黃宗慶

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院， 北京 100081；2.南寧鐵路局， 南寧 530026)

列控中心接口故障分析

黃宗慶1. 2

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院， 北京 100081；2.南寧鐵路局， 南寧 530026)

列控中心是列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，其通過(guò)不同類型的接口與其它系統(tǒng)連接，傳遞相關(guān)控制信息，因此列控中心接口技術(shù)對(duì)整個(gè)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)十分關(guān)鍵。列控中心接口故障可能涉及的系統(tǒng)較多，對(duì)行車(chē)的影響大，技術(shù)又比較復(fù)雜。針對(duì)這一情況，文章以列控中心與聯(lián)鎖、調(diào)度集中、ZPW-2000軌道電路的接口為例，分析其接口構(gòu)成、通信機(jī)制，從而掌握每一種接口類型的特性，以便更好地處理接口故障；再以一些典型列控中心接口故障為例，結(jié)合多種診斷方法，分析故障發(fā)生的原因，制定排除故障的方法和步驟，并提出故障處理措施。最后，結(jié)合列控中心現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，提出減少接口故障的建議與意見(jiàn)，從而大幅減少列控中心接口故障，即使出現(xiàn)故障，也能及時(shí)得到正確地處理。

列控中心； 接口； 通信； 故障分析

1 概述

列控中心(TCC)是中國(guó)列車(chē)控制系統(tǒng)(CTCS)的核心設(shè)備，是列車(chē)運(yùn)行控制的神經(jīng)中樞。車(chē)站TCC設(shè)置于聯(lián)鎖車(chē)站，與聯(lián)鎖系統(tǒng)、軌道電路、調(diào)度集中(CTC)、臨時(shí)限速服務(wù)器、LEU、集中監(jiān)測(cè)、相鄰站TCC有接口。它通過(guò)CAN總線與軌道電路連接，控制軌道電路發(fā)碼功能，實(shí)現(xiàn)區(qū)間方向及閉塞控制；通過(guò)與CTC接口向行車(chē)人員反饋閉塞分區(qū)狀態(tài)、方向、編碼及設(shè)備狀態(tài)；再通過(guò)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)，接受調(diào)度指揮系統(tǒng)下達(dá)臨時(shí)限速命令和聯(lián)鎖系統(tǒng)當(dāng)前的進(jìn)路實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)答器報(bào)文實(shí)時(shí)組幀、編碼、校驗(yàn)和向LEU發(fā)送，通過(guò)有源應(yīng)答器向列車(chē)動(dòng)態(tài)傳送，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)控制，如圖1所示。

圖1 列控中心與其他系統(tǒng)的接口示意圖

從圖1可見(jiàn)，列控中心是信號(hào)系統(tǒng)的核心安全設(shè)備，其與多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行通信，各系統(tǒng)間信息交互頻繁，一旦出現(xiàn)通信中斷，必然會(huì)對(duì)行車(chē)組織造成重大影響，因此列控中心與各系統(tǒng)的接口技術(shù)十分關(guān)鍵，接口故障的處理也就顯得尤為重要。但是列控中心與其他系統(tǒng)之間的接口構(gòu)成各不相同，尤其是各系統(tǒng)之間的接口涉及不同通信機(jī)制和通信協(xié)議，這給我們?cè)谌粘＞S護(hù)和故障處理帶來(lái)了一些困難。本文就列控中心與聯(lián)鎖、CTC、軌道電路等系統(tǒng)的接口構(gòu)成進(jìn)行一些探討，并對(duì)常見(jiàn)的接口故障進(jìn)行分析，得到一些收獲并提出建議。

2 列控中心接口分析

2.1 列控中心與聯(lián)鎖系統(tǒng)接口

TCC(列控中心)與CBI(聯(lián)鎖系統(tǒng))間采用RJ45以太網(wǎng)接口連接，設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)均按冗余配置，TCC與CBI之間數(shù)據(jù)傳輸采用UDP協(xié)議，如圖2所示。

圖2 列控中心與聯(lián)鎖系統(tǒng)通信接口

TCC與CBI間應(yīng)采用RSSP-I安全通信協(xié)議。TCC與CBI間按250 ms至500 ms固定周期交互數(shù)據(jù)。每系每個(gè)端口與外部設(shè)備兩系的對(duì)應(yīng)端口(本系A(chǔ)口與對(duì)方兩系的A口，本系B口與對(duì)方兩系的B口)均建立通信鏈接。雙系同步時(shí)，主備系設(shè)備向外部設(shè)備的主備系發(fā)送相同的應(yīng)用數(shù)據(jù)，備系數(shù)據(jù)僅用于通道檢查。

