高铁车站列控中心接口原理分析及改进措施

夏齐林 中国铁路上海局集团有限公司上海高铁维修段

高铁车站列控中心TCC是高速铁路列车运行控制系统的核心设备之一，对外要与计算机联锁CBI、邻站列控中心、临时限速服务器TSRS、调度集中CTC和集中监测CSM设备连接，对内要与ZPW-2000轨道电路、轨旁电子单元LEU和输入输出接口连接，接口电路异常复杂，合理选用通信方式和分配通信资源是车站列控中心设备安全、可靠、稳定运行的基本条件。

1 高铁车站列控中心接口简介

高铁车站列控中心为了指挥动车组列车运行，需要与众多的内、外部设备进行通信连接，接口非常复杂，如图1所示。

图1 高铁车站列控中心接口连接示意图

（1）车站列控中心通过R接口与集中监测设备连接，接口类型是以太网、非安全通信接口。

（2）车站列控中心通过T接口与ZPW-2000轨道电路连接，接口类型是CAN总线、安全通信接口。

（3）车站列控中心通过V接口与区间信号机、轨道电路方向继电器、轨道继电器、灾害防护继电器灯等输入输出接口，接口类型是开关量、安全接口，通过PIO板实现采集、驱动。

（4）车站列控中心通过S接口与轨旁电子单元LEU通信，接口类型是RS422或以太网、安全通信接口。

（5）车站列控中心通过P接口与CTC站机通信，接口类型是RS422、安全通信接口。

（6）车站列控中心与联锁CBI、临时限速服务器TSRS、邻站TCC的U、Q、Y接口，为外部通信接口，通过安全数据网进行连接，接口类型是工业以太网，安全通信接口。

2 高铁车站列控中心接口电路原理与分析

高铁车站列控中心TCC接口电路主要分为两大类，第一类接口是高铁车站列控中心A、B机与自身管辖的ZPW-2000轨道电路、轨旁电子单元LEU和输入输出PIO之间的接口（如图2所示）。

图2 高铁车站列控中心通讯机笼通信接口

其中与ZPW-2000轨道电路的接口是通过CANA、CANB总线与通信接口单元连接，再通过CAND、CANE总线与ZPW-2000移频柜连接，两级CAN通信均采用安全冗余双通道连接；与轨旁电子单元LEU的接口是通过CANA、CANB总线与通信接口单元连接，再通过RS422与LEU交叉互联；与输入输出PIO接口的连接，通过PIO板实现各类开关量的采集和相关继电器的驱动功能。第二类接口是高铁车站列控中心与计算机联锁CBI、临时限速服务器TSRS、邻站TCC和CTC站机的接口，其中与计算机联锁CBI、临时限速服务器TSRS、邻站TCC的接口都是通过安全数据网实现互联互通的，安全数据网采用双网冗余100Base-T工业以太网、RJ45标准接口，采用RSSP-I安全通信协议，200 ms至500 ms固定周期交互数据，安全性、实时性和可靠性较高；而与CTC站机的接口并没有采用安全数据网，而是通过CANA、CANB总线与通信接口单元连接，再通过RS422与CTC-A、B机交叉互联。由上可见CAN总线在高铁车站列控中心接口电路中的重要性。CAN总线最初由博世公司于1987年开发，1993年成为标准，主要应用于汽车控制。CAN总线通信因具有准确性、实时性和可靠性的优点，所以高铁车站列控中心选用CAN总线用于列控A、B机与通信接口单元、通信接口单元与ZPW-2000轨道电路的安全通信。但其也存在不一致性、不可预测性和信道出错堵塞等漏洞。

（1）不一致性

CAN总线由于空间干扰、电源波动等原因，对于信息帧的倒数第二位，一部分节点A认为无错，而另一部分节点B认为有错。这时，节点B就会通知发送器重发，同时丢弃收到的帧；而节点A就会接收此帧，控制系统就可能产生严重的后果。高铁车站列控系统的CAN通信采用了双通道冗余技术较好地解决了“不一致性”这一问题。

（2）不可预测性

CAN总线节点有Error Active、Error Passive和 Bus Off三种状态，这三种状态在一定条件下可以互相转换。首先，节点由最高优先权的信息和其他信息共用，其他信息在传送过程中出现的错误会影响到节点状态；其次，进入Error Passive或 Bus Off状态的条件是发送错误计数器或接收错误计数器的值，由于CAN的原子广播特点，其它节点的发送错误或接收错误会开启一个错误帧，从而影响到该节点的接收错误计数器的值，进而影响节点状态。

（3）信道出错堵塞

CAN总线节点有可能受干扰或其它原因暂时或永久失效，出错的主机会命令CAN收发器不断发送消息。由于该信息的格式等均合法，因此CAN没有相应的机制来处理这种情况。根据CAN的优先权机制，比它优先权低的信息就被暂时或永久堵塞。

由以上高铁车站列控中心接口原理分析可以看出，车站列控中心A、B机与通信接口的单元的CANA、CANB通信由于要同时承担与管辖ZPW-2000轨道电路、LUE和CTC站机的通信，随着站场规模的增大，CAN通信数据量的急剧增加，CAN通信的不可预测性和信道出错堵塞缺陷发生的概率就会显著增大。同时CTC站机与车站列控中心属于两个不同的系统，不易通过CAN总线连接，否则CAN总线一旦发生故障，影响范围就会超出车站列控中心的管辖范围，就会给正常的运输秩序带来极大的干扰。

3 高铁车站列控中心与CTC站机接口改进措施

由图1可知，由于CTC站机同时与车站列控中心和计算机联锁有连接接口，能否取消车站列控中心与CTC站机的P接口，利用既有车站列控中心与计算机联锁的U、Q接口来实现车站列控中心与CTC站机信息传输功能呢？从理论上讲是可以实现的。

（1）列控中心通过U、Q接口向计算机联锁传输信息。

①闭塞分区状态；

②区间方向信息；

③灾害防护信息；

④改方信息；

⑤信号降级命令。

（2）列控中心通过P接口向CTC站机传送信息。

①管辖范围内的闭塞分区状态；

②区间信号机状态；

③区间方向；

④设备状态数据。

其中第①、③项信息列控中心已经通过U、Q接口向计算机联锁传输，第②、④信息列控中心通过U、Q接口没有向计算机联锁传输，但是可以将这两项信息附加在TCC发送数据包的预留信息区内进行传输。由此可见，取消车站列控中心与CTC站机的P接口，把原车站列控中心需要传输CTC站机的数据，可以改由车站列控中心与计算机联锁的U、Q接口传输，再由计算机联锁传输CTC站机，如图3所示。

图3 高铁车站列控中心接口连接示意图

车站列控中心与CTC接口的改进可以减轻了车站列控中心A、B机与通信接口的单元的CANA、CANB的通信负担，可以有效降低不可预测性和信道出错堵塞缺陷发生的概率；其次，可以将CAN通信故障的影响范围控制车站列控中心管辖范围之内。最后，取消车站列控中心与CTC站机的P接口，可以取消车站列控中心通信接口单元中的CI-GS板和CTC自律机对应的COM板，能够节约设备成本、降低硬件故障率。