基于RS485通信的列車重聯設計

甘 雨,艾皖東,李 翀,張 楊

中車株洲電力機車有限公司,湖南 株洲 412001

0 引言

列車重聯時,需要在車輛間進行數據交互,目前重聯信號傳輸通常采用的是WTB網絡。WTB網絡信號傳輸對線路要求比較高,需要帶有屏蔽層的雙絞線作為傳輸介質[1],在傳輸介質無法滿足要求的場合無法使用WTB。例如當列車之間連接無WTB專用線的平板車時,WTB網絡數據無法傳輸。經驗證,在使用無屏蔽層的普通硬線作為傳輸介質時,通過優化設計和調整通信速率,采用RS485通信方式可實現一定距離的數據傳輸。

本文著重介紹RS485重聯軟件的設計方法,為機車重聯數據傳輸提供了一種方案,該方案可通過RS485通信方式實現列車之間重聯數據的傳輸[2]。車輛連掛和解除連掛后,無需特殊配置,即可動態識別重聯車數量及重聯車車號,獲取重聯車信息。

1 重聯網絡結構

重聯網絡結構如圖1所示,RCM(RS485通信模塊)可實現MVB數據與RS485數據的互相轉換[3],CCU與RCM之間采用了MVB通信方式,RCM與RCM之間采用了RS485半雙工通信方式。機車重聯時,從控車CCU通過MVB將重聯數據發送給RCM,RCM轉換成RS485數據,通過重聯線發送給主控車RCM,主控車RCM將從控車RS485數據轉換成MVB數據發送給CCU,完成重聯數據的傳輸。

圖1 重聯網絡結構

2 重聯軟件設計

2.1 功能描述

為提高司機操作的便捷性,重聯軟件設計上應盡可能地減少人為干預,在重聯狀態發生變化時,能做到自動識別、自動切換,在故障發生時,能輸出提示信息。本軟件設計可實現以下功能。①在主控車上查看所有從控車的重聯數據。②列車上電并占有后,不需要經過任何其他配置,即可實現重聯數據傳輸。③車輛可以任意編組,無需人為干預,軟件可自動識別當前編組車輛的車號和數量。④解編后或重聯線路斷開,可自動切換編組顯示,并提醒司機。⑤主從控車狀態切換后,可自動切換數據傳輸方式。⑥車輛間自動換端,不需要重新識別編組狀態,即可按之前的編組狀態收發數據,減少車輛等待時間。

重聯軟件主要分為以下部分:MVB數據發送;MVB數據接收;RS485數據初始化;RS485重聯狀態識別;主從控車RS485數據發送與接收。

2.1.1 MVB數據發送

RCM將自身狀態數據(如軟件版本、生命信號),及接收到的其他車輛的重聯數據,轉換成MVB數據轉發給CCU。

2.1.2 MVB數據接收

RCM通過MVB接收來自CCU的重聯數據,并轉換成RS485數據,其中包含本車車號、主從狀態等信息。

2.1.3 RS485數據初始化

初始化RS485通信的波特率、奇偶校驗、傳輸通道等參數,以及列車重聯狀態。初始化程序只在以下情況下執行,且僅執行1次:RCM模塊上電時;列車初次占有時,或占有退出超過3 s且再次占有時;機車復位信號觸發時;任意一個從控車的重聯信號丟失時。

初始化的目的除了設置RS485通信參數外,主要是為了復位重聯狀態信號,使列車能夠重新識別當前重聯狀態。自動換端操作時,為了減少車輛等待時間,不進行重聯狀態識別,因此若機車2次占有間隔在3 s以內,不復位重聯狀態信號。

2.1.4 RS485重聯狀態識別

機車占有,且執行RS485數據初始化程序后,RCM開始識別車輛重聯狀態,重聯狀態主要包括以下幾個信號:從控車的數量;所有從控車車號;重聯狀態識別完成信號。

當列車中某一輛車初次被識別為主控車時,該車會根據設定的重聯車車號識別范圍,循環依次向所有可能的重聯車發送數據請求,從控車接收到數據請求后,會向主控車發送相應的數據反饋。