TCC與CBI間若接收方接受一條來(lái)自某連接通道的正確數(shù)據(jù)，即可認(rèn)為該通道連接恢復(fù)。若不能從某一通道接收到正確數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)自動(dòng)采用冗余通道接收的數(shù)據(jù)。列控中心與聯(lián)鎖通信連續(xù)中斷 3 s 后，列控中心判定與聯(lián)鎖通信中斷。當(dāng)列控中心、聯(lián)鎖兩系的通道均持續(xù)6 s以上不能正確接收到對(duì)方的主機(jī)信息時(shí)，即認(rèn)為雙方間的通信完全中斷，須執(zhí)行安全措施。通信中斷后，列控中心按照車(chē)站無(wú)進(jìn)路，進(jìn)站信號(hào)機(jī)紅燈斷絲，無(wú)改方命令處理。同時(shí)控制進(jìn)站口及到發(fā)線有源應(yīng)答器發(fā)送默認(rèn)報(bào)文，出站口應(yīng)答器發(fā)送正常限速報(bào)文。

2.2 列控中心與CTC系統(tǒng)的接口

由車(chē)站列控中心負(fù)責(zé)收集其所管轄范圍內(nèi)的中繼站信息，然后將本車(chē)站及其中繼站的綜合狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)給CTC系統(tǒng)。CTC系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度要求在車(chē)務(wù)終端上顯示各站的綜合狀態(tài)信息。車(chē)站TCC或無(wú)岔TCC與CTC間應(yīng)采用RS-422電纜雙通道交叉冗余連接，并采取隔離措施，如圖3所示。

圖3 列控中心與CTC通信接口

TCC與CTC間應(yīng)采用RSSP-I安全通信協(xié)議。TCC與CTC間按500 ms固定周期交互數(shù)據(jù)。僅本地設(shè)備的主系向外部設(shè)備的主、備系發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)消息；本地設(shè)備的備系僅向外部設(shè)備發(fā)送通信檢測(cè)數(shù)據(jù)。雙系同步時(shí)，主備系設(shè)備向外部設(shè)備的主備系發(fā)送相同的應(yīng)用數(shù)據(jù)，備系數(shù)據(jù)僅用于通道檢查。TCC與CTC間通信還應(yīng)包括接口版本校驗(yàn)功能，若接口版本校驗(yàn)未通過(guò)，則該數(shù)據(jù)不可用，系統(tǒng)輸出報(bào)警。

若CTC在10 s內(nèi)沒(méi)有接收到TCC的任何消息，CTC應(yīng)認(rèn)為與TCC的通信中斷，按照所有狀態(tài)信息安全處理并輸出報(bào)警。若TCC在6 s內(nèi)沒(méi)有接收到CTC的任何消息，TCC應(yīng)認(rèn)為與CTC的通信中斷，輸出報(bào)警。若接收方接受一條來(lái)自某連接通道的正確數(shù)據(jù)，即可認(rèn)為該通道連接恢復(fù)。若不能從某一通道接收到正確數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)自動(dòng)采用冗余通道接收的數(shù)據(jù)。

2.3 列控中心與軌道電路接口

列控中心通過(guò)CAN總線與軌道電路連接，CAN總線通信采用分時(shí)間片，主從式同步傳送方式，只允許從節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)，不允許從節(jié)點(diǎn)之間互傳信息。列控中心通過(guò)冗余雙套化軌道電路通信盤(pán)與ZPW-2000軌道電路移頻柜進(jìn)行連接，CANA和CANB為冗余關(guān)系，接口通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 列控中心與軌道電路接口通信

列控中心與軌道電路通信采用ISO11898 CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，并使用擴(kuò)展結(jié)構(gòu)格式。列控中心主機(jī)產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)幀，經(jīng)通信盤(pán)下發(fā)至軌道電路設(shè)備，用于控制發(fā)送器輸出信號(hào)的編碼命令；接收器產(chǎn)生狀態(tài)數(shù)據(jù)幀，經(jīng)通信盤(pán)上傳至列控中心，用于表示軌道電路當(dāng)前狀態(tài)(占用或空閑)，并作為下一周期編碼計(jì)算的依據(jù)；此外，列控中心發(fā)送同步幀，僅用于系統(tǒng)同步。采用固定工作周期方式，一個(gè)工作周期的長(zhǎng)短根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和技術(shù)要求來(lái)確定，一般設(shè)置在250～500 ms。接口的工作過(guò)程時(shí)序關(guān)系，如圖5所示。

