基于CAN總線的列控中心子系統的仿真測試平臺

朱運祥，陳福恩，張 琦

（1.北京交通大學 電子信息工程學院，北京 100044；2.北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

基于CAN總線的列控中心子系統的仿真測試平臺

朱運祥1，陳福恩1，張 琦2

（1.北京交通大學 電子信息工程學院，北京 100044；2.北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

在軌道電路系統的研發測試中，利用計算機仿真技術模擬高速鐵路列控中心子系統，實現與軌道電路子系統之間的安全通信，不僅可以降低ZPW-2000A軌道電路實體設備試驗的高昂費用，縮短試驗時間，而且可以測試部分子設備的功能、性能和可靠性，提高開發效率。本文分析了高速鐵路列控中心與軌道電路子系統之間的通信功能，繼而實現設計算法，在實驗室環境下模擬CTCS-3級高速鐵路列控中心TCC與ZPW-2000A軌道電路之間的安全通信，開發了基于CAN總線雙濾波模式的列控中心軌道電路子系統的仿真測試平臺。

列車控制中心；ZPW-2000A軌道電路；計算機仿真；行車安全

目前，我國鐵路自主研發設計的ZPW-2000A型軌道電路在傳輸安全性、傳輸長度、系統可靠性等方面均達到了較高水平，并通過了原鐵道部技術鑒定，在全路推廣使用[1]。 隨著鐵路新技術的不斷發展和引進，ZPW-2000A型軌道電路也在不斷地進行軟件和硬件的升級與換代，然而限于鐵路現場的特殊環境，不可能實時在現場做測試試驗。因此如何利用計算機仿真技術模擬高速鐵路列車控制（以下簡稱：列控）中心子系統，實現與軌道電路子系統之間的安全通信，搭建合適的高速鐵路列控中心軌道電路子系統集成測試平臺，在實驗室環境下調試設備的軟硬件特性與功能，顯得極其重要。

本文基于CAN總線雙濾波模式設計了列控中心軌道電路子系統的仿真測試平臺。該平臺可用于軌道電路系統發送器、接收器和軌道電路通信接口板等的開發測試和聯調試驗，提高開發效率，節約測試成本。

1 研究現狀

ZPW-2000A型軌道電路是在UM71軌道電路基礎上改進的一種軌道電路制式，其在軌道電路傳輸安全性、傳輸長度、系統可靠性、可維修性以及提高技術性能價格比、降低工程造價上都有了顯著提高。但是，國內沒有專門針對ZPW-2000A型無絕緣軌道電路的仿真測試系統，僅有幾家大型信號廠和高校實驗室建有CTCS實驗室。因此，利用計算機仿真技術，建立列控系統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備的測試和評估，提高開發效率。

2 方案設計

2.1 總體設計

在列控中心軌道電路子系統測試平臺中，模擬TCC通過CANAB總線與軌道電路通信盤連接，軌道電路移頻柜通過CANDE總線接至通信組匣[2～3]。系統架構如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

根據列控中心與軌道電路之間通信接口的功能分析，列控系統軌道電路子系統仿真模塊主要設計為：同步數據處理模塊、編碼數據處理模塊、狀態數據處理模塊、數據校驗模塊和時序控制模塊。算法實現流程如圖2所示。

圖2 仿真系統數據處理模塊

其中，同步數據處理模塊用于模擬列控發送的同步數據，同步數據用于系統同步，收集軌道電路的狀態數據。編碼數據處理模塊用于傳輸控制發送器輸出信號的編碼命令，即載頻編碼數據和低頻編碼數據。狀態數據處理模塊用于處理由軌道電路接收器產生的狀態數據，狀態數據用于表示軌道區段當前的狀態，并作為下一周期編碼計算的依據，圖3所示為編碼數據模塊軟件流程圖[4～5]。

圖3 編碼數據處理模塊軟件流程圖

2.2 CAN總線驗收濾波設計

仿真列控中心軌道電路子系統通過CAN總線與軌道電路通信盤連接，CAN總線數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。在CAN 總線網絡的設計過程中，濾波器的設置起著非常重要的作用，濾波器設置的好壞將直接影響整個系統的實時性和可靠性。CAN 控制器主要包括接口管理邏輯、CAN 核心模塊、發送緩沖器、驗收濾波器、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之間的通信速率設置為1 Mbps，接收濾波方式采用雙濾波方式。總線通信采用分時間片，主從式同步傳送方式，主節點為模擬TCC，從節點為軌道移頻柜。只允許由主節點到主節點或到從節點，或由從節點到主節點部分，不允許從節點之間互相傳送信息。其中，主節點ACR0.7～ACR0.6 = 10 bit，AMR0.7～AMR0.6 = 01 bit，用來判斷數據流向。

圖4 CAN控制器結構圖

3 仿真系統測試及分析

按圖1所示搭建測試環境，仿真列控軌道電路子系統TCC通過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接至軌道電路狀態監測機。利用USBCAN2A測試盒，記錄分析CAN總線上的數據，如表1所示。

表1 測試案例及結果分析

分析表1中測試結果，USBCAN2A所測CAN總線上的測試數據，能滿足軌道電路與列控中心之間的通信協議，基于CAN總線的列控中心子系統的仿真測試平臺可以完成列控中心軌道電路子系統的通信功能，且性能可靠。

4 結束語

該方案在實驗室環境下模擬CTCS-3級列控中心TCC與ZPW-2000A軌道電路之間的通信，開發了基于CAN總線雙濾波模式的列控中心軌道電路子系統的仿真測試平臺。可用于ZPW-2000A軌道電路的發送器、接收器等設備的功能測試、性能測試以及和軌道電路監測子系統的聯調測試，極大地節約了軟件及硬件設備的測試成本，對于軌道電路設備的軟件和硬件升級等具有重要意義。目前仿真測試平臺的通信數據幀仍然需要逐幀分析所測數據，在數據分析方面效率較低，下一步將開發數據分析平臺，提高通信數據分析的能力，以便將計算機在數據仿真和數據分析方面的優勢更好地應用到測試平臺的開發中。

[1]邸洪濤.關于客運專線列車運行控制系統的探討[J].鐵路計算機應用，2007， 16（5）：21-22.

[2]趙懷東. ZPW-2000A型自動閉塞設備安裝與維護[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[3]崔瑩瑩. CTCS3級列控系統仿真測試平臺一軌旁設備仿真列車群模擬器的研究[D].北京：北京交通大學，2006.

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

[5]張筠莉，劉書智.Visual CH實踐與提高：串口通信與工程應用篇[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

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

責任編輯 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

朱運祥，在讀碩士研究生；陳福恩，副教授。