主控車發送數據請求后,同時也會監聽數據反饋,并保存每輛車最近3次的數據反饋。若連續3次接收到同一輛車的數據反饋不為空,則讀取所有車最近3次的數據反饋,若至少有一次反饋數據不為空,則代表該車處于重聯編組狀態,從控車數量加1,并記錄下車號,最終獲得所有從控車車號和數量,至此,重聯狀態識別完成。其主要流程如圖2所示。

圖2 RS485重聯狀態識別過程

2.1.5 主從控車RS485數據發送與接收

車輛重聯狀態確定后,主控車按一定的時間間隔依次輪流向各個從控車發送數據請求(主幀),并同時接收來自從控車的數據響應(從幀)。主從幀數據結構如圖3所示。

圖3 主從幀數據結構

主幀共由8個字節組成,第1個字節是從控車車號,作為幀頭以方便指定的從控車接收數據;第2個字節為功能碼,由MVB重聯數據的數據量決定,例如重聯數據占用了2個32字節的端口0x60、0x61,則功能碼有2個,分別為1和2,1代表0x60端口的數據,2代表0x61的數據;后面4個字節為所有重聯車的車號(其長度可根據設計的最大重聯車的數量進行調節);最后2個字節為CRC校驗碼。

從幀由32個字節組成,其中數據段有28個字節,為實際需要傳輸的重聯數據。由于設計的從幀長度與MVB端口長度相同,因此可根據功能碼,直接將從幀數據賦值給相應的MVB端口,省去了從幀數據組合與拆分過程。

主從控車RS485數據發送與接收主要流程如圖4所示。對于每臺從控車,主控車會根據功能碼向從控車發送主幀,直到遍歷完所有功能碼,然后向下一臺從控車執行相同操作,如此循環往復,直到重聯狀態發生變化。從控車接收到主幀中車號與本車相同時,則根據主幀中功能碼選擇發送不同端口的數據給主控車。注意,每次數據接收成功后,需要清除RS485緩存[3]。

主控車在發送主幀之后,下一次發送主幀之前,若沒有接收到對應從幀,則等待1個周期,若仍然沒有接收到從幀,則繼續發送下一主幀。

從控車接收到主幀后,會讀取主幀中所有重聯車車號,提取與本車車號不同的車號及數量,若數量超過1,則置位重聯狀態識別完成信號。此操作目的是保證自動換端時,不用再次識別列車重聯狀態。車輛間自動換端后,新占有的主控車根據其從控狀態時讀取的重聯車信息,直接向其他車輛發送數據請求,不需要再次識別列車重聯狀態。

2.1.6 數據校驗與處理

為保證數據的可靠性,除了RS485數據傳輸時的奇偶校驗外,還對每幀數據進行了CRC校驗。對于主控車接收的從幀來說,若校驗不通過,則重聯數據保持不變。此外,從幀中包含了從控車CCU的生命信號,若超過一定時間該數據不變化,則會將重聯數據清零,且會在顯示器上提示RS485數據丟失。

2.2 方法驗證

經試驗驗證,RCM波特率為9 600、無終端電阻、無屏蔽線、通信距離為400 m時,可實現3車重聯數據傳輸,且丟包率小于1%。

此方法在某工程車上進行了驗證,并通過了2節車和3節車的靜態及動態重聯試驗,以及工程車中間插入平板車的重聯試驗。主控車能正常顯示從控車重聯信息(見圖5),通信質量良好,車輛主從切換及編組與解編過程顯示無異常,達到了預期的效果。

圖5 主控車RS485重聯數據顯示

3 結論

本文基于RS485通信方式設計了一種列車重聯方案,并經過了裝車驗證,該方案能夠動態識別列車編組狀態,自動切換數據傳輸方式及顯示狀態,無需人員干預,為列車重聯提供了一種備選方案。