列控中心接口故障分析

黃宗慶

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

列控中心是列車運行控制系統(tǒng)的核心設備，其通過不同類型的接口與其它系統(tǒng)連接，傳遞相關控制信息，因此列控中心接口技術對整個列車運行控制系統(tǒng)十分關鍵。列控中心接口故障可能涉及的系統(tǒng)較多，對行車的影響大，技術又比較復雜。針對這一情況，文章以列控中心與聯(lián)鎖、調度集中、ZPW-2000軌道電路的接口為例，分析其接口構成、通信機制，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，結合列控中心現(xiàn)場應用情況，提出減少接口故障的建議與意見，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)是中國列車控制系統(tǒng)(CTCS)的核心設備，是列車運行控制的神經(jīng)中樞。車站TCC設置于聯(lián)鎖車站，與聯(lián)鎖系統(tǒng)、軌道電路、調度集中(CTC)、臨時限速服務器、LEU、集中監(jiān)測、相鄰站TCC有接口。它通過CAN總線與軌道電路連接，控制軌道電路發(fā)碼功能，實現(xiàn)區(qū)間方向及閉塞控制；通過與CTC接口向行車人員反饋閉塞分區(qū)狀態(tài)、方向、編碼及設備狀態(tài)；再通過安全數(shù)據(jù)網(wǎng)，接受調度指揮系統(tǒng)下達臨時限速命令和聯(lián)鎖系統(tǒng)當前的進路實時信息，實現(xiàn)應答器報文實時組幀、編碼、校驗和向LEU發(fā)送，通過有源應答器向列車動態(tài)傳送，從而實現(xiàn)對列車運行的動態(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，列控中心是信號系統(tǒng)的核心安全設備，其與多個系統(tǒng)進行通信，各系統(tǒng)間信息交互頻繁，一旦出現(xiàn)通信中斷，必然會對行車組織造成重大影響，因此列控中心與各系統(tǒng)的接口技術十分關鍵，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)之間的接口構成各不相同，尤其是各系統(tǒng)之間的接口涉及不同通信機制和通信協(xié)議，這給我們在日常維護和故障處理帶來了一些困難。本文就列控中心與聯(lián)鎖、CTC、軌道電路等系統(tǒng)的接口構成進行一些探討，并對常見的接口故障進行分析，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，設備與通信網(wǎng)絡均按冗余配置，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)。每系每個端口與外部設備兩系的對應端口(本系A口與對方兩系的A口，本系B口與對方兩系的B口)均建立通信鏈接。雙系同步時，主備系設備向外部設備的主備系發(fā)送相同的應用數(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自某連接通道的正確數(shù)據(jù)，即可認為該通道連接恢復。若不能從某一通道接收到正確數(shù)據(jù)時，應自動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方的主機信息時，即認為雙方間的通信完全中斷，須執(zhí)行安全措施。通信中斷后，列控中心按照車站無進路，進站信號機紅燈斷絲，無改方命令處理。同時控制進站口及到發(fā)線有源應答器發(fā)送默認報文，出站口應答器發(fā)送正常限速報文。

2.2 列控中心與CTC系統(tǒng)的接口

由車站列控中心負責收集其所管轄范圍內的中繼站信息，然后將本車站及其中繼站的綜合狀態(tài)信息轉發(fā)給CTC系統(tǒng)。CTC系統(tǒng)根據(jù)調度要求在車務終端上顯示各站的綜合狀態(tài)信息。車站TCC或無岔TCC與CTC間應采用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)。僅本地設備的主系向外部設備的主、備系發(fā)送應用數(shù)據(jù)消息；本地設備的備系僅向外部設備發(fā)送通信檢測數(shù)據(jù)。雙系同步時，主備系設備向外部設備的主備系發(fā)送相同的應用數(shù)據(jù)，備系數(shù)據(jù)僅用于通道檢查。TCC與CTC間通信還應包括接口版本校驗功能，若接口版本校驗未通過，則該數(shù)據(jù)不可用，系統(tǒng)輸出報警。

