淺談通信接口技術(shù)在軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

李國(guó)政

(呼和浩特市機(jī)械工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

隨著軌道列車運(yùn)行時(shí)速不斷提升，我國(guó)軌道交通發(fā)展技術(shù)已經(jīng)朝著網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、數(shù)字化的方向發(fā)展。在保障軌道列車安全、高速、正點(diǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，需要建設(shè)一套集設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備診斷與維護(hù)、供生產(chǎn)決策和輔助運(yùn)營(yíng)管理等功能于一體的綜合化的、智能化的信息技術(shù)平臺(tái)，以提高整個(gè)軌道交通線路的運(yùn)營(yíng)安全和管理效率。軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)接口技術(shù)采用了標(biāo)準(zhǔn)串口(RS-232、RS-485、RS-422)技術(shù)、CAN總線技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)，使其成為整個(gè)軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的前提條件與可靠保障。

1 標(biāo)準(zhǔn)串口(RS-232、RS-485、RS-422)技術(shù)

RS-232是Recommeded Standard的縮寫，其表示推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)準(zhǔn)的識(shí)別號(hào)。RS-232采用串行接口通信技術(shù)，1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通信的標(biāo)準(zhǔn)，并采用二進(jìn)制進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)RS-232采用DB-9方式進(jìn)行連接，通過(guò)3條數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行全雙工通信，其中針腳的定義，2為RXD接收數(shù)據(jù)，3為TXD發(fā)送數(shù)據(jù)，5為SGND信號(hào)地線。RS-232串口通信接線有2種方式：①直連接法，即2對(duì)2、3對(duì)3、5對(duì)5；②交叉接法，即2對(duì)3、3對(duì)2、5對(duì)5。這兩種不同的接法，第一種直連接法用于電腦與設(shè)備的通信設(shè)置，第二種交叉接法用于設(shè)備與設(shè)備的通信設(shè)置。在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，以CASCO的CSM系統(tǒng)為例，其用于處理采集模塊數(shù)據(jù)的通信分機(jī)使用RS-232口進(jìn)行總分機(jī)各端口參數(shù)的配置，并采用直連接法使電腦與通信分機(jī)進(jìn)行通信，以進(jìn)行各端口采集模塊的通信匹配。

RS-485是一個(gè)定義平衡數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)RS-485也采用DB-9方式進(jìn)行連接，通過(guò)屏蔽雙絞線的2條數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行半雙工通信，其中針腳的定義，1為RXD接收數(shù)據(jù)，2為TXD發(fā)送數(shù)據(jù)，連接另一端分別對(duì)應(yīng)“A”“B”端。RS-485通信接口技術(shù)采用總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)分散式模塊，采用通信接口分機(jī)作為主機(jī)，主機(jī)通過(guò)RS-485的通信技術(shù)，在一個(gè)通信接口分機(jī)中設(shè)置了8個(gè)RS-485端口，每個(gè)RS-485通信接口可以掛接20個(gè)采集模塊，實(shí)現(xiàn)了主從式的通信方式，其中通信接口分機(jī)采用DIB-9方式連接，模塊端對(duì)應(yīng)“A”“B”端子。在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，采用RS-485方式進(jìn)行采集的設(shè)備有外電網(wǎng)、25Hz軌道電路、轉(zhuǎn)轍機(jī)、列車信號(hào)機(jī)等，通過(guò)獨(dú)立模塊、獨(dú)立地址編碼、獨(dú)立供電的方式，以20個(gè)獨(dú)立模塊為一組進(jìn)行采集并以RS-485的通信接口方式與通信主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

RS-422采用DB-9方式進(jìn)行連接，通過(guò)4條數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行全雙工通信，其中針腳的定義，一端1為TXD發(fā)送數(shù)據(jù)+，2為TXD發(fā)送數(shù)據(jù)-，3為RXD接收數(shù)據(jù)+，4為RXD接收數(shù)據(jù)-；另一端1為RXD接收數(shù)據(jù)-，2為RXD接收數(shù)據(jù)+，3為TXD發(fā)送數(shù)據(jù)-，4為TXD發(fā)送數(shù)據(jù)+。在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，集中監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)RS-422通信接口方式與微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)維護(hù)機(jī)、TDCS系統(tǒng)、智能燈絲報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行連接。

2 CAN總線技術(shù)

CAN是Controller Area Network的縮寫，是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)CAN總線技術(shù)也采用DB-9方式進(jìn)行連接，通過(guò)屏蔽雙絞線的2條數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行通信，其中針腳的定義，2為CAN高，7為CAN低。在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，集中監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)CAN總線通信接口方式與信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合采集層、軌道采集層、道岔開(kāi)關(guān)量采集層、環(huán)境監(jiān)測(cè)采集層進(jìn)行連接并通信。在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用CAN總線技術(shù)有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性，并有較高的可靠性。

3 以太網(wǎng)技術(shù)

以太網(wǎng)是采用計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、路由器等設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)形成的局域網(wǎng)技術(shù)，其在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)中是應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)?，F(xiàn)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以太網(wǎng)采用超五類非屏蔽雙絞線方式進(jìn)行連接，通過(guò)超五類非屏蔽雙絞線8條數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行全雙工通信，在網(wǎng)絡(luò)連接中，對(duì)于設(shè)備與設(shè)備間采用平行網(wǎng)線的連接方式，即兩端為：橙白-1，橙-2，綠白-3，藍(lán)-4，藍(lán)白-5，綠-6，棕白-7，棕-8。在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，集中監(jiān)測(cè)主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)與ZPW2000維護(hù)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行連接，并通過(guò)兩站間的同軸電纜組成站間局域網(wǎng)。

