基于RS485通信的列車重聯(lián)設(shè)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(lián)時,需要在車輛間進行數(shù)據(jù)交互,目前重聯(lián)信號傳輸通常采用的是WTB網(wǎng)絡(luò)。WTB網(wǎng)絡(luò)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(zhì)[1],在傳輸介質(zhì)無法滿足要求的場合無法使用WTB。例如當(dāng)列車之間連接無WTB專用線的平板車時,WTB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無法傳輸。經(jīng)驗證,在使用無屏蔽層的普通硬線作為傳輸介質(zhì)時,通過優(yōu)化設(shè)計和調(diào)整通信速率,采用RS485通信方式可實現(xiàn)一定距離的數(shù)據(jù)傳輸。

本文著重介紹RS485重聯(lián)軟件的設(shè)計方法,為機車重聯(lián)數(shù)據(jù)傳輸提供了一種方案,該方案可通過RS485通信方式實現(xiàn)列車之間重聯(lián)數(shù)據(jù)的傳輸[2]。車輛連掛和解除連掛后,無需特殊配置,即可動態(tài)識別重聯(lián)車數(shù)量及重聯(lián)車車號,獲取重聯(lián)車信息。

1 重聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

重聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示,RCM(RS485通信模塊)可實現(xiàn)MVB數(shù)據(jù)與RS485數(shù)據(jù)的互相轉(zhuǎn)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(lián)時,從控車CCU通過MVB將重聯(lián)數(shù)據(jù)發(fā)送給RCM,RCM轉(zhuǎn)換成RS485數(shù)據(jù),通過重聯(lián)線發(fā)送給主控車RCM,主控車RCM將從控車RS485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MVB數(shù)據(jù)發(fā)送給CCU,完成重聯(lián)數(shù)據(jù)的傳輸。

圖1 重聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 重聯(lián)軟件設(shè)計

2.1 功能描述

為提高司機操作的便捷性,重聯(lián)軟件設(shè)計上應(yīng)盡可能地減少人為干預(yù),在重聯(lián)狀態(tài)發(fā)生變化時,能做到自動識別、自動切換,在故障發(fā)生時,能輸出提示信息。本軟件設(shè)計可實現(xiàn)以下功能。①在主控車上查看所有從控車的重聯(lián)數(shù)據(jù)。②列車上電并占有后,不需要經(jīng)過任何其他配置,即可實現(xiàn)重聯(lián)數(shù)據(jù)傳輸。③車輛可以任意編組,無需人為干預(yù),軟件可自動識別當(dāng)前編組車輛的車號和數(shù)量。④解編后或重聯(lián)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(tài)切換后,可自動切換數(shù)據(jù)傳輸方式。⑥車輛間自動換端,不需要重新識別編組狀態(tài),即可按之前的編組狀態(tài)收發(fā)數(shù)據(jù),減少車輛等待時間。

重聯(lián)軟件主要分為以下部分:MVB數(shù)據(jù)發(fā)送;MVB數(shù)據(jù)接收;RS485數(shù)據(jù)初始化;RS485重聯(lián)狀態(tài)識別;主從控車RS485數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。

2.1.1 MVB數(shù)據(jù)發(fā)送

RCM將自身狀態(tài)數(shù)據(jù)(如軟件版本、生命信號),及接收到的其他車輛的重聯(lián)數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換成MVB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給CCU。

2.1.2 MVB數(shù)據(jù)接收

RCM通過MVB接收來自CCU的重聯(lián)數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換成RS485數(shù)據(jù),其中包含本車車號、主從狀態(tài)等信息。

2.1.3 RS485數(shù)據(jù)初始化

初始化RS485通信的波特率、奇偶校驗、傳輸通道等參數(shù),以及列車重聯(lián)狀態(tài)。初始化程序只在以下情況下執(zhí)行,且僅執(zhí)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(fù)位信號觸發(fā)時;任意一個從控車的重聯(lián)信號丟失時。

初始化的目的除了設(shè)置RS485通信參數(shù)外,主要是為了復(fù)位重聯(lián)狀態(tài)信號,使列車能夠重新識別當(dāng)前重聯(lián)狀態(tài)。自動換端操作時,為了減少車輛等待時間,不進行重聯(lián)狀態(tài)識別,因此若機車2次占有間隔在3 s以內(nèi),不復(fù)位重聯(lián)狀態(tài)信號。

