LonWorks電力載波重聯(lián)通信裝置

楊哲　陳秋娟　謝小婷　 張東方

摘? ?要：由于目前機車各種重聯(lián)方式均存在不同程度的不足，研制了一種基于電力載波的重聯(lián)通信裝置，介紹了電力載波重聯(lián)通信在機車重聯(lián)中的運用方法。對LonWorks電力載波重聯(lián)通信裝置主要器件及性能參數(shù)、接口電路、裝置結(jié)構(gòu)進行了說明。重點介紹了電力載波軟件握手與同步控制策略，各狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件及其處理，并對電力載波重聯(lián)通信裝置進行了功能測試。測試結(jié)果表明，該裝置可在DC74V電力線路上進行電力載波通信收發(fā)，載波線路電壓波動不影響裝置的正常工作。該裝置使用安裝方便，具備電力載波重聯(lián)通信的推廣運用的條件。

關(guān)鍵詞：重聯(lián)? 電力載波? LonWorks? PL3150

中圖分類號：TN913.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（c）-0146-03

機車運用過程中，為加大單次運量，運行可靠性等要求，需要將多列機車重聯(lián)編組運用，以提高運力、節(jié)約運營成本。重聯(lián)編組中的列車，為保證其安全、高效、自動地完成作業(yè)任務(wù)，要求機車通過重聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，共享列車狀態(tài)及控制信息，以保障列車安全有序地運行。目前機車重聯(lián)通信方式有有線專用網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)、硬線重聯(lián)、混合重聯(lián)等多種方式。專用網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)傳輸信息量大，通信復雜度高，但是對通信設(shè)備、線纜和連接器參數(shù)要求高，價格昂貴，后期維護難度較大;硬線重聯(lián)簡單可靠，價格便宜，但傳輸數(shù)據(jù)量小，通常需要設(shè)置非常多的重聯(lián)硬線，因線路復雜，所以成本較高，維護困難;混合重聯(lián)線傳輸數(shù)據(jù)量大，可靠性高，但線路復雜，價格昂貴，維護困難。因此，需要開發(fā)一種新的重聯(lián)通信方式及設(shè)備，解決造價、通信數(shù)據(jù)量，維護兼顧的問題。

1? 電力載波重聯(lián)通信

電力載波通信是利用電力線傳輸數(shù)字載波信號的通信方式。目前已廣泛應(yīng)用于智能遠程抄表，樓宇自動化，智能家居等領(lǐng)域。采用電力載波通信技術(shù)完成列車重聯(lián)通信，可復用列車的重聯(lián)硬線，作為載波通信物理介質(zhì)，簡化機車布線設(shè)計，實現(xiàn)重聯(lián)復雜通信的同時，減少機車線路，降低生產(chǎn)和維護成本。

電力載波重聯(lián)通信裝置在車上與機車整車網(wǎng)絡(luò)（或列車控制裝置）連接進行數(shù)據(jù)交互。在車下與列車重聯(lián)硬線相連并連接他車的重聯(lián)通信裝置進行電力載波通信數(shù)據(jù)交互。從而實現(xiàn)重聯(lián)列車之間的數(shù)據(jù)交互功能。

2? 關(guān)鍵器件、電路及裝置結(jié)構(gòu)介紹

2.1 電力線智能收發(fā)器 PL3150

PL3150芯片是Echelon公司研發(fā)的新一代電力線智能收發(fā)器。該收發(fā)器具有窄帶脈沖處理，雙載波頻率，前向糾錯，碰撞檢測等技術(shù)。該芯片內(nèi)置2K*8bit RAM，需外擴Flash作為程序存儲器。具備12路可配置IO引腳，用于擴展外圍設(shè)備（如指示燈，看門狗等）。該芯片供電電壓等級為DC5V，IO引腳電壓等級為5V。

PL3150在10MHz外部時鐘速率時，可實現(xiàn)132kHz（主頻）和115kHz（副頻）的載波頻率，符合CENELEC C波段標準，對應(yīng)波特率為5.4kbps。

2.2 數(shù)字信號處理器 TMS320F28335PGFA

TMS320F28335PGFA芯片是TI公司研發(fā)的浮點DSP處理器，具有150MHz的高時鐘速率。內(nèi)置256k*16bit Flash，34K*16bit SRAM，可外擴最多（4k+1M+1M）*16位存儲器或相應(yīng)地址空間的外圍設(shè)備。芯片自帶3路SCI接口，2路CAN接口，可方便進行串口通信擴展。具備最多64路GPIO引腳，方便外圍設(shè)備控制與管理。該芯片外圍設(shè)備電壓等級為DC3.3V，內(nèi)核供電電壓等級為DC1.8V-DC1.9V。同時具有XINTF接口，可方便外擴其他通信的子設(shè)備。

2.3 雙口RAM芯片IDT7132

IDT7132LA-25JGI芯片是IDT公司研發(fā)的雙口RAM芯片，具有2k*8bit存儲容量。該芯片在PL3150和TMS320F28335PGFA之間，實現(xiàn)兩個處理器進行數(shù)據(jù)交互的功能。

2.4 電力載波接口電路

電力載波接口電路包含載波耦合電路和信號放大/濾波電路。

耦合電路采用Echelon公司推薦的EXL-165-LT耦合變壓器實現(xiàn)，并設(shè)置有硬件的過流保護和過壓保護。

信號放大/濾波電路采用電阻、電容、三極管等器件實現(xiàn)，發(fā)送時將PL3150生成的波形轉(zhuǎn)換成Vpp7V的正弦信號;接收時將Vpp7V的正弦信號轉(zhuǎn)換成PL3150可識別的模擬波形信號。

PCB設(shè)計方面，接口電路設(shè)置有特殊的熱耦合設(shè)計，防止惡劣溫度下信號產(chǎn)生失真。

2.5 裝置結(jié)構(gòu)

裝置采用全鋁合金封閉式結(jié)構(gòu)，對外電氣結(jié)構(gòu)采用DB9連接器和J18型連接器，方便對連接器進行屏蔽處理，以提高裝置的電磁兼容性能。

裝置外殼固定有導熱塊，導熱塊與內(nèi)部板卡上的電源模塊緊密搭接，提供良好的散熱路徑，能將熱量迅速傳遞到外殼上進行散熱。同時，裝置兩側(cè)開有散熱孔，方便空氣回流散熱。

內(nèi)部電路板設(shè)計為單獨一塊，使用支撐住抬高，方便安裝和拆卸。對外連接器固定到前面板上，防止線纜應(yīng)力損傷。前面板設(shè)置8個LED人機接口，方便檢查模塊運行狀態(tài)。

3? 電力載波軟件

為提高重聯(lián)通信設(shè)備的通用性、互換性要求，可采用通用重聯(lián)通信控制策略。該通信控制策略，滿足自動讀取重聯(lián)編組列車的數(shù)量、車型、車號等信息，同時該策略需滿足實時偵測功能，對任意時刻加入或移除列車后的重聯(lián)列車編組進行重新自動匹配。該控制策略如下：