圖5 TCC與軌道電路通信盤(pán)通信的時(shí)序圖

系統(tǒng)通信的基本過(guò)程如下：

(1)列控主機(jī)在一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)，首先發(fā)送編碼數(shù)據(jù)幀；

(2)通信盤(pán)經(jīng)過(guò)解包，向柜內(nèi)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)編碼數(shù)據(jù)幀；

(3)編碼數(shù)據(jù)幀發(fā)送完成以后，列控主機(jī)發(fā)送同步幀；

(4)通信盤(pán)轉(zhuǎn)發(fā)同步幀；

(5)發(fā)送器、接收器接收到同步幀后，分別進(jìn)行延時(shí)，發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)幀；

(6)通信盤(pán)經(jīng)過(guò)打包，向列控主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)數(shù)據(jù)幀；

(7)在通信間隙，列控主機(jī)根據(jù)上一周期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行編碼計(jì)算；發(fā)送器根據(jù)編碼數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容，產(chǎn)生列車(chē)控制所需要的調(diào)制信號(hào)；接收器根據(jù)編碼數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容，處理從鋼軌上返回的調(diào)制信號(hào)；

(8)轉(zhuǎn)到(1)，開(kāi)始新的工作周期。

若TCC任一路總持續(xù)3 s沒(méi)有接受完整且通過(guò)校驗(yàn)的某移頻柜的數(shù)據(jù)，則TCC應(yīng)認(rèn)為與該移頻柜通信中斷。若接收方接受一條來(lái)自某連接通道的消息，即可認(rèn)為該通道連接恢復(fù)。若不能從某一通道接收到有效數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)自動(dòng)采用冗余通道接收的數(shù)據(jù)。

當(dāng)列控中心主系與軌道電路通信盤(pán)的兩路通道均故障，而備系與軌道電路通信盤(pán)的通信仍正常時(shí)，應(yīng)執(zhí)行切機(jī)處理。列控中心雙通道均故障至切機(jī)完成，時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2 s。當(dāng)列控中心認(rèn)為軌道電路通信盤(pán)完全中斷時(shí)，應(yīng)將所有相關(guān)區(qū)段置為占用狀態(tài)，并向監(jiān)測(cè)傳達(dá)相應(yīng)的報(bào)警信息。

3 列控中心故障處理

3.1 列控中心與聯(lián)鎖接口故障

3.1.1 故障描述

DXXX次列車(chē)通過(guò)A站(無(wú)配線站)時(shí)，B站(主控站)聯(lián)鎖與列控中心通信故障，被控站A站出現(xiàn)紅光帶，造成DXXX次列車(chē)A站機(jī)外停車(chē)，B站聯(lián)鎖機(jī)重啟2次后恢復(fù)正常。此后一段時(shí)間內(nèi)，該故障現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生。

3.1.2 故障原因

聯(lián)鎖機(jī)以太網(wǎng)板缺陷，偶爾會(huì)出現(xiàn)工作不穩(wěn)定、底層數(shù)據(jù)收發(fā)不正常，造成聯(lián)鎖與相關(guān)列控中心的通信異常。

3.1.3 故障分析與處理

列控、聯(lián)鎖廠家在B站進(jìn)行數(shù)據(jù)抓包，通過(guò)捕獲的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖兩系相繼死機(jī)，實(shí)際原因?yàn)锽站聯(lián)鎖撤銷對(duì)A站X進(jìn)站信號(hào)機(jī)LXJ和TXJ的驅(qū)動(dòng)后，獲取相應(yīng)的采集狀態(tài)延遲時(shí)間，超過(guò)了聯(lián)鎖系統(tǒng)檢測(cè)混線故障時(shí)間，導(dǎo)致聯(lián)鎖與列控系統(tǒng)通信中斷。分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，列控中心發(fā)出請(qǐng)求后，聯(lián)鎖系統(tǒng)未能及時(shí)應(yīng)答，不能建立安全連接，導(dǎo)致列控中心與聯(lián)鎖系統(tǒng)安全通信中斷。通過(guò)進(jìn)一步檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖系統(tǒng)以太網(wǎng)板發(fā)出的數(shù)據(jù)偶爾會(huì)不連續(xù)，甚至出現(xiàn)過(guò)發(fā)出的數(shù)據(jù)不對(duì)稱。最終確認(rèn)為聯(lián)鎖系統(tǒng)以太網(wǎng)板設(shè)計(jì)缺陷，其底層數(shù)據(jù)收發(fā)不正常。該故障原因比較隱蔽，并存在自動(dòng)恢復(fù)的情況，常規(guī)分析難以找到準(zhǔn)確的故障點(diǎn)，導(dǎo)致故障重復(fù)發(fā)生，針對(duì)這種情況需要認(rèn)真觀察，有計(jì)劃地進(jìn)行硬件更換。造成故障的深層原因主要是：列控、聯(lián)鎖廠家執(zhí)行接口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，兩者通信機(jī)制不能完全匹配。鐵總運(yùn)[2015]75號(hào)《高鐵列控中心接口暫行技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，各廠家按照?qǐng)?zhí)行后，此種故障將會(huì)大為減少。