若CTC在10 s內沒有接收到TCC的任何消息，CTC應認為與TCC的通信中斷，按照所有狀態(tài)信息安全處理并輸出報警。若TCC在6 s內沒有接收到CTC的任何消息，TCC應認為與CTC的通信中斷，輸出報警。若接收方接受一條來自某連接通道的正確數(shù)據(jù)，即可認為該通道連接恢復。若不能從某一通道接收到正確數(shù)據(jù)時，應自動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CAN總線與軌道電路連接，CAN總線通信采用分時間片，主從式同步傳送方式，只允許從節(jié)點或從節(jié)點到主節(jié)點，不允許從節(jié)點之間互傳信息。列控中心通過冗余雙套化軌道電路通信盤與ZPW-2000軌道電路移頻柜進行連接，CANA和CANB為冗余關系，接口通信拓撲結構如圖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標準協(xié)議，并使用擴展結構格式。列控中心主機產生編碼數(shù)據(jù)幀，經(jīng)通信盤下發(fā)至軌道電路設備，用于控制發(fā)送器輸出信號的編碼命令；接收器產生狀態(tài)數(shù)據(jù)幀，經(jīng)通信盤上傳至列控中心，用于表示軌道電路當前狀態(tài)(占用或空閑)，并作為下一周期編碼計算的依據(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，一個工作周期的長短根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和技術要求來確定，一般設置在250～500 ms。接口的工作過程時序關系，如圖5所示。

圖5 TCC與軌道電路通信盤通信的時序圖

系統(tǒng)通信的基本過程如下：

(1)列控主機在一個周期開始時，首先發(fā)送編碼數(shù)據(jù)幀；

(2)通信盤經(jīng)過解包，向柜內設備轉發(fā)編碼數(shù)據(jù)幀；

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

(4)通信盤轉發(fā)同步幀；

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

(6)通信盤經(jīng)過打包，向列控主機轉發(fā)狀態(tài)數(shù)據(jù)幀；

(7)在通信間隙，列控主機根據(jù)上一周期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行編碼計算；發(fā)送器根據(jù)編碼數(shù)據(jù)幀的內容，產生列車控制所需要的調制信號；接收器根據(jù)編碼數(shù)據(jù)幀的內容，處理從鋼軌上返回的調制信號；

(8)轉到(1)，開始新的工作周期。

若TCC任一路總持續(xù)3 s沒有接受完整且通過校驗的某移頻柜的數(shù)據(jù)，則TCC應認為與該移頻柜通信中斷。若接收方接受一條來自某連接通道的消息，即可認為該通道連接恢復。若不能從某一通道接收到有效數(shù)據(jù)時，應自動采用冗余通道接收的數(shù)據(jù)。

當列控中心主系與軌道電路通信盤的兩路通道均故障，而備系與軌道電路通信盤的通信仍正常時，應執(zhí)行切機處理。列控中心雙通道均故障至切機完成，時間不應超過2 s。當列控中心認為軌道電路通信盤完全中斷時，應將所有相關區(qū)段置為占用狀態(tài)，并向監(jiān)測傳達相應的報警信息。

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次列車通過A站(無配線站)時，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A站機外停車，B站聯(lián)鎖機重啟2次后恢復正常。此后一段時間內，該故障現(xiàn)象重復發(fā)生。

3.1.2 故障原因

聯(lián)鎖機以太網(wǎng)板缺陷，偶爾會出現(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站進行數(shù)據(jù)抓包，通過捕獲的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖兩系相繼死機，實際原因為B站聯(lián)鎖撤銷對A站X進站信號機LXJ和TXJ的驅動后，獲取相應的采集狀態(tài)延遲時間，超過了聯(lián)鎖系統(tǒng)檢測混線故障時間，導致聯(lián)鎖與列控系統(tǒng)通信中斷。分析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，列控中心發(fā)出請求后，聯(lián)鎖系統(tǒng)未能及時應答，不能建立安全連接，導致列控中心與聯(lián)鎖系統(tǒng)安全通信中斷。通過進一步檢測網(wǎng)絡數(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)偶爾會不連續(xù)，甚至出現(xiàn)過發(fā)出的數(shù)據(jù)不對稱。最終確認為聯(lián)鎖系統(tǒng)以太網(wǎng)板設計缺陷，其底層數(shù)據(jù)收發(fā)不正常。該故障原因比較隱蔽，并存在自動恢復的情況，常規(guī)分析難以找到準確的故障點，導致故障重復發(fā)生，針對這種情況需要認真觀察，有計劃地進行硬件更換。造成故障的深層原因主要是：列控、聯(lián)鎖廠家執(zhí)行接口設計標準時，兩者通信機制不能完全匹配。鐵總運[2015]75號《高鐵列控中心接口暫行技術規(guī)范》規(guī)定，各廠家按照執(zhí)行后，此種故障將會大為減少。

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”報警信息，列控系統(tǒng)由A機主控切換為B機主控，調閱列控系統(tǒng)通信狀態(tài)圖，顯示列控A機與其他系統(tǒng)通信全部中斷。