2.1.4 RS485重聯(lián)狀態(tài)識別

機車占有,且執(zhí)行RS485數(shù)據(jù)初始化程序后,RCM開始識別車輛重聯(lián)狀態(tài),重聯(lián)狀態(tài)主要包括以下幾個信號:從控車的數(shù)量;所有從控車車號;重聯(lián)狀態(tài)識別完成信號。

當(dāng)列車中某一輛車初次被識別為主控車時,該車會根據(jù)設(shè)定的重聯(lián)車車號識別范圍,循環(huán)依次向所有可能的重聯(lián)車發(fā)送數(shù)據(jù)請求,從控車接收到數(shù)據(jù)請求后,會向主控車發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)反饋。

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

圖2 RS485重聯(lián)狀態(tài)識別過程

2.1.5 主從控車RS485數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

車輛重聯(lián)狀態(tài)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(fā)送數(shù)據(jù)請求(主幀),并同時接收來自從控車的數(shù)據(jù)響應(yīng)(從幀)。主從幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 主從幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

主幀共由8個字節(jié)組成,第1個字節(jié)是從控車車號,作為幀頭以方便指定的從控車接收數(shù)據(jù);第2個字節(jié)為功能碼,由MVB重聯(lián)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量決定,例如重聯(lián)數(shù)據(jù)占用了2個32字節(jié)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(shù)據(jù),2代表0x61的數(shù)據(jù);后面4個字節(jié)為所有重聯(lián)車的車號(其長度可根據(jù)設(shè)計的最大重聯(lián)車的數(shù)量進行調(diào)節(jié));最后2個字節(jié)為CRC校驗碼。

從幀由32個字節(jié)組成,其中數(shù)據(jù)段有28個字節(jié),為實際需要傳輸?shù)闹芈?lián)數(shù)據(jù)。由于設(shè)計的從幀長度與MVB端口長度相同,因此可根據(jù)功能碼,直接將從幀數(shù)據(jù)賦值給相應(yīng)的MVB端口,省去了從幀數(shù)據(jù)組合與拆分過程。

主從控車RS485數(shù)據(jù)發(fā)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(jù)功能碼向從控車發(fā)送主幀,直到遍歷完所有功能碼,然后向下一臺從控車執(zhí)行相同操作,如此循環(huán)往復(fù),直到重聯(lián)狀態(tài)發(fā)生變化。從控車接收到主幀中車號與本車相同時,則根據(jù)主幀中功能碼選擇發(fā)送不同端口的數(shù)據(jù)給主控車。注意,每次數(shù)據(jù)接收成功后,需要清除RS485緩存[3]。

主控車在發(fā)送主幀之后,下一次發(fā)送主幀之前,若沒有接收到對應(yīng)從幀,則等待1個周期,若仍然沒有接收到從幀,則繼續(xù)發(fā)送下一主幀。

從控車接收到主幀后,會讀取主幀中所有重聯(lián)車車號,提取與本車車號不同的車號及數(shù)量,若數(shù)量超過1,則置位重聯(lián)狀態(tài)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(lián)狀態(tài)。車輛間自動換端后,新占有的主控車根據(jù)其從控狀態(tài)時讀取的重聯(lián)車信息,直接向其他車輛發(fā)送數(shù)據(jù)請求,不需要再次識別列車重聯(lián)狀態(tài)。

2.1.6 數(shù)據(jù)校驗與處理

為保證數(shù)據(jù)的可靠性,除了RS485數(shù)據(jù)傳輸時的奇偶校驗外,還對每幀數(shù)據(jù)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(lián)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)不變化,則會將重聯(lián)數(shù)據(jù)清零,且會在顯示器上提示RS485數(shù)據(jù)丟失。

2.2 方法驗證

經(jīng)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(xiàn)3車重聯(lián)數(shù)據(jù)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(jié)車和3節(jié)車的靜態(tài)及動態(tài)重聯(lián)試驗,以及工程車中間插入平板車的重聯(lián)試驗。主控車能正常顯示從控車重聯(lián)信息(見圖5),通信質(zhì)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(yù)期的效果。

圖5 主控車RS485重聯(lián)數(shù)據(jù)顯示

3 結(jié)論

本文基于RS485通信方式設(shè)計了一種列車重聯(lián)方案,并經(jīng)過了裝車驗證,該方案能夠動態(tài)識別列車編組狀態(tài),自動切換數(shù)據(jù)傳輸方式及顯示狀態(tài),無需人員干預(yù),為列車重聯(lián)提供了一種備選方案。