铁路大型电子DCS通信系统的优化设计与实现

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 铁路大型电子 DCS 通信系统的优化 设计与实现 摘 要： 由于铁路运输中存在较 多的影响因素，传统铁路大型电子通信 系统无法有效保障F 路运输安全。因 此，构建能够有效提升铁路运输安全性 能的铁路大型电子 DCS 通信系统。该 系统由通信主站模块、通信从站模块和 信号采集模块组成。通信主站模块利用 TMS570LS 技术获取对铁路车站联锁的 管理命令，并将其传输到通信从站模块。 通信从站模块根据管理命令管理铁路车 站联锁，并进行信号采集模块的驱动工 作。信号采集模块被驱动后，开始采集 铁路车站联锁信号。通信从站模块和信 号采集模块中的信号均传输到通信主站 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 模块进行统一的分析、优化和预警。系 统软件部分设计了信号传输损耗函数以 及系统存储器优化语言。实验结果表明， 所设计的系统能够有效提升铁路运输安 全性能，增加铁路车站通车量。 中国论文网 /8/view-12916213.htm 关键词： 铁路运输； DCS 通信 系统； 系统优化； TMS570LS 技术 中图分类号： TN99?34； TP283.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（ 2017）08?0158?05 Optimization design and implementation of large electronic DCS communication system for railway GUO Hong （Hohhot Vocational College， Hohhot 010051， China） Abstract： Since the traditional large electronic communication system for railway cant effectively guarantee the transportation safety of the railway due to -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 the multiple influence factors existing in the railway transportation， a large electronic DCS system of the railway was constructed， which can improve the railway transportation safety effectively. The system is composed of the communication master station module， communication slave station module and signal acquisition module. The TMS570LS technology is used in the communication master station module to acquire the management command for railway station interlocking， and send it to the communication slave station module. The communication slave station module manages the railway station interlocking according to the management command， and drives the signal acquisition module to acquire the railway station interlocking signal. All the signals coming from the communication slave station module and signal acquisition module are transmitted -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 to the communication master module for the unified analysis， optimization and early warning. The signal transmission loss function and system memory optimization language are designed in the third part of this paper. The experimental results show that the designed system can improve the safety of railway transportation and throughout capacity of railway station. Keywords ： railway transportation； DCS communication system； system optimization； TMS570LS technology 0 引 言 铁路是人们生活中必不可少的运 输工具，为保障铁路运输的安全性，提 升铁路车站的通车量，科研组织设计了 铁路大型电子通信系统1?4。由于在铁 路运输中山丘、高楼、隧道等影响因素 非常常见，使传统铁路大型电子通信系 统无法有效保障铁路运输安全性，导致 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 铁路车站的通车量偏低5?6。因此，构 建出一种能够有效提升铁路运输安全性 能的铁路大型电子通信系统，是目前科 研组织的重点研究方向。 以往研究的铁路大型电子通信系 统均存在一定问题，如文献7提出铁路 大型电子集中式通信系统，该系统能够 对铁路信息进行集中管理，其管控能力 强，在一定程度上保证了铁路运输的安 全性，但集中式通信系统的信息传输效 率较低，信息通道经常发生拥堵现象。 文献8提出基于 SIMIS 的铁路大型电 子通信系统，该系统由多种信息处理模 块组成，并利用计算机对信息进行集中 管控，硬件兼容性较高且能够较好地提 升铁路运输的安全性能。