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊

其中，同步數(shù)據(jù)處理模塊用于模擬列控發(fā)送的同步數(shù)據(jù)，同步數(shù)據(jù)用于系統(tǒng)同步，收集軌道電路的狀態(tài)數(shù)據(jù)。編碼數(shù)據(jù)處理模塊用于傳輸控制發(fā)送器輸出信號(hào)的編碼命令，即載頻編碼數(shù)據(jù)和低頻編碼數(shù)據(jù)。狀態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊用于處理由軌道電路接收器產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)用于表示軌道區(qū)段當(dāng)前的狀態(tài)，并作為下一周期編碼計(jì)算的依據(jù)，圖3所示為編碼數(shù)據(jù)模塊軟件流程圖[4～5]。

圖3 編碼數(shù)據(jù)處理模塊軟件流程圖

2.2 CAN總線驗(yàn)收濾波設(shè)計(jì)

仿真列控中心軌道電路子系統(tǒng)通過(guò)CAN總線與軌道電路通信盤(pán)連接，CAN總線數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。在CAN 總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，濾波器的設(shè)置起著非常重要的作用，濾波器設(shè)置的好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。CAN 控制器主要包括接口管理邏輯、CAN 核心模塊、發(fā)送緩沖器、驗(yàn)收濾波器、接收FIFO 等，如圖4所示[6]。

濾波器濾波方式有單濾波和雙濾波兩種，此處模擬列控中心與通信盤(pán)之間的通信速率設(shè)置為1 Mbps，接收濾波方式采用雙濾波方式?？偩€通信采用分時(shí)間片，主從式同步傳送方式，主節(jié)點(diǎn)為模擬TCC，從節(jié)點(diǎn)為軌道移頻柜。只允許由主節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)或到從節(jié)點(diǎn)，或由從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)部分，不允許從節(jié)點(diǎn)之間互相傳送信息。其中，主節(jié)點(diǎn)ACR0.7～ACR0.6 = 10 bit，AMR0.7～AMR0.6 = 01 bit，用來(lái)判斷數(shù)據(jù)流向。

圖4 CAN控制器結(jié)構(gòu)圖

3 仿真系統(tǒng)測(cè)試及分析

按圖1所示搭建測(cè)試環(huán)境，仿真列控軌道電路子系統(tǒng)TCC通過(guò)USBCAN2A的兩路CAN連接至通信組匣的CANAB，柜2槽0、1位置放置1對(duì)冗余通信接口板AB，通信組匣外接24VDC電源，CAN3、CAN4外接至移頻柜CANDE，CANC接至軌道電路狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)。利用USBCAN2A測(cè)試盒，記錄分析CAN總線上的數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 測(cè)試案例及結(jié)果分析

分析表1中測(cè)試結(jié)果，USBCAN2A所測(cè)CAN總線上的測(cè)試數(shù)據(jù)，能滿(mǎn)足軌道電路與列控中心之間的通信協(xié)議，基于CAN總線的列控中心子系統(tǒng)的仿真測(cè)試平臺(tái)可以完成列控中心軌道電路子系統(tǒng)的通信功能，且性能可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

該方案在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬CTCS-3級(jí)列控中心TCC與ZPW-2000A軌道電路之間的通信，開(kāi)發(fā)了基于CAN總線雙濾波模式的列控中心軌道電路子系統(tǒng)的仿真測(cè)試平臺(tái)?？捎糜赯PW-2000A軌道電路的發(fā)送器、接收器等設(shè)備的功能測(cè)試、性能測(cè)試以及和軌道電路監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試，極大地節(jié)約了軟件及硬件設(shè)備的測(cè)試成本，對(duì)于軌道電路設(shè)備的軟件和硬件升級(jí)等具有重要意義。目前仿真測(cè)試平臺(tái)的通信數(shù)據(jù)幀仍然需要逐幀分析所測(cè)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)分析方面效率較低，下一步將開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，提高通信數(shù)據(jù)分析的能力，以便將計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)仿真和數(shù)據(jù)分析方面的優(yōu)勢(shì)更好地應(yīng)用到測(cè)試平臺(tái)的開(kāi)發(fā)中。

[1]邸洪濤.關(guān)于客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的探討[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007， 16（5）：21-22.

[2]趙懷東. ZPW-2000A型自動(dòng)閉塞設(shè)備安裝與維護(hù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3]崔瑩瑩. CTCS3級(jí)列控系統(tǒng)仿真測(cè)試平臺(tái)一軌旁設(shè)備仿真列車(chē)群模擬器的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2006.

[4]郭克新.Visual c++代碼參考與技巧大全[M]北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[5]張?bào)蘩?，劉?shū)智.Visual CH實(shí)踐與提高：串口通信與工程應(yīng)用篇[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006.

[6]董庭瓊，劉志浩，邵亞軍.CAN總線驗(yàn)收濾波器設(shè)置方法研究[J].科技視界，2012（27）：72-74.

責(zé)任編輯 陳 蓉

Simulation platform for train control center based on CAN bus

ZHU Yunxiang1, CHEN Fuen1, ZHANG Qi2
( 1.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2.Beijing National Railway Research &Design Institute of Signal &Communication Ltd., Beijing 100073, China )

This simulation test platform was mainly used for the development of new track circuit system devices, which not only could greatly reduce the exorbitant test costs, improve the development eff i ciency, but also take the experiment of the subsystems about function, performance and reliability. This paper analyzed the communication between the train control center and track circuit subsystems, and then implemented the design algorithms, simulated secure communication between CTCS-3 train control center TCC and ZPW-2000A track circuit in a laboratory environment based on the CAN bus dual fi lter mode .

train control center; ZPW-2000A track circuit; computer simulation; train operation safety

U284.482∶TP39

A

1005-8451（2015）05-0044-03

2014-11-01

朱運(yùn)祥，在讀碩士研究生；陳福恩，副教授。