基于RS485通信的列车重联设计

2024-02-03艾皖东

技术与市场 2024年1期

甘雨,艾皖东,李翀,张杨

中车株洲电力机车有限公司,湖南株洲 412001

0 引言

列车重联时,需要在车辆间进行数据交互,目前重联信号传输通常采用的是WTB网络。WTB网络信号传输对线路要求比较高,需要带有屏蔽层的双绞线作为传输介质[1],在传输介质无法满足要求的场合无法使用WTB。例如当列车之间连接无WTB专用线的平板车时,WTB网络数据无法传输。经验证,在使用无屏蔽层的普通硬线作为传输介质时,通过优化设计和调整通信速率,采用RS485通信方式可实现一定距离的数据传输。

本文着重介绍RS485重联软件的设计方法,为机车重联数据传输提供了一种方案,该方案可通过RS485通信方式实现列车之间重联数据的传输[2]。车辆连挂和解除连挂后,无需特殊配置,即可动态识别重联车数量及重联车车号,获取重联车信息。

1 重联网络结构

重联网络结构如图1所示,RCM(RS485通信模块)可实现MVB数据与RS485数据的互相转换[3],CCU与RCM之间采用了MVB通信方式,RCM与RCM之间采用了RS485半双工通信方式。机车重联时,从控车CCU通过MVB将重联数据发送给RCM,RCM转换成RS485数据,通过重联线发送给主控车RCM,主控车RCM将从控车RS485数据转换成MVB数据发送给CCU,完成重联数据的传输。

图1 重联网络结构

2 重联软件设计

2.1 功能描述

为提高司机操作的便捷性,重联软件设计上应尽可能地减少人为干预,在重联状态发生变化时,能做到自动识别、自动切换,在故障发生时,能输出提示信息。本软件设计可实现以下功能。①在主控车上查看所有从控车的重联数据。②列车上电并占有后,不需要经过任何其他配置,即可实现重联数据传输。③车辆可以任意编组,无需人为干预,软件可自动识别当前编组车辆的车号和数量。④解编后或重联线路断开,可自动切换编组显示,并提醒司机。⑤主从控车状态切换后,可自动切换数据传输方式。⑥车辆间自动换端,不需要重新识别编组状态,即可按之前的编组状态收发数据,减少车辆等待时间。

重联软件主要分为以下部分:MVB数据发送;MVB数据接收;RS485数据初始化;RS485重联状态识别;主从控车RS485数据发送与接收。

2.1.1 MVB数据发送

RCM将自身状态数据(如软件版本、生命信号),及接收到的其他车辆的重联数据,转换成MVB数据转发给CCU。

2.1.2 MVB数据接收

RCM通过MVB接收来自CCU的重联数据,并转换成RS485数据,其中包含本车车号、主从状态等信息。

2.1.3 RS485数据初始化

初始化RS485通信的波特率、奇偶校验、传输通道等参数,以及列车重联状态。初始化程序只在以下情况下执行,且仅执行1次:RCM模块上电时;列车初次占有时,或占有退出超过3 s且再次占有时;机车复位信号触发时;任意一个从控车的重联信号丢失时。

初始化的目的除了设置RS485通信参数外,主要是为了复位重联状态信号,使列车能够重新识别当前重联状态。自动换端操作时,为了减少车辆等待时间,不进行重联状态识别,因此若机车2次占有间隔在3 s以内,不复位重联状态信号。

2.1.4 RS485重联状态识别

机车占有,且执行RS485数据初始化程序后,RCM开始识别车辆重联状态,重联状态主要包括以下几个信号:从控车的数量;所有从控车车号;重联状态识别完成信号。

当列车中某一辆车初次被识别为主控车时,该车会根据设定的重联车车号识别范围,循环依次向所有可能的重联车发送数据请求,从控车接收到数据请求后,会向主控车发送相应的数据反馈。

主控车发送数据请求后,同时也会监听数据反馈,并保存每辆车最近3次的数据反馈。若连续3次接收到同一辆车的数据反馈不为空,则读取所有车最近3次的数据反馈,若至少有一次反馈数据不为空,则代表该车处于重联编组状态,从控车数量加1,并记录下车号,最终获得所有从控车车号和数量,至此,重联状态识别完成。其主要流程如图2所示。

图2 RS485重联状态识别过程

2.1.5 主从控车RS485数据发送与接收

车辆重联状态确定后,主控车按一定的时间间隔依次轮流向各个从控车发送数据请求(主帧),并同时接收来自从控车的数据响应(从帧)。主从帧数据结构如图3所示。

图3 主从帧数据结构

主帧共由8个字节组成,第1个字节是从控车车号,作为帧头以方便指定的从控车接收数据;第2个字节为功能码,由MVB重联数据的数据量决定,例如重联数据占用了2个32字节的端口0x60、0x61,则功能码有2个,分别为1和2,1代表0x60端口的数据,2代表0x61的数据;后面4个字节为所有重联车的车号(其长度可根据设计的最大重联车的数量进行调节);最后2个字节为CRC校验码。

从帧由32个字节组成,其中数据段有28个字节,为实际需要传输的重联数据。由于设计的从帧长度与MVB端口长度相同,因此可根据功能码,直接将从帧数据赋值给相应的MVB端口,省去了从帧数据组合与拆分过程。

主从控车RS485数据发送与接收主要流程如图4所示。对于每台从控车,主控车会根据功能码向从控车发送主帧,直到遍历完所有功能码,然后向下一台从控车执行相同操作,如此循环往复,直到重联状态发生变化。从控车接收到主帧中车号与本车相同时,则根据主帧中功能码选择发送不同端口的数据给主控车。注意,每次数据接收成功后,需要清除RS485缓存[3]。

主控车在发送主帧之后,下一次发送主帧之前,若没有接收到对应从帧,则等待1个周期,若仍然没有接收到从帧,则继续发送下一主帧。

从控车接收到主帧后,会读取主帧中所有重联车车号,提取与本车车号不同的车号及数量,若数量超过1,则置位重联状态识别完成信号。此操作目的是保证自动换端时,不用再次识别列车重联状态。车辆间自动换端后,新占有的主控车根据其从控状态时读取的重联车信息,直接向其他车辆发送数据请求,不需要再次识别列车重联状态。

2.1.6 数据校验与处理

为保证数据的可靠性,除了RS485数据传输时的奇偶校验外,还对每帧数据进行了CRC校验。对于主控车接收的从帧来说,若校验不通过,则重联数据保持不变。此外,从帧中包含了从控车CCU的生命信号,若超过一定时间该数据不变化,则会将重联数据清零,且会在显示器上提示RS485数据丢失。