列控安全計算機通信控制器的設計與實現研究

李淑靜

摘要：近年來，在社會經濟飛速發展的背景下，我國積極進行了交通運輸業的建設，在這種情況下，軌道交通事業快速發展起來。列車運行控制系統在運行過程中，可以促使列車運行過程中，更加高效和安全，同時具有較強的節能和環保的特點。本文從現階段列車運行控制系統中的缺陷入手，對通信控制器硬件設計與實現展開了研究。

關鍵詞：列控 安全計算機 通信控制器 設計與實現

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0102-01

在列車運行控制系統當中，核心的硬件設備為安全計算機，而安全計算機內部，通信控制器是一個非常重要的模塊，擔任著轉發內部數據和實現通信接口的功能，因此加強列控安全計算機通信控制器的設計與實現研究具有重要意義。現階段，我國列車運行中的控制系統存在一定的缺陷，在促進我國交通運輸業快速發展的過程中，因對這些缺陷進行充分的掌握，并在此基礎上加強通信控制器硬件設計與實現研究。

1 現階段列車運行控制系統中的缺陷

傳統的列車運行控制系統包括CTCS和CBTC，其在使用過程中，功能具有一定的價值，然而其設計思路是對傳統鐵路信號設備的沿用，也就是說促使不同的子系統滿足不同的控制功能，整個系統的實現需要建立在疊加式原則的基礎之上。對以上系統進行分析發現，其運行過程中主要包含兩個組成部分，分別為地面和車載兩種設備，而較多的子設備存在于地面設備當中，分別為無線閉塞中心、車載計算機和列控中心等。這些系統在應用過程中包含以下缺陷：

首先，較多的子系統在運行過程中，將導致整體的功能得到分散，并造成整個系統存在復雜的結構，應用的設備也較多，這種現象是不利于提升整個系統的可靠性和安全性的。盡管該系統運行過程中，各項指標能夠符合國家要求，也能夠實現一定程度的安全性，但是其較低的MTBF，將導致系統出現故障的次數增加，嚴重影響系統運行高效性，在眾多的安全隱患存在的背景下，系統運行將造成重大的安全事故。具有效數據顯示，近年來，列車運行控制系統運行中因故障導致乘客被滯留以及列車晚點的現象非常多。

其次，作為安全荷求系統的一個重要組成部分，列控系統設計過程黃總，必須將“故障-安全”原則進行充分的體現，在這種情況下，安全計算機需要應用于多個設備當中[1]。現階段，在充分觀察列控系統組成成分的過程中，發現不同的安全計算機平臺被應用于不同設備當中，例如，計算機平臺包含車載安全和連鎖安全等多個平臺，同時由于在不同的場景當中需要對城軌技術和鐵路標準進行不同程度的確定，導致安全計算機平臺還需要針對城市軌道交通列控系統進行重新設置。較多的安全計算機平臺，導致較差的兼容性存在于系統當中，造成維護工作難度增加，希望安全性無法得到有效保證。

2 通信控制器硬件設計與實現

2.1 硬件結構設計

兩個不同的通信控制器存在于單系的安全計算機當中，在應用COTS臺工業計算機模塊和X86架構的過程中，充分考慮了差異性原則，它們在使用中可以構成兩個通信板。盡管擁有不同的核心計算機模塊架構，然而卻擁有一致的接口和功能需求，因此可以通用同一個硬件結構。

專用總線接口、外部結構以及電源等是該硬件結構中的主要構成。其中，電源模塊在運行過程中，可以提供大量的電源，促使通信板以及不同的模塊能夠正常運行；外部接哦故模塊在運行過程中，可以實現接口需要，促使外部設備同安全計算機可以實現有效的連接，現階段典型的接口包括LED指示燈電路和以太網接口功能等；專用總線接口模塊在運行中，可以實現電平轉換的功能，促使總線信號可以同FPGA實現轉換等[2]。

在這種情況下，兩塊不同的通信板在應用過程中，可以促使不同的子系統之間通用同樣的模塊，這一過程中，需要對計算機接口以及COTS計算機進行重新考慮。該結構設計同COTS技術理念具有較高的符合程度，能夠更加簡單的進行硬件的開發。

2.2 電源模塊的實現

特定的配置方案存在于板卡當中，對安全計算機平臺的運行具有一定程度的輔助作用，安全電源板是提供該平臺運行的關鍵，5V的直流電源將由向背板發送，促使不同的板卡可以正常運行，并且直流5V為入口電源在通信板中的體現。在充分分析通信控制器不同模塊元件的過程中，需要將1.5V、3.3V和5V等多種電源作用于板載元件當中，在這種情況下，應運用1.5V、3.3V來代替5V的電源[3]。

LT1084為低壓差正可調穩壓器，將其應用于電源轉換芯片當中，能夠促使該系統在運行過程中穩定性更強，更重要的是，可以保證1V以下壓差的狀況下，該系統仍然能夠正常運行，并進行5A的電流輸出，這一過程中，還可以實現修正電流限值的目的，從而促使電源電路同穩壓器之間能夠的承受的應力在過載狀況下得到最大程度的降低。

3 結語

綜上所述，近年來，在社會經濟飛速發展的背景下，我國為了實現全面發展，積極進行了交通運輸建設，軌道交通事業就是在這種情況下法快速發展起來的。列控安全計算機通信控制器的設計與實現是促進我國列車控制系統不斷發展的關鍵。本文針對現階段列車運行控制系統中的缺陷展開了探討，并對通信控制器硬件設計與實現展開了研究，希望對我國的列車運行控制系統的發展起到促進作用。

參考文獻

[1]陳光武.軌道交通安全計算機系統及安全控制機制關鍵技術研究[D].蘭州交通大學，2014.

[2]劉金濤.基于STPA的需求階段的高速列車運行控制系統安全分析方法研究[D].北京交通大學，2015.

[3]吳夢媛.中低速磁浮列控中心原理樣機軟件的設計與實現[D].北京交通大學，2008.