3.2 列控中心與CTC接口故障

3.2.1 故障描述

XX站出現(xiàn)“列控系統(tǒng)故障”報(bào)警信息，列控系統(tǒng)由A機(jī)主控切換為B機(jī)主控，調(diào)閱列控系統(tǒng)通信狀態(tài)圖，顯示列控A機(jī)與其他系統(tǒng)通信全部中斷。

3.2.2 故障原因

列控系統(tǒng)A機(jī)通信板故障，造成列控A機(jī)離線。

3.2.3 故障分析與處理

出現(xiàn)報(bào)警信息后，分別調(diào)閱列控維修機(jī)與CTC維修機(jī)的通信狀態(tài)圖，發(fā)現(xiàn)故障信息出現(xiàn)時(shí)，通信狀態(tài)圖上顯示列控A機(jī)與其他系統(tǒng)通信全部中斷，列控系統(tǒng)由A機(jī)主控切換為B機(jī)主控，初步判斷是列控A系故障。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)列控A系的主板及與CTC通信板(該板既負(fù)責(zé)與CTC通信，也負(fù)責(zé)與列控維修機(jī)通信)，發(fā)現(xiàn)列控A系主板上5號(hào)燈(代表與CTC通信板連接狀態(tài))一直亮紅燈，其它燈位顯示正常，檢查列控A系CTC通信板，發(fā)現(xiàn)該板RUN燈亮紅燈(表示該板件故障)，基本確認(rèn)是CTC通信板故障，更換備用板件并重啟后，故障現(xiàn)象消失，最終確認(rèn)是由列控A系CTC通信板損壞導(dǎo)致該故障。本故障從通信狀態(tài)圖上看，列控A系通道全部中斷，很容易誤以為是列控A系主板出現(xiàn)故障，其實(shí)不然，狀態(tài)圖上A系通信全部中斷的原因是其與列控維修機(jī)通信中斷，導(dǎo)致維修機(jī)無(wú)法得到其正確的狀態(tài)，只能做全部中斷顯示。掌握到列控CTC通信板不僅負(fù)責(zé)與CTC系統(tǒng)通信，還負(fù)責(zé)與列控維修機(jī)通信的情況，分析起來(lái)就一目了然了。

3.3 列控中心與軌道電路接口故障

3.3.1 故障描述

某日XX站出現(xiàn)列控中心與軌道電路通信異常報(bào)警，調(diào)閱列控系統(tǒng)通信狀態(tài)圖，顯示列控B機(jī)與軌道電路通信異常。

3.3.2 故障原因

列控中心與通信盤(pán)連接使用的航空插頭針腳損壞，與插座接觸不良，造成列控B機(jī)與軌道電路部分通信中斷。

3.3.3 故障分析與處理

出現(xiàn)報(bào)警信息后，分別調(diào)閱列控維修機(jī)與軌道電路維修機(jī)的通信狀態(tài)圖，發(fā)現(xiàn)故障信息出現(xiàn)時(shí)，通信狀態(tài)圖上顯示列控B機(jī)與軌道電路通信中斷。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)列控B機(jī)的軌道電路通信模塊CAN表示燈滅燈，表示CAN總線故障或無(wú)數(shù)據(jù)傳輸，在檢查DP指示燈，亮燈；可排除通信模塊和ICU通信故障。進(jìn)一步檢查與軌道通信盤(pán)之間的通信，檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)列控中心與通信盤(pán)連接使用的航空插頭針腳損壞，與插座接觸不良，更換新的航空插頭后，故障現(xiàn)象消失，通信狀態(tài)圖恢復(fù)正常。本次故障處理，時(shí)間比較短，主要得益于故障分析與現(xiàn)場(chǎng)檢查同步進(jìn)行，相互印證，從而快速確定故障原因。

3.4 故障處理綜合點(diǎn)評(píng)

