CTCS-3級列控中心接口平臺設計與應用

杜江紅，潘金山

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 610031）

列車控制中心（TCC），簡稱列控中心，是CTCS-2級列控系統地面設備子系統的核心部分，根據軌道區段占用信息、聯鎖進路信息、線路限速信息等產生列車行車許可命令，并通過軌道電路和有源應答器傳輸給車載子系統，保證其管轄內的所有列車的運行安全。列控中心主機采用2×2取2的安全計算機平臺，具有相同的硬件結構，通過高速通道交換信息實現同步和切換。該系統達到鐵路信號控制系統的安全性要求，符合“故障－安全”原則，具有高可靠性和安全性。列控中心按應用需求不同，分為車站TCC和中繼站TCC。中繼站TCC需從所屬車站TCC接收線路方向信息、臨時限速命令等，并將相應的限速狀態等信息發送給車站TCC。各站列控中心間及車站聯鎖間，均通過125 M信號專用安全局域網互連，確保地面各子系統間的信息安全交互。

為滿足CTCS-3級列控系統的功能需求，列控中心需要提高與外圍設備接口的適配，而對外圍設備接口之間數據交換正確性及通道冗余安全性，需要一套針對性強，目標明確的測試平臺去驗證。因此，本文選取哈大線路中的兩站一區間（蓋州西，營口東以及中繼10）分析TCC列控中心與ZPW-2000軌道電路，軌旁電子單元（LEU）以及PIO繼電器之間的數據交換，通過開發的接口測試平臺采集CAN總線與ZPW-2000軌道電路和應答器交互的數據，以及INIO總線與PIO繼電器交互數據，為TCC系統的安全性以及交付使用提供技術保障和支持。

1 CTCS-3級列控中心接口測試環境總體結構

本文設計的TCC接口平臺以哈大線路測試環境應用為例。取其中兩站一區間即可滿足列控中心測試的環境條件。本文選取蓋州西站、營口東站和中繼10。測試環境整體結構如圖1所示。其中蓋州西站的CTC站機，列控中心，車站聯鎖，中繼10的列控中心，營口東站的CTC站機，列控中心用實物，營口東站的車站聯鎖用模擬程序代替，沿線的其他車站和中繼都用模擬程序代替。

仿真支撐系統是CTCS-3級列控系統半實物仿真平臺的底層支撐系統，包括網絡接口單元、消息分發器等。它通過代理及接口平臺將各個系統集成在一起，對發出的消息進行接收及轉發，它是整個測試環境集成的基礎。

2 CTCS-3級列控中心接口測試平臺軟件功能設計

2.1 TCC-TIU接口功能

TCC接口平臺實現接收并解析應答器報文，回復正常報文校驗應答包和狀態數據包，并提供發送錯誤循環冗余校驗碼（CRC）校驗內容的功能，用戶界面提供典型測試故障注入案例選項，用戶還可自定義TCC接口平臺回復報文校驗應答包和狀態數據包的內容。

圖1 列控中心測試環境整體結構

TCC主機向報文編碼通信板（CI-TIU）傳輸同步幀和用戶數據/應答器報文。CI-TIU向TCC主機反饋應答器報文校驗結果狀態信息、CI-TIU板卡狀態信息。

圖2 通信結構原理

LEU1、LEU2、LEU3和LEU4為固定冗余配置，列控中心主機需要把報文數據同時發送到冗余的LEU單元如圖2所示。CI-TIU采取被動響應方式，保證在通信時機和通信內容上，都必須在接收到TCC主機的時鐘同步幀且與報文校驗碼幀比較一致時才允許向LEU發送應答器報文。TCC為通信交互的主動發起方，通過CI-TIU反饋的報文校驗碼幀檢測出CI-TIU有無報文數據存儲錯誤發生。CI-TIU獨立定時，在每500 ms時向LEU發送FSFB/2協議包的定時和允許信號。當主機停止發送同步幀，CITIU停止向LEU發送FSFB/2協議包的定時和允許信號。TCC與TIU之間的通信時序如圖3所示。

