基于CAN总线的列控中心子系统的仿真测试平台

朱运祥，陈福恩，张 琦

（1.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2.北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

基于CAN总线的列控中心子系统的仿真测试平台

朱运祥1，陈福恩1，张 琦2

（1.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2.北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

在轨道电路系统的研发测试中，利用计算机仿真技术模拟高速铁路列控中心子系统，实现与轨道电路子系统之间的安全通信，不仅可以降低ZPW-2000A轨道电路实体设备试验的高昂费用，缩短试验时间，而且可以测试部分子设备的功能、性能和可靠性，提高开发效率。本文分析了高速铁路列控中心与轨道电路子系统之间的通信功能，继而实现设计算法，在实验室环境下模拟CTCS-3级高速铁路列控中心TCC与ZPW-2000A轨道电路之间的安全通信，开发了基于CAN总线双滤波模式的列控中心轨道电路子系统的仿真测试平台。

列车控制中心；ZPW-2000A轨道电路；计算机仿真；行车安全

目前，我国铁路自主研发设计的ZPW-2000A型轨道电路在传输安全性、传输长度、系统可靠性等方面均达到了较高水平，并通过了原铁道部技术鉴定，在全路推广使用[1]。 随着铁路新技术的不断发展和引进，ZPW-2000A型轨道电路也在不断地进行软件和硬件的升级与换代，然而限于铁路现场的特殊环境，不可能实时在现场做测试试验。因此如何利用计算机仿真技术模拟高速铁路列车控制（以下简称：列控）中心子系统，实现与轨道电路子系统之间的安全通信，搭建合适的高速铁路列控中心轨道电路子系统集成测试平台，在实验室环境下调试设备的软硬件特性与功能，显得极其重要。

本文基于CAN总线双滤波模式设计了列控中心轨道电路子系统的仿真测试平台。该平台可用于轨道电路系统发送器、接收器和轨道电路通信接口板等的开发测试和联调试验，提高开发效率，节约测试成本。

1 研究现状

ZPW-2000A型轨道电路是在UM71轨道电路基础上改进的一种轨道电路制式，其在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠性、可维修性以及提高技术性能价格比、降低工程造价上都有了显著提高。但是，国内没有专门针对ZPW-2000A型无绝缘轨道电路的仿真测试系统，仅有几家大型信号厂和高校实验室建有CTCS实验室。因此，利用计算机仿真技术，建立列控系统与轨道电路接口的各功能仿真模块，模拟列控中心与轨道电路之间的通信，有助于ZPW-2000A轨道电路软件及硬件设备的测试和评估，提高开发效率。

2 方案设计

2.1 总体设计

在列控中心轨道电路子系统测试平台中，模拟TCC通过CANAB总线与轨道电路通信盘连接，轨道电路移频柜通过CANDE总线接至通信组匣[2～3]。系统架构如图1所示。

图1 系统总体架构图

根据列控中心与轨道电路之间通信接口的功能分析，列控系统轨道电路子系统仿真模块主要设计为：同步数据处理模块、编码数据处理模块、状态数据处理模块、数据校验模块和时序控制模块。算法实现流程如图2所示。

图2 仿真系统数据处理模块

其中，同步数据处理模块用于模拟列控发送的同步数据，同步数据用于系统同步，收集轨道电路的状态数据。编码数据处理模块用于传输控制发送器输出信号的编码命令，即载频编码数据和低频编码数据。状态数据处理模块用于处理由轨道电路接收器产生的状态数据，状态数据用于表示轨道区段当前的状态，并作为下一周期编码计算的依据，图3所示为编码数据模块软件流程图[4～5]。

图3 编码数据处理模块软件流程图

2.2 CAN总线验收滤波设计

仿真列控中心轨道电路子系统通过CAN总线与轨道电路通信盘连接，CAN总线数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。在CAN 总线网络的设计过程中，滤波器的设置起着非常重要的作用，滤波器设置的好坏将直接影响整个系统的实时性和可靠性。CAN 控制器主要包括接口管理逻辑、CAN 核心模块、发送缓冲器、验收滤波器、接收FIFO 等，如图4所示[6]。

