高鐵車站列控中心接口原理分析及改進措施

夏齊林 中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段

高鐵車站列控中心TCC是高速鐵路列車運行控制系統的核心設備之一，對外要與計算機聯鎖CBI、鄰站列控中心、臨時限速服務器TSRS、調度集中CTC和集中監測CSM設備連接，對內要與ZPW-2000軌道電路、軌旁電子單元LEU和輸入輸出接口連接，接口電路異常復雜，合理選用通信方式和分配通信資源是車站列控中心設備安全、可靠、穩定運行的基本條件。

1 高鐵車站列控中心接口簡介

高鐵車站列控中心為了指揮動車組列車運行，需要與眾多的內、外部設備進行通信連接，接口非常復雜，如圖1所示。

圖1 高鐵車站列控中心接口連接示意圖

（1）車站列控中心通過R接口與集中監測設備連接，接口類型是以太網、非安全通信接口。

（2）車站列控中心通過T接口與ZPW-2000軌道電路連接，接口類型是CAN總線、安全通信接口。

（3）車站列控中心通過V接口與區間信號機、軌道電路方向繼電器、軌道繼電器、災害防護繼電器燈等輸入輸出接口，接口類型是開關量、安全接口，通過PIO板實現采集、驅動。

（4）車站列控中心通過S接口與軌旁電子單元LEU通信，接口類型是RS422或以太網、安全通信接口。

（5）車站列控中心通過P接口與CTC站機通信，接口類型是RS422、安全通信接口。

（6）車站列控中心與聯鎖CBI、臨時限速服務器TSRS、鄰站TCC的U、Q、Y接口，為外部通信接口，通過安全數據網進行連接，接口類型是工業以太網，安全通信接口。

2 高鐵車站列控中心接口電路原理與分析

高鐵車站列控中心TCC接口電路主要分為兩大類，第一類接口是高鐵車站列控中心A、B機與自身管轄的ZPW-2000軌道電路、軌旁電子單元LEU和輸入輸出PIO之間的接口（如圖2所示）。

圖2 高鐵車站列控中心通訊機籠通信接口

其中與ZPW-2000軌道電路的接口是通過CANA、CANB總線與通信接口單元連接，再通過CAND、CANE總線與ZPW-2000移頻柜連接，兩級CAN通信均采用安全冗余雙通道連接；與軌旁電子單元LEU的接口是通過CANA、CANB總線與通信接口單元連接，再通過RS422與LEU交叉互聯；與輸入輸出PIO接口的連接，通過PIO板實現各類開關量的采集和相關繼電器的驅動功能。第二類接口是高鐵車站列控中心與計算機聯鎖CBI、臨時限速服務器TSRS、鄰站TCC和CTC站機的接口，其中與計算機聯鎖CBI、臨時限速服務器TSRS、鄰站TCC的接口都是通過安全數據網實現互聯互通的，安全數據網采用雙網冗余100Base-T工業以太網、RJ45標準接口，采用RSSP-I安全通信協議，200 ms至500 ms固定周期交互數據，安全性、實時性和可靠性較高；而與CTC站機的接口并沒有采用安全數據網，而是通過CANA、CANB總線與通信接口單元連接，再通過RS422與CTC-A、B機交叉互聯。由上可見CAN總線在高鐵車站列控中心接口電路中的重要性。CAN總線最初由博世公司于1987年開發，1993年成為標準，主要應用于汽車控制。CAN總線通信因具有準確性、實時性和可靠性的優點，所以高鐵車站列控中心選用CAN總線用于列控A、B機與通信接口單元、通信接口單元與ZPW-2000軌道電路的安全通信。但其也存在不一致性、不可預測性和信道出錯堵塞等漏洞。

（1）不一致性

CAN總線由于空間干擾、電源波動等原因，對于信息幀的倒數第二位，一部分節點A認為無錯，而另一部分節點B認為有錯。這時，節點B就會通知發送器重發，同時丟棄收到的幀；而節點A就會接收此幀，控制系統就可能產生嚴重的后果。高鐵車站列控系統的CAN通信采用了雙通道冗余技術較好地解決了“不一致性”這一問題。

（2）不可預測性

CAN總線節點有Error Active、Error Passive和 Bus Off三種狀態，這三種狀態在一定條件下可以互相轉換。首先，節點由最高優先權的信息和其他信息共用，其他信息在傳送過程中出現的錯誤會影響到節點狀態；其次，進入Error Passive或 Bus Off狀態的條件是發送錯誤計數器或接收錯誤計數器的值，由于CAN的原子廣播特點，其它節點的發送錯誤或接收錯誤會開啟一個錯誤幀，從而影響到該節點的接收錯誤計數器的值，進而影響節點狀態。

（3）信道出錯堵塞

CAN總線節點有可能受干擾或其它原因暫時或永久失效，出錯的主機會命令CAN收發器不斷發送消息。由于該信息的格式等均合法，因此CAN沒有相應的機制來處理這種情況。根據CAN的優先權機制，比它優先權低的信息就被暫時或永久堵塞。

由以上高鐵車站列控中心接口原理分析可以看出，車站列控中心A、B機與通信接口的單元的CANA、CANB通信由于要同時承擔與管轄ZPW-2000軌道電路、LUE和CTC站機的通信，隨著站場規模的增大，CAN通信數據量的急劇增加，CAN通信的不可預測性和信道出錯堵塞缺陷發生的概率就會顯著增大。同時CTC站機與車站列控中心屬于兩個不同的系統，不易通過CAN總線連接，否則CAN總線一旦發生故障，影響范圍就會超出車站列控中心的管轄范圍，就會給正常的運輸秩序帶來極大的干擾。

3 高鐵車站列控中心與CTC站機接口改進措施

由圖1可知，由于CTC站機同時與車站列控中心和計算機聯鎖有連接接口，能否取消車站列控中心與CTC站機的P接口，利用既有車站列控中心與計算機聯鎖的U、Q接口來實現車站列控中心與CTC站機信息傳輸功能呢？從理論上講是可以實現的。

（1）列控中心通過U、Q接口向計算機聯鎖傳輸信息。

①閉塞分區狀態；

②區間方向信息；

③災害防護信息；

④改方信息；

⑤信號降級命令。

（2）列控中心通過P接口向CTC站機傳送信息。

①管轄范圍內的閉塞分區狀態；

②區間信號機狀態；

③區間方向；

④設備狀態數據。

其中第①、③項信息列控中心已經通過U、Q接口向計算機聯鎖傳輸，第②、④信息列控中心通過U、Q接口沒有向計算機聯鎖傳輸，但是可以將這兩項信息附加在TCC發送數據包的預留信息區內進行傳輸。由此可見，取消車站列控中心與CTC站機的P接口，把原車站列控中心需要傳輸CTC站機的數據，可以改由車站列控中心與計算機聯鎖的U、Q接口傳輸，再由計算機聯鎖傳輸CTC站機，如圖3所示。

圖3 高鐵車站列控中心接口連接示意圖

車站列控中心與CTC接口的改進可以減輕了車站列控中心A、B機與通信接口的單元的CANA、CANB的通信負擔，可以有效降低不可預測性和信道出錯堵塞缺陷發生的概率；其次，可以將CAN通信故障的影響范圍控制車站列控中心管轄范圍之內。最后，取消車站列控中心與CTC站機的P接口，可以取消車站列控中心通信接口單元中的CI-GS板和CTC自律機對應的COM板，能夠節約設備成本、降低硬件故障率。