(1)處理列控中心接口故障時(shí)，要善用相關(guān)的監(jiān)測(cè)工具，特別是列控維修機(jī)上的通信狀態(tài)圖，結(jié)合對(duì)應(yīng)板件上的狀態(tài)指示燈，明確故障類型，快速縮小故障范圍，找到故障點(diǎn)及時(shí)處理。

(2)對(duì)于一些疑難故障，特別是一些故障現(xiàn)象出現(xiàn)后自動(dòng)恢復(fù)，持續(xù)時(shí)間比較短，且故障發(fā)生頻率不高，難以當(dāng)場(chǎng)捕捉到故障現(xiàn)象。針對(duì)這類故障，一方面要通過(guò)排除法來(lái)縮小故障范圍，明確一些重點(diǎn)可疑對(duì)象，有選擇地對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行更換，并加強(qiáng)對(duì)其的實(shí)時(shí)監(jiān)控；另一方面要借助特殊設(shè)備儀器，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣分析、對(duì)比，在更深層次上查找原因，從而現(xiàn)實(shí)從根本上解決問(wèn)題。

(3)日常維護(hù)中要高度重視調(diào)閱及網(wǎng)管工作，許多列控接口故障出現(xiàn)的前期，總會(huì)有一些數(shù)據(jù)傳輸異常或相關(guān)報(bào)警信息，并且列控中心接口基本都有冗余配置，一個(gè)通道出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到備用通道，只要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，就不會(huì)對(duì)行車(chē)造成影響。

(4)從現(xiàn)場(chǎng)反饋的信息來(lái)看，列控中心與其他系統(tǒng)的接口故障主要集中在新開(kāi)通的線路，主要原因：①軟硬件設(shè)計(jì)有缺陷，試驗(yàn)過(guò)程中未檢測(cè)出來(lái)；②施工過(guò)程中，管理不嚴(yán)，導(dǎo)致部分精密設(shè)備損壞。采取措施：①對(duì)列控軟件仿真、模擬、連掛試驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保試驗(yàn)徹底，無(wú)漏項(xiàng)；②設(shè)備管理單位對(duì)施工進(jìn)行全程介入，保證施工質(zhì)量，杜絕列控接口設(shè)備野蠻拔插。

(5)由于列控中心的接口涉及到多個(gè)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)的一些維護(hù)管理人員可能對(duì)一兩個(gè)系統(tǒng)(例如列控、聯(lián)鎖等)比較熟，但是對(duì)整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)如何緊密聯(lián)合協(xié)作并不掌握，特別是對(duì)各個(gè)系統(tǒng)間的通信機(jī)制是如何運(yùn)作還缺乏了解。因此，我們還需要加強(qiáng)相關(guān)的培訓(xùn)，特別是一些跨度較大的綜合性的培訓(xùn)。因?yàn)樘幚砀咚勹F路信號(hào)系統(tǒng)接口類的故障，不只要專，還得要全，只有放眼全局，才能從繁雜的現(xiàn)象中找到重點(diǎn)，找到突破口，從而解決問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

列控中心接口技術(shù)發(fā)展至今，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化是今后的大勢(shì)所趨，但是由于與列控中心連接的其他系統(tǒng)，在設(shè)備類型、通信機(jī)制、通信協(xié)議上有較大差別，導(dǎo)致各信號(hào)系統(tǒng)間的接口類型各異，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)管理和故障處理帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)列控中心接口故障及日常管理上提出了一些切實(shí)可行的方法和行之有效的措施，但還是期望列控中心接口技術(shù)早日實(shí)現(xiàn)突破，實(shí)現(xiàn)所有接口統(tǒng)一，從根本上扼制接口故障多發(fā)的情況。

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Analysis on Interface Fault of Train Control Center

HUANG Zongqing1.2

(1.China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081； 2.Nanning Railway Bureau,Nanning 530026,China)

The train control center is the core equipment of the train operation control system. The control system is connected with other systems through different types of interfaces. So the interface technology of the train control center is very important for the whole system.The train control center interface fault may involve multiple systems, has large impact on the traffic, its technology is more complex. In order to solve the problems, the paper analyzes the characteristics of each interface type, such as the interface structure, the communication mechanism and the ZPW-2000 track circuit, and then analyzes the causes of the fault and the methods of troubleshooting. Finally, combined with of the field application of the train control center, the suggestion to reduce the fault of the interface is proposed.

train control center; interface; communication； fault analysis

2015-12-01

黃宗慶(1986-)，男，在讀研究生，助理工程師。

1674—8247(2016)02—0001—05

U284.59

A