ATP系统与监测软件数据传输的研究

2010-05-08马常江

铁路通信信号工程技术 2010年2期

关键词：德黑兰字符列车

马常江

（中国铁路通信信号集团公司，北京 100071）

1 德黑兰地铁ATP系统的概况和组成

1.1 概况

伊朗德黑兰地铁1&2号线列车自动防护系统主要采用原瑞典ADtranz公司（现为庞巴迪公司收购）于上世纪80年代末、90年代初研制和生产的ATP自动控制系统，此系统在德黑兰地铁于2001年正式投入使用。

由于地面接收（发送）设备采用数字式无机械绝缘轨道电路模式，并根据线路的具体情况，从软件上特定了通过本段线路的极限速度，所以从严格意义上讲，它只是属于列车准移动闭塞的模式。同时此系统设备本身缺乏对司机操作和设备状态监督和记录，目前在德黑兰地铁1&2号线上所有商业运营的51列列车都安装了此套设备。

1.2 组成

（1）通信总线：MVB总线已广泛应用于列车运行控制系统，为主-从结构，主机和从机都连接于总线之上。

（2）微机处理单元：主要用来处理列车运行所需的各种数据，它通过I/O单元和其他模块进行通信，并将处理的数据发送出去，该模块也即ATP中央处理单元。

（3）I/O单元：每一个单元都为总线上的从机，并拥有各自的微处理器，ATP系统I/O单元结构如图1所示。

（4）接收线圈：通过安装在车头底部的2个接收线圈，列车从轨道电路接收信息，经过解调、滤波，送入CTIU。

（5）CTIU模块：是接收线圈和ATP其他系统之间传输数据的媒介。通过该系统将轨旁信息送入ATP系统，将从轨道电路接收的信号进行解调和滤波。如果数据准确，则送入ATP系统。

（6）速度-距离单元（SDU）：主要负责向ATP系统提供速度-距离信息。通过通道1和通道2接收速度计送出的脉冲信号，判断两组信号是否一致，从而控制列车运行。

（7）MFSD单元：德黑兰地铁ATP系统在驾驶室内包含人-机接口界面MFSD单元，它由许多微控制器组成，还包括显示器、距离测量仪、故障报警表示器。

实际上显示界面由MFSD和TDU构成，MFSD主要用来显示列车速度信息（如列车当前速度、最大允许速度、目标速度等），当ATP系统出现故障时，列车当前速度信息就会反映到显示器上。

（8）TDU单元：负责ATP系统与驾驶员之间的联系。它接受来自ATP系统的故障信息，向驾驶员显示。

2 ATP系统运行模式

德黑兰地铁ATP系统有如下3种控制模式。

（1）Yard模式：ATP系统的降级模式。例如在没有安装与之配套的轨道电路区段，列车就要依靠这种模式来保障运行安全。

（2）MCS模式：该模式下ATP系统降级使用，列车运行完全依靠驾驶员人工操作，ATP只监督列车的启动和制动过程。也就是说ATP系统只监控列车速度，当列车超速运行时，系统会立即启动制动。

（3）FMC模式：该模式下列车所有运行完全依靠驾驶员操作。如果ATP系统发生故障，FMC会立即启动。

3 ATP系统的监测和维护系统开发应用

德黑兰地铁ATC系统依靠ATC-SPY进行监测和维护,ATC-SPY检测到系统故障，将所需数据存储于文件数据库以便将来查找和分析。2套不同的车载ATC可以同时使用1套ATC-SPY软件进行检测，该系统通过串行连接与ATC各单元进行通信。

3.1 ATC-SPY软件功能

（1）监测信息可以随时记录并显示出来。

（2）用户可以自行选择监测信息的记录方式。（3）监测信息可以储存并通过Excel格式发送给其他软件系统。

3.2 ATP系统与ATC-SPY软件之间的数据通信

3.2.1 连接

用户能够通过测试来了解ATC-SPY软件是如何在ATP系统寄存器内部运行的，一个状态是列车停在车库里，另一个状态是列车行驶在正常进路中，如图2所示。

上述结构采用2台笔记本连接，其中一台安装ATC-SPY软件，另一台安装串行监测软件，从笔记本的串行端口接收数据，2台电脑通过串行接口进行通信。图2所示为串行监视器通过SM1电缆接入另一台电脑，这台电脑也可以通过SM2电缆连接到同一台笔记本上。ATC-SPY软件在ATP主机上运行发送通信数据，可以同时传输十六进制和十进制的数据，串行电缆用于2台电脑之间，通过RS-232的通信连接。

