LonWorks电力载波重联通信装置

杨哲　陈秋娟　谢小婷　 张东方

摘   要：由于目前机车各种重联方式均存在不同程度的不足，研制了一种基于电力载波的重联通信装置，介绍了电力载波重联通信在机车重联中的运用方法。对LonWorks电力载波重联通信装置主要器件及性能参数、接口电路、装置结构进行了说明。重点介绍了电力载波软件握手与同步控制策略，各状态转移条件及其处理，并对电力载波重联通信装置进行了功能测试。测试结果表明，该装置可在DC74V电力线路上进行电力载波通信收发，载波线路电压波动不影响装置的正常工作。该装置使用安装方便，具备电力载波重联通信的推广运用的条件。

关键词：重联  电力载波  LonWorks  PL3150

中图分类号：TN913.6                              文獻标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（c）-0146-03

机车运用过程中，为加大单次运量，运行可靠性等要求，需要将多列机车重联编组运用，以提高运力、节约运营成本。重联编组中的列车，为保证其安全、高效、自动地完成作业任务，要求机车通过重联网络，共享列车状态及控制信息，以保障列车安全有序地运行。目前机车重联通信方式有有线专用网络重联、硬线重联、混合重联等多种方式。专用网络重联传输信息量大，通信复杂度高，但是对通信设备、线缆和连接器参数要求高，价格昂贵，后期维护难度较大;硬线重联简单可靠，价格便宜，但传输数据量小，通常需要设置非常多的重联硬线，因线路复杂，所以成本较高，维护困难;混合重联线传输数据量大，可靠性高，但线路复杂，价格昂贵，维护困难。因此，需要开发一种新的重联通信方式及设备，解决造价、通信数据量，维护兼顾的问题。

1  电力载波重联通信

电力载波通信是利用电力线传输数字载波信号的通信方式。目前已广泛应用于智能远程抄表，楼宇自动化，智能家居等领域。采用电力载波通信技术完成列车重联通信，可复用列车的重联硬线，作为载波通信物理介质，简化机车布线设计，实现重联复杂通信的同时，减少机车线路，降低生产和维护成本。

电力载波重联通信装置在车上与机车整车网络（或列车控制装置）连接进行数据交互。在车下与列车重联硬线相连并连接他车的重联通信装置进行电力载波通信数据交互。从而实现重联列车之间的数据交互功能。

2  关键器件、电路及装置结构介绍

2.1 电力线智能收发器 PL3150

PL3150芯片是Echelon公司研发的新一代电力线智能收发器。该收发器具有窄带脉冲处理，双载波频率，前向纠错，碰撞检测等技术。该芯片内置2K*8bit RAM，需外扩Flash作为程序存储器。具备12路可配置IO引脚，用于扩展外围设备（如指示灯，看门狗等）。该芯片供电电压等级为DC5V，IO引脚电压等级为5V。

PL3150在10MHz外部时钟速率时，可实现132kHz（主频）和115kHz（副频）的载波频率，符合CENELEC C波段标准，对应波特率为5.4kbps。

2.2 数字信号处理器 TMS320F28335PGFA

TMS320F28335PGFA芯片是TI公司研发的浮点DSP处理器，具有150MHz的高时钟速率。内置256k*16bit Flash，34K*16bit SRAM，可外扩最多（4k+1M+1M）*16位存储器或相应地址空间的外围设备。芯片自带3路SCI接口，2路CAN接口，可方便进行串口通信扩展。具备最多64路GPIO引脚，方便外围设备控制与管理。该芯片外围设备电压等级为DC3.3V，内核供电电压等级为DC1.8V-DC1.9V。同时具有XINTF接口，可方便外扩其他通信的子设备。

2.3 双口RAM芯片IDT7132

IDT7132LA-25JGI芯片是IDT公司研发的双口RAM芯片，具有2k*8bit存储容量。该芯片在PL3150和TMS320F28335PGFA之间，实现两个处理器进行数据交互的功能。

2.4 电力载波接口电路

电力载波接口电路包含载波耦合电路和信号放大/滤波电路。

耦合电路采用Echelon公司推荐的EXL-165-LT耦合变压器实现，并设置有硬件的过流保护和过压保护。

信号放大/滤波电路采用电阻、电容、三极管等器件实现，发送时将PL3150生成的波形转换成Vpp7V的正弦信号;接收时将Vpp7V的正弦信号转换成PL3150可识别的模拟波形信号。

PCB设计方面，接口电路设置有特殊的热耦合设计，防止恶劣温度下信号产生失真。

2.5 装置结构

装置采用全铝合金封闭式结构，对外电气结构采用DB9连接器和J18型连接器，方便对连接器进行屏蔽处理，以提高装置的电磁兼容性能。

装置外壳固定有导热块，导热块与内部板卡上的电源模块紧密搭接，提供良好的散热路径，能将热量迅速传递到外壳上进行散热。同时，装置两侧开有散热孔，方便空气回流散热。

内部电路板设计为单独一块，使用支撑住抬高，方便安装和拆卸。对外连接器固定到前面板上，防止线缆应力损伤。前面板设置8个LED人机接口，方便检查模块运行状态。

3  电力载波软件

为提高重联通信设备的通用性、互换性要求，可采用通用重联通信控制策略。该通信控制策略，满足自动读取重联编组列车的数量、车型、车号等信息，同时该策略需满足实时侦测功能，对任意时刻加入或移除列车后的重联列车编组进行重新自动匹配。该控制策略如下：