3.2.2 故障原因

列控系統(tǒng)A機通信板故障，造成列控A機離線。

3.2.3 故障分析與處理

出現(xiàn)報警信息后，分別調閱列控維修機與CTC維修機的通信狀態(tài)圖，發(fā)現(xiàn)故障信息出現(xiàn)時，通信狀態(tài)圖上顯示列控A機與其他系統(tǒng)通信全部中斷，列控系統(tǒng)由A機主控切換為B機主控，初步判斷是列控A系故障。進一步檢查發(fā)現(xiàn)列控A系的主板及與CTC通信板(該板既負責與CTC通信，也負責與列控維修機通信)，發(fā)現(xiàn)列控A系主板上5號燈(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，最終確認是由列控A系CTC通信板損壞導致該故障。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通信中斷，導致維修機無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通信板不僅負責與CTC系統(tǒng)通信，還負責與列控維修機通信的情況，分析起來就一目了然了。

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警，調閱列控系統(tǒng)通信狀態(tài)圖，顯示列控B機與軌道電路通信異常。

3.3.2 故障原因

列控中心與通信盤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)報警信息后，分別調閱列控維修機與軌道電路維修機的通信狀態(tài)圖，發(fā)現(xiàn)故障信息出現(xiàn)時，通信狀態(tài)圖上顯示列控B機與軌道電路通信中斷。進一步檢查發(fā)現(xiàn)列控B機的軌道電路通信模塊CAN表示燈滅燈，表示CAN總線故障或無數(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。進一步檢查與軌道通信盤之間的通信，檢查過程中發(fā)現(xiàn)列控中心與通信盤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)圖恢復正常。本次故障處理，時間比較短，主要得益于故障分析與現(xiàn)場檢查同步進行，相互印證，從而快速確定故障原因。

3.4 故障處理綜合點評

(1)處理列控中心接口故障時，要善用相關的監(jiān)測工具，特別是列控維修機上的通信狀態(tài)圖，結合對應板件上的狀態(tài)指示燈，明確故障類型，快速縮小故障范圍，找到故障點及時處理。

(2)對于一些疑難故障，特別是一些故障現(xiàn)象出現(xiàn)后自動恢復，持續(xù)時間比較短，且故障發(fā)生頻率不高，難以當場捕捉到故障現(xiàn)象。針對這類故障，一方面要通過排除法來縮小故障范圍，明確一些重點可疑對象，有選擇地對一些設備進行更換，并加強對其的實時監(jiān)控；另一方面要借助特殊設備儀器，對相關的數(shù)據(jù)進行采樣分析、對比，在更深層次上查找原因，從而現(xiàn)實從根本上解決問題。

(3)日常維護中要高度重視調閱及網(wǎng)管工作，許多列控接口故障出現(xiàn)的前期，總會有一些數(shù)據(jù)傳輸異常或相關報警信息，并且列控中心接口基本都有冗余配置，一個通道出現(xiàn)問題，都會自動轉到備用通道，只要及時發(fā)現(xiàn)并處理，就不會對行車造成影響。

(4)從現(xiàn)場反饋的信息來看，列控中心與其他系統(tǒng)的接口故障主要集中在新開通的線路，主要原因：①軟硬件設計有缺陷，試驗過程中未檢測出來；②施工過程中，管理不嚴，導致部分精密設備損壞。采取措施：①對列控軟件仿真、模擬、連掛試驗進行嚴格把關，確保試驗徹底，無漏項；②設備管理單位對施工進行全程介入，保證施工質量，杜絕列控接口設備野蠻拔插。

(5)由于列控中心的接口涉及到多個系統(tǒng)，現(xiàn)場的一些維護管理人員可能對一兩個系統(tǒng)(例如列控、聯(lián)鎖等)比較熟，但是對整個信號系統(tǒng)如何緊密聯(lián)合協(xié)作并不掌握，特別是對各個系統(tǒng)間的通信機制是如何運作還缺乏了解。因此，我們還需要加強相關的培訓，特別是一些跨度較大的綜合性的培訓。因為處理高速鐵路信號系統(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，找到突破口，從而解決問題。

4 結束語

列控中心接口技術發(fā)展至今，標準化、模塊化是今后的大勢所趨，但是由于與列控中心連接的其他系統(tǒng)，在設備類型、通信機制、通信協(xié)議上有較大差別，導致各信號系統(tǒng)間的接口類型各異，對現(xiàn)場的維護管理和故障處理帶來了較大的挑戰(zhàn)。本文結合現(xiàn)場情況，對列控中心接口故障及日常管理上提出了一些切實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早日實現(xiàn)突破，實現(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