基于CAN總線的全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

白玉娟

摘 要： 目前我國(guó)鐵路普遍使用6502電氣集中聯(lián)鎖設(shè)備和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)雖然引進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是繼電器執(zhí)行電路卻不能完全取消，這就成了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)向智能化和信息化發(fā)展的重要制約因素。全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)已經(jīng)逐漸被提出和設(shè)計(jì)，本文簡(jiǎn)單闡述了CAN總線在全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)中的應(yīng)用情況，希望我國(guó)鐵路車站聯(lián)鎖設(shè)備能夠邁向更高、更先進(jìn)臺(tái)階。

關(guān)鍵詞：CNA ? ?計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1003-9082（2016）01-0001-01

全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)是在傳統(tǒng)基于繼電器作為執(zhí)行控制電路的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，系統(tǒng)采用智能的全電子執(zhí)行單元代替執(zhí)行繼電器，既能避免繼電器的觸點(diǎn)粘連與機(jī)械結(jié)構(gòu)容易卡死的問題，又解決了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備既需要維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又要定期檢修繼電器的重復(fù)作業(yè)問題，具有良好的發(fā)展前景。由于全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)要采集鐵路車站現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)和軌道電路等大量信號(hào)設(shè)備的狀態(tài)信息并且對(duì)這些信息的實(shí)時(shí)性要求也很高，所以采用FCS（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）控制系統(tǒng)，利用現(xiàn)場(chǎng)總線組成分布式智能控制和采集系統(tǒng)。

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）的簡(jiǎn)稱，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)，是由德國(guó)BOSCH公司首先研發(fā)生產(chǎn)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，它因?yàn)榫哂懈叩目煽啃院土己玫腻e(cuò)誤監(jiān)測(cè)能力而在工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備等多個(gè)方面得到了廣泛的運(yùn)用。典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接口、計(jì)算機(jī)設(shè)備以及通信設(shè)備組成，能夠滿足過程控制的需要，被譽(yù)為是自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。因?yàn)镃AN總線具有通信率高、可靠性強(qiáng)、連接方便、性價(jià)比高等諸多優(yōu)勢(shì)，因此全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用了CAN總線為現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)分散的鐵路信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化控制和網(wǎng)絡(luò)化連接，能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖功能集中，執(zhí)行設(shè)備分散的管理模式，同時(shí)可以使設(shè)備的故障進(jìn)一步達(dá)到分散、透明，以便于鐵路車站站場(chǎng)的改造和重建重組。

一、基于CAN總線的全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

執(zhí)行單元與聯(lián)鎖機(jī)之間采用兩路相同的CAN總線全雙工通信接口，聯(lián)鎖機(jī)可以通過CAN總線實(shí)時(shí)訪問任何一個(gè)執(zhí)行模塊，兩路通道中的任意一個(gè)通道損壞，模塊將處于停止執(zhí)行命令狀態(tài)。

1.采用高可靠性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和智能通信板組成聯(lián)鎖機(jī)，以實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能，完成聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，進(jìn)行信號(hào)設(shè)備狀態(tài)的采集與控制，與監(jiān)控機(jī)交換信息。聯(lián)鎖機(jī)與執(zhí)行單元之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線，形成分布控制方式，能夠較大的提升控制效果，而且豐富了傳輸?shù)目刂菩畔ⅰ?/p>

2.控顯機(jī)即控制臺(tái)，能夠從聯(lián)鎖機(jī)獲得設(shè)備信息，實(shí)時(shí)全面真實(shí)的反映鐵路車站現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)設(shè)備及其狀態(tài)，車站值班員在控制臺(tái)上操縱進(jìn)路，控制現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備。

3.維修監(jiān)測(cè)機(jī)與執(zhí)行單元單獨(dú)組網(wǎng)，使用同一個(gè)模塊地址，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、智能化的采集單元技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)并記錄信號(hào)設(shè)備的瞬間運(yùn)行狀態(tài)并放映車站值班員的操作信息，能夠提高鐵路電務(wù)部門的維護(hù)水平和維修效率，保證運(yùn)輸生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