在局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)丟包、網(wǎng)絡(luò)中斷等情況，對(duì)于維護(hù)技術(shù)人員能夠如何第一時(shí)間查出問(wèn)題并及時(shí)處理是現(xiàn)場(chǎng)亟待解決的。為此，學(xué)習(xí)基本的DOS常用網(wǎng)絡(luò)命令，在軌道交通微機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的施工與維護(hù)中可發(fā)揮重要的作用。常用的DOS網(wǎng)絡(luò)命令有：①ping命令，可測(cè)試以太網(wǎng)的物理網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)與丟包情況；②ipconfig命令，可查看使用網(wǎng)卡的IP地址、子網(wǎng)掩碼和缺省網(wǎng)關(guān)值的設(shè)置情況；③tracert命令，可跟蹤網(wǎng)絡(luò)連接情況。

4 通信接口技術(shù)在軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)機(jī)械室內(nèi)信號(hào)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量、模擬量進(jìn)行著實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)處理與存儲(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)測(cè)量與故障分析，基于通信接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)設(shè)備維護(hù)管理的自動(dòng)化與現(xiàn)代化，并朝著智能化的方向逐步發(fā)展。在車站的信號(hào)機(jī)械室機(jī)房?jī)?nèi)，軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)、采集分機(jī)、采集模塊、通信接口分機(jī)以及CAN卡與摩莎卡等設(shè)備組成。計(jì)算機(jī)主板通過(guò)擴(kuò)展插接CAN卡可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)主機(jī)與各采集分機(jī)的CAN數(shù)據(jù)通信，其中采集分機(jī)的種類有：道岔采集層、綜合采集層等。計(jì)算機(jī)主板同時(shí)通過(guò)擴(kuò)展插接摩莎卡可接收RS-485和RS-422的數(shù)據(jù)通信，其中列控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用RS-422接口、CTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用RS-422接口、列車信號(hào)機(jī)燈絲報(bào)警的數(shù)據(jù)傳輸采用RS-422接口、微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用RS-422接口、智能電源屏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用RS-485接口，每塊摩莎卡可實(shí)現(xiàn)4個(gè)RS-485或RS-422接口的設(shè)置，若車站接口較多，可插接2塊摩莎卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。計(jì)算機(jī)的RJ-45接口通過(guò)超五類非屏蔽雙絞線與交換機(jī)相連，可與通信接口分機(jī)進(jìn)行通信。通過(guò)通信接口分機(jī)的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)設(shè)備外電網(wǎng)電壓、電流、頻率、相位角的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了25Hz軌道電路的電壓、相位角的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作功率曲線的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了移頻接收設(shè)備、發(fā)送設(shè)備的頻率等信息的采集。

計(jì)算機(jī)通過(guò)本站路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了本站局域網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)組網(wǎng)，通過(guò)通信機(jī)房的2M同軸電纜實(shí)現(xiàn)車站與車站的組網(wǎng)，將整條線路的車站進(jìn)行互聯(lián)互通，通過(guò)中心路由器可實(shí)現(xiàn)管理單位的遠(yuǎn)程連接，各車站的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、歷史數(shù)據(jù)均可進(jìn)行調(diào)閱查看。因此，軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，也朝著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的方向不斷發(fā)展。

對(duì)于維護(hù)技術(shù)人員，面對(duì)種類繁多的采集模塊、通信接口，當(dāng)發(fā)生某個(gè)模塊故障、通信接口異常時(shí)，能夠如何第一時(shí)間查出問(wèn)題并及時(shí)處理是現(xiàn)場(chǎng)亟待解決的。為此，在計(jì)算機(jī)操作軟件界面，經(jīng)常在進(jìn)行調(diào)閱分析時(shí)需時(shí)常單擊右鍵查看通信狀態(tài)，在調(diào)出的通信狀態(tài)窗口可查看到CAN分機(jī)通信狀態(tài)、通信接口分機(jī)中各模塊連接狀態(tài)、串口通信狀態(tài)、站內(nèi)系統(tǒng)通信狀態(tài)。在通信狀態(tài)圖中，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障引起連接中斷時(shí)，連接拓?fù)鋱D相應(yīng)連接線會(huì)變成紅色，可提醒維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將信號(hào)系統(tǒng)中的道岔、軌道電路、信號(hào)機(jī)、電源屏、微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、ZPW2000系統(tǒng)等多種設(shè)備的采集集中起來(lái)，通信接口技術(shù)的可靠與否對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。對(duì)于軌道交通信號(hào)微機(jī)監(jiān)測(cè)維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，只有將網(wǎng)絡(luò)、軌道交通信號(hào)、通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)熟練運(yùn)用，在設(shè)備故障處置中方可發(fā)揮重要作用。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，軌道交通高速技術(shù)的不斷普及與應(yīng)用，越來(lái)越多的技術(shù)要求不斷提出，為了切實(shí)保障列車運(yùn)行的安全可靠以及提高運(yùn)輸效率、確保運(yùn)輸準(zhǔn)點(diǎn)的要求，相信更多可靠、高效的接口通信技術(shù)將運(yùn)用在軌道交通發(fā)展中。