時速160公里動力集中動車組TCMS時延特性研究

趙 焱

中車大連機車車輛有限公司 遼寧 大連 116022

1 引言

時速160公里動車組動力車是以200k m/h客運電力機車平臺為基礎，其TCMS動車組的神經系統和指揮中樞，協調中央控制系統與各子系統的控制、監視與診斷任務，匯總各子系統工作狀態和故障診斷信息，完成整車級的控制、故障診斷、狀態監視等工作。

TCMS由于各子系統存在通信協議轉換、邏輯控制算法復雜化、運行環境多變等影響因素，通信數據的信息交互時間將會增大，使得控制信號在傳輸過程中不可避免的出現時延。時延不僅影響信息傳遞的實時效果，更直接影響控制任務的執行，進而影響系統控制的及時性、準確性[1]。TCMS時延與動力車控制實時性密切相關，時延過大將會導致牽引、制動等系統控制不及時；因此分析TCN控制系統時延特性是一項重要研究內容。

2 TCMS時延特性分析

圖1 不同任務周期下時延的變化趨勢

TCMS時延是整個列車網絡的信息交互時間，包括傳輸時延、發送時延、接收時延[2]。發送時延包括處理時延、等待時延、數據應答時延；接收時延包括等待時延、數據應答時延。系統時延的大小會受到傳輸介質、通信距離、設備性能、排隊周期、解析與訪問快慢等綜合因素共同影響。模擬分析列車的一個完整的系統時延：從中央控制單元(CCU)、司機顯示單元(DDU)、網關1(GW)，網關2(GW)再到CCU。

從整體角度看，系統總時延等于各設備的部分時延：

只改變任務周期時，源端口的數據更新速度會產生變化，進而對等待時延和處理時延產生影響?？刂葡到y的總體時延也將隨CCU 任務周期增大而增大。任務周期為64～128 ms時，時延變化較快。任務周期為128～256 ms時，時延數值線性化明顯，呈規律性變化。

3.2 任務周期與源端口特征周期匹配關系對TCMS時延的影響 任務周期與源端口特征周期匹配與否即使數據之間的傳輸與數據更新是否一致，將會影響系統源端口的等待時延，進而影響系統控制信號的實時性。

為驗證上述匹配關系的影響，同時調整任務周期和特征周期，得出系統時延優化配置方法與影響因素，分組對比測試。時延變化趨勢見圖2。

式中：TC-D為CCU 到DDU 的時延；TD-G、TG-G、TG-C為線路傳輸時延；TGw為經過網關時延，兩個網關之間采用WTB通信。

3 TCMS時延測試

根據多次測量數據TC-D取平均值為260.611 ms，由式(1)得：Tdelay=292.61182 ms，此時Tdelay為CCU—DDU 經過網關時整個控制系統的總體時延。

3.1 任務周期對TCMS時延的影響 任務周期更改的是發送端應用層產生數據并將數據放至通信寄存器源端口的時間和數據邏輯運算的時間。任務周期的變化會影響數據的更新快慢進而影響源端口的處理時延和等待時延。

為減少干擾，系統中只使用CCU 和DDU 等網絡設備，改變CCU 中任務周期，分組測試，使用網絡分析儀，抓取端口數據，解析時延。每組進行40次測試取平均值，研究任務周期對系統整體時延的影響規律。時延變化趨勢見圖1。

圖2 任務周期與特征周期匹配對時延的影響

由數據看出，當任務周期與源端口的特征周期設置不一致，系統的等待時延產生變化并出現時延抖動，造成時延的不規律增大；當任務周期與源端口的特征周期設置相同，等待時延最小，基本無時延抖動，穩定性高，可以使系統時延達到最優化。

4 總結

基于搭建的時速160公里動力集中動車組TCMS測試平臺進行時延試驗，通過對MVB過程數據的量化，對控制系統時延特性進行分析。

在一定范圍內時延呈線性變化，數據解碼與訪問的時間短，接收時延和發送時延小，系統時延變??；反之，當任務周期與源端口特征周期過大時，數據解碼與訪問的時間長，系統時延變大。當任務周期與特征周期不匹配時，會造成數據傳輸與更新不同步，系統等待時延變大，易產生時延抖動，控制系統不穩定；當任務周期與源端口特征周期相同時，數據傳輸與更新保持一致，控制系統時延抖動小，控制系統穩定性高，此時網絡控制系統的時延小，實時性好。

本文所做的試驗數據和所得規律可用于時速160公里動力集中動車組的實際工程項目應用中，為配置網絡控制系統參數和優化控制系統性能提供參考，對提高動車組日常運行的實時性、穩定性、準確性起到重要作用。