4.執(zhí)行單元使基于CAN總線的智能執(zhí)行單元，按照閉環(huán)控制、抗干擾防護(hù)、硬軟件雙重校和、控制電路雙斷等安全技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，符合故障-安全原則，采用控制、監(jiān)督、監(jiān)測(cè)一體化和雙CPU“二取二”工作模式，嚴(yán)格執(zhí)行聯(lián)鎖機(jī)指令，并把現(xiàn)場(chǎng)信息上傳給聯(lián)鎖機(jī)，通過監(jiān)測(cè)通道向維修監(jiān)測(cè)機(jī)提供道岔電流、道岔動(dòng)作時(shí)間等數(shù)據(jù)。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采用智能化的設(shè)備，設(shè)備控制的智能化是車站信號(hào)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)特點(diǎn)。智能化設(shè)備能夠處理、識(shí)別和控制各種信息，智能的轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)和軌道電路可以在接收現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)目刂泼?，同時(shí)在執(zhí)行命令時(shí)對(duì)命令的信息學(xué)屬性和設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，以保證設(shè)備的安全和命令的執(zhí)行。

基于信息技術(shù)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化的全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的安全控制，同時(shí)可以向調(diào)度指揮系統(tǒng)和調(diào)度集中系統(tǒng)提供列車運(yùn)行的進(jìn)程信息，以實(shí)現(xiàn)安全控制。系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線之后，相比傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)而言，可以從現(xiàn)場(chǎng)得到的信息量變大了，但是傳輸信息的電纜數(shù)量卻減少了，這就要求在提升電纜信息傳輸能力的同時(shí)盡可能的在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備處就地處理信息，減少現(xiàn)場(chǎng)與聯(lián)鎖機(jī)之間的信息傳輸。從另一個(gè)角度上來說，使用現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)就是信息的現(xiàn)場(chǎng)處理。要對(duì)信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，就要減少傳輸線路上的信息往返，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)時(shí)要以此為原則，這樣也可以改善系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

完成CAN通信的重要步驟是CAN控制器的初始化，CAN初始化的主要工作是設(shè)置CAN通信參數(shù)，包括CAN寄存器讀子程序、CAN寄存器寫子程序和CAN總線初始化子程序，使其達(dá)到理想的通信要求。需要進(jìn)行初始化的寄存器主要包括總線定時(shí)寄存器、接收代碼寄存器、屏蔽寄存器、輸出控制寄存器和控制寄存器等。CAN總線通信的目的是將全電子執(zhí)行模塊的相關(guān)信息傳輸給聯(lián)鎖上位機(jī)或者接收聯(lián)鎖上位機(jī)下達(dá)的控制命令，并將控制命令傳輸給MCU進(jìn)行處理。CAN通信協(xié)議采用CAN本身具有的數(shù)據(jù)鏈路層功能，使用短信包的方式進(jìn)行信息的發(fā)送和接收，這種方式系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。信息周期循環(huán)的傳輸，聯(lián)鎖機(jī)是主站，每個(gè)一定時(shí)間就呼叫各個(gè)執(zhí)行單元模塊一次，全電子執(zhí)行單元模塊是從站，只有被主站呼叫之后才能將應(yīng)答數(shù)據(jù)發(fā)送出去，如果通信時(shí)間超時(shí)就會(huì)使輸出導(dǎo)向安全側(cè)，保證系統(tǒng)符合故障-安全原則。

四、總結(jié)

本文主要闡述了CAN總線在全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的信息數(shù)字化傳輸，將全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備的控制功能分散到現(xiàn)場(chǎng)，將聯(lián)鎖功能集中到室內(nèi)，提出信號(hào)設(shè)備逐漸向智能化方向發(fā)展，將執(zhí)行控制功能進(jìn)一步向鐵路車站站場(chǎng)信號(hào)設(shè)備的頂端分散。系統(tǒng)使用無觸點(diǎn)式電力電子開關(guān)作為執(zhí)行單元的主要設(shè)備取消了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的安全型繼電器，采用可靠的冗余與糾錯(cuò)方式，初步嘗試自檢測(cè)糾錯(cuò)手段，能夠有效的解決故障安全問題，力圖使用智能設(shè)備分散信息傳輸總量，提高信息傳輸能力，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]趙志熙.車站信號(hào)控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社.1999

[2]鄭麗英，董昱，李敬文.車站電氣集中計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)研究和開發(fā). 自動(dòng)化與儀器儀表，2005，1：50-53

[3]魏文軍，范多旺. CAN總線在鐵路車站全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用研究. 甘肅科技，2007