3.2.2 ATP系统和ATC-SPY之间的数据交换

ATP系统和ATC-SPY的通信依靠RS-232来完成，那么通信数据就要有指定的协议。因此数据必须设立一个起始位0和一个结束位1，中间的8位用来传输数据。相反，从串行监视器接收的数据就不用遵循此协议。

采用其他协议进行传输，内容同样是串行数据，这些协议基于框架消息，分别是面向字符的协议和面向位的协议。

3.2.2.1 面向字符的协议

本协议基于二进制字符ASCII码，该标准使用7位数据，加1位数据控制位或数据平衡位。该协议数据包括128个字符，其中95个用于显示数据，其他是控制字符。控制字符用来传输数据、测试数据和加减打印页码。本协议中控制数据传输的字符称作通信控制字符。从图3可以清楚看到，每个字符含有7位码，每一位用3个字母表示。在协议中，信息通过信息通道依照下列格式传输：标题字段；文本字段；错误检测字段，如图3所示。

本格式中，2位SYN用来保证数据传输的同时性，然后是字符SOH（Start Of Heading）和Header（包含地址和控制信息）。数据头部分以字符ETX结束，它同时指向文本字段传输的开始，文本字段长短不同，可能包含除了通信控制以外的所有的ASCII码。

文本字段以ETX结束，格式的最后是BCC（Block character），用于错误校验。面向字符的协议用于键盘、打印机、显示器与主机的通信，仅使用字母或数字形式。随着信息技术的发展，一般都采用二进制信息而非ASCII码，例如2台计算机经通信通道相互收发信息就是这样。

在本协议中，存在空闲的比特位是有问题的，因为每8位属于1个控制字符，如果那样接收系统就会出错。举例来说，如果有1个8位字符为10000011，接收器会认为是1个ETX字符，并认为已经接收完毕。如果一个信息有不同的长度或比特位，会认为是专用码，那么接收器从逻辑上分析就不会启动接收程序，并且不认为这是一条通信控制指令。

在面向字符的协议中，可以在通信控制指令前面加入1个DLE（Data Link Escape）字符来进行传输。在数据开始部分加入DLE和SOH 2个特殊字符，在结尾部分加上DLE和ETX 2个字符。这样如果数据中含有DLE字符，也就是将00010000加在数据中间，发送器设置了另外一个DLE的话，接收器将在接收所有DLE字符时报错，然后检查下8位数据。如果这8位和另一个DLE字符一样，接收器就会认为是一个完整数据并接收。需要指出的是，通过增加DLE字符的方法来加强数据清晰度并不是十分有用而且很难实现，因此提出了一种新的协议，改进了数据传输的清晰度，它就是面向位的协议。

3.2.2.2 面向位的协议

在这种协议中，数据通过命名框架特定的格式组织起来，这种框架包括数据部分、地址部分、控制和校验部分，其边界是以8位的标志位来设定。图4所示为该协议的框架结构，结构开始是1个01111110的8位标志位，接下来是地址和控制位，这种结构中数据本身的长度和格式可以任意，不受限制。

比较这2种从串行检测软件中接收数据的协议，它们在传输时都存在不足之处，所以不得不选择第三种方式。

3.2.2.3 两协议的比较

在接收数据时，比较串行检测软件和ATCSPY接收的数据，得出如下结论。

ATC-SPY从串行检测软件获取数据，将ATP系统的十六进制码转换成系统对应的十进制小数。通信开始前，系统获取到数据或时间信息，然后将十六进制码转化为带有前缀的十六个参数。前缀分为2部分，静态部分和动态部分。在静态部分中，设置1到16列（[00] to [0F]）；在动态部分中，16个参数排成一行，数据逐行进行校验。例如，前缀的第一行是[F0][02]，第二行是[E7]，相应的十六进制数就由ATC-SPY软件设置在前缀和列数之间，下面的就是数据及其通过ATC-SPY软件生成的十六进制数。