滤波器滤波方式有单滤波和双滤波两种，此处模拟列控中心与通信盘之间的通信速率设置为1 Mbps，接收滤波方式采用双滤波方式。总线通信采用分时间片，主从式同步传送方式，主节点为模拟TCC，从节点为轨道移频柜。只允许由主节点到主节点或到从节点，或由从节点到主节点部分，不允许从节点之间互相传送信息。其中，主节点ACR0.7～ACR0.6 = 10 bit，AMR0.7～AMR0.6 = 01 bit，用来判断数据流向。

图4 CAN控制器结构图

3 仿真系统测试及分析

按图1所示搭建测试环境，仿真列控轨道电路子系统TCC通过USBCAN2A的两路CAN连接至通信组匣的CANAB，柜2槽0、1位置放置1对冗余通信接口板AB，通信组匣外接24VDC电源，CAN3、CAN4外接至移频柜CANDE，CANC接至轨道电路状态监测机。利用USBCAN2A测试盒，记录分析CAN总线上的数据，如表1所示。

表1 测试案例及结果分析

分析表1中测试结果，USBCAN2A所测CAN总线上的测试数据，能满足轨道电路与列控中心之间的通信协议，基于CAN总线的列控中心子系统的仿真测试平台可以完成列控中心轨道电路子系统的通信功能，且性能可靠。

4 结束语

该方案在实验室环境下模拟CTCS-3级列控中心TCC与ZPW-2000A轨道电路之间的通信，开发了基于CAN总线双滤波模式的列控中心轨道电路子系统的仿真测试平台。可用于ZPW-2000A轨道电路的发送器、接收器等设备的功能测试、性能测试以及和轨道电路监测子系统的联调测试，极大地节约了软件及硬件设备的测试成本，对于轨道电路设备的软件和硬件升级等具有重要意义。目前仿真测试平台的通信数据帧仍然需要逐帧分析所测数据，在数据分析方面效率较低，下一步将开发数据分析平台，提高通信数据分析的能力，以便将计算机在数据仿真和数据分析方面的优势更好地应用到测试平台的开发中。

[1]邸洪涛.关于客运专线列车运行控制系统的探讨[J].铁路计算机应用，2007， 16（5）：21-22.

[2]赵怀东. ZPW-2000A型自动闭塞设备安装与维护[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[3]崔莹莹. CTCS3级列控系统仿真测试平台一轨旁设备仿真列车群模拟器的研究[D].北京：北京交通大学，2006.

[4]郭克新.Visual c++代码参考与技巧大全[M]北京：电子工业出版社，2008.

[5]张筠莉，刘书智.Visual CH实践与提高：串口通信与工程应用篇[M].北京：中国铁道出版社，2006.

[6]董庭琼，刘志浩，邵亚军.CAN总线验收滤波器设置方法研究[J].科技视界，2012（27）：72-74.

责任编辑 陈 蓉

Simulation platform for train control center based on CAN bus

ZHU Yunxiang1, CHEN Fuen1, ZHANG Qi2
( 1.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2.Beijing National Railway Research &Design Institute of Signal &Communication Ltd., Beijing 100073, China )

This simulation test platform was mainly used for the development of new track circuit system devices, which not only could greatly reduce the exorbitant test costs, improve the development eff i ciency, but also take the experiment of the subsystems about function, performance and reliability. This paper analyzed the communication between the train control center and track circuit subsystems, and then implemented the design algorithms, simulated secure communication between CTCS-3 train control center TCC and ZPW-2000A track circuit in a laboratory environment based on the CAN bus dual fi lter mode .

train control center; ZPW-2000A track circuit; computer simulation; train operation safety

U284.482∶TP39

A

1005-8451（2015）05-0044-03

2014-11-01

朱运祥，在读硕士研究生；陈福恩，副教授。