2.2 TCC-軌道電路接口功能

TCC接口平臺接收同步幀，將軌道電路的狀態幀回復給TCC主機，并且提供發送錯誤的CRC校驗內容，接口平臺提供用戶界面自定義區，用戶可修改狀態幀的內容。列控中心和軌道電路通信連接如圖4所示。每對軌道電路通信板（CI-TC2）控制一臺移頻柜，列控中心主機通過CANA1和CANB1總線向每對CI-TC2通信板發送軌道電路編碼命令數據，備機不發送編碼命令數據，列控中心主備機同時接收CI-TC2傳送的軌道電路狀態數據。CI-TC2通信板通過CANC1總線向維護監測機發送軌道電路設備的監測狀態數據。

圖3 TCC與TIU的通信時序

圖4 列控中心和軌道電路通信連接

列控中心和軌道電路通信單元的通信時序如圖5所示。

圖5 列控中心和軌道電路通信單元的通信時序

2.3 TCC-PIO接口功能

列控中心接口平臺接收TCC主機發送的繼電器驅動信息，并回復相應繼電器的采集狀態數據。每塊PIO板在接收到TCC主機發送的同步數據幀后，開始向TCC主機發送采集繼電器狀態數據幀，TCC主機每個周期向每塊PIO板發送繼電器驅動命令。每個PIO通信接口單元機最多能配置9對PIO板，列控中心主機向每對PIO板發送一幀驅動命令數據，每塊PIO板同時接收驅動命令數據并執行命令，在接收到主機的同步幀后向主機單元發送采集數據和狀態數據，列控中心主機單元中的主備機都同時接收采集狀態數據。

2.4 TCC接口平臺與各接口通信數據量

按照最大的設備接口配置考慮：

系統周期：250 ms～400 ms；總線波特率：1 Mbps。

軌道電路通信單元：下行數據5×2×10＝100幀（每周期），上行數據3×2×10＝60幀（每周期）。

LEU通信接口單元：

（1）應答數據包：下行18幀，上行20×2＝40幀；

（2）報文數據包：下行15×17＝255幀。

PIO通信單元數據包：下行18幀，上行36幀。

根據上述軟件功能需求，利用VC++開發出滿足要求的TCC接口平臺，TCC接口平臺用戶界面如圖6所示。

3 TCC接口平臺在TCC測試環境中的應用

（1）TCC與LEU間通信校驗的測試。

利用TCC接口平臺通過CANA和CANB通道回復A機或B機CPU1的錯誤報文校驗包、錯誤源地址包和錯誤的目的地址包，TCC主機不能和LEU建立通信，監測維護機有TCC與LEU通信中斷故障報警，LEU向有源應答器發送默認報文，當TCC接口平臺發送正確的校驗包、正確源地址包或正確的目的地址包時，TCC主機和LEU建立通信，監測維護機TCC與LEU通信中斷故障報警解除，LEU向有源應答器發送正常有源應答器報文。通過TCC接口平臺對TCC與LEU間通信校驗的故障注入與解除，驗證TCC主機在通信校驗的故障-安全準確性。

（2）TCC與LEU間通信應用數據測試。

圖6 TCC接口平臺用戶界面

利用TCC接口平臺通過CANA和CANB通道向LEU發送錯誤的應答器報文數據長度包、錯誤的應答器報文數據幀序號包和錯誤的應答器報文CRC校驗包后，TCC主機不能和LEU建立通信，監測維護機TCC與LEU通信中斷故障報警，LEU向有源應答器發送應答器默認報文。當TCC接口平臺發送正確的應答器報文數據長度包、正確的應答器報文數據幀序號包和正確的應答器報文CRC校驗包后，TCC主機和LEU建立通信，監測維護機TCC與LEU通信中斷故障報警解除，LEU向有源應答器發送正常有源應答器報文。通過TCC接口平臺對TCC與LEU間通信數據的故障注入與解除，驗證TCC主機在通信數據的故障-安全準確性。

同樣，在對TCC-軌道電路和TCC-PIO間的接口測試過程中，通過TCC接口平臺驗證TCC主機發送通信數據和校驗數據的故障-安全設計也得到很好的應用。

4 結束語

本文設計了TCC接口平臺的總體結構，實現了接口平臺的功能，解決了TCC主機與各模塊間的通信困難，通過接口平臺將列控中心接入到CTCS-3級列控系統半實物仿真平臺中進行仿真測試，同時對TCC與各模塊接口間增加了故障注入功能，有效地驗證了列控中心對故障的正確處理，為TCC系統的安全性以及交付使用提供一定技術支持和保障。

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