但该系统的算 法较为复杂，且硬件损伤率高。文献9 提出铁路大型电子 K5 通信系统，该系 统选用双极中央处理器实现铁路运输信 息的高速传输，并拥有良好的稳定性， 但该系统的整体效率不高，需要通过外 接设备进行铁路运输信息的再处理。文 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 献10提出基于 EBILOCK 的铁路大型 电子通信系统，该系统将通信优化系统 与铁路显示器相连，并采用全程分散式 管理的方式提升了铁路运输效率。但该 系统的管理方式过于保守，未能最大限 度地提升铁路运输的安全性能。 为了解决以上问题，构建铁路大型电子 DCS 通信系统。实验结果表明，所设计 的系统能够有效提升铁路运输的安全性 能，增加铁路车站通车量。 1 铁路大型电子 DCS 通信系统 设计 1.1 系统整体设计 铁路大型电子 DCS 通信系统由 通信主站模块、通信从站模块和信号采 集模块组成，如图 1 所示。 所设计的铁路大型电子 DCS 通 信系统是在传统通信系统的基础上，采 用分布式的管理方式进行铁路车站联锁 信息的优化。该系统利用通信从站模块 和信号采集模块分散控制铁路车站联锁 信息，再通过通信主站模块对铁路车站 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 联锁信息进行集中管理，进而优化铁路 运输的安全性能，提升铁路车站通车量。 1.2 通信主站模块设计 通信主站模块由控制芯片和 TMS570LS 平台组成。该模块利用 TMS570LS 技术获取对铁路车站联锁的 管理命令，并将其传输到通信从站模块。 图 2 是通信主站模块工作原理图。 图 2 中控制芯片的中央处理器的 选择应从铁路大型电子 DCS 通信系统 的安全性能入手，选用某公司生产 4590 中央处理器。4590 中央处理器作为应用 率较高的四内核处理器，拥有超高的解 码速度和安全性。通信主站模块利用 TMS570LS 平台实现 4590 中央处理器 的完美锁步，在一定程度上杜绝了铁路 大型电子 DCS 通信系统的运行故障。 TMS570LS 平台还提供给系统管理人员 多种运算程序，为铁路大型电子 DCS 通信系统的后期完善工作提供了技术支 持。图 3 为 TMS570LS 平台工作原理图。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 由图 3 可知，TMS570LS 平台的 工作流程为：TMS570LS 平台先对中央 处理器进行锁步处理，随后初始化中央 处理器。通信主站模块使用两个中央处 理器共同工作，以避免外界干扰电压频 率对铁路大型电子 DCS 通信系统电路 的运行产生不利影响。中央处理器 2 受 中央处理器 1 管控，二者工作的初始数 据均由中央处理器 1 统一传送，以同时 进行通信控制和优化。通信控制操作能 够及时检查出中央处理器的故障数据， 保障了铁路大型电子 DCS 通信系统的 正常运行。TMS570LS 平台也可对通信 主站模块电路中两个中央处理器的延迟 类型进行控制，并将二者延迟的循环周 期输出进行通信控制。 通信控制操作先M 行两个中央 处理器延迟循环周期的对比。若对比结 果显示两个中央处理器中的延迟循环周 期数据相同，通信主站模块则可进行铁 路车站联锁管理命令的获取工作；若不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 同，TMS570LS 平台将会对查询出的不 正常数据进行误差分析，并及时传输给 系统管理人员进行预警，同时将中央处 理器中的数据重置，重新进行延迟循环 周期的对比分析。 1.3 通信从站模块设计 通信从站模块根据通信主站模块 传输来的管理命令进行铁路车站联锁的 管理操作，并利用驱动平台进行信号采 集模块的驱动。通信从站模块被安装在 铁路轨道的两侧，方便其管理铁路车站 联锁。 通信从站模块先进行管理命令的 识别工作，按照管理命令所对应的铁路 车站联锁的位置，将管理命令由远及近 地进行分类。分类后的管理命令通信效 率更高，且不容易发生管理命令分配错 误的情况。当驱动平台接收到管理命令， 会先与通信主站模块进行管理命令的对 比工作，确定其准确无误后，再进行信 号采集模块的驱动工作。驱动平台与通 信主站模块两者直接相连，其连接示意 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 图如图 4 所示。 由图 4 可知，通信从站模块采用 多个驱动平台并联的方式，有效增强了 铁路大型电子 DCS 通信系统的安全性 与稳定性。高端定时器对两模块的对比 工作进行计时，所获取的计时数据将存 储于驱动平台。管理命令经由通用输入/ 输出接口进行传输。通信从站模块中的 工作数据也将经由模数转换后传输到通 信主站模块中进行通信控制和优化。在 此过程中，若通信主站模块检查出通信 从站模块的故障数据，将直接给予系统 管理人员预警信号。 通信从站模块根据对比无误的管 理命令，进行铁路车站联锁操作，并同 时利用驱动平台进行信号采集模块的驱 动工作。 1.4 信号采集模块 信号采集模块经通信从站模块中 的驱动平台驱动后，开始进行铁路车站 联锁信号采集工作。铁路车站联锁信号 是铁路通信的重要内容，经由对该信号 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 进行分析和优化，可使铁路车辆的运行 更加安全稳定，并有效提升铁路车站的 通车量。 信号采集模块由采集器和存储器 组成。采集器可同时进行铁路车站联锁 10 路信号的采集工作，存储器将所采集 到的信号存储为标准格式，并传输到通 信主站模块进行分析和预警。 2 铁路大型电子 DCS 通信系统 软件设计 2.1 信号传输损耗函数设计 为获取铁路大型电子 DCS 通信 系统的信号传输损耗值，假设信号传输 损耗为（是信号传输损耗总功率，是信 号传输总距离） ，信号输入功率为，信 号输出的平均功率为，三者在前向链路 中的函数关系如下： （1） 则大尺度路径损耗平均值的函数 表达式为： （2） 式中：是铁路车站联锁输入设备 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 和输出设备间的距离；是地平线标准距 离；是信号传输损耗参数；是铁路车站 联锁输入设备到地平线的平均信号传输 损耗。通常，的取值范围是100 m，1 000 m 。假设是常数，则有： （3） 由式（3）可进一步得到大尺度 路径损耗平均值，如下： （4） 在铁路运行中，山丘、高楼、隧 道等影响因素非常常见，为铁路通信带 来了较多不便，现给出这些影响因素输 出信号功率概率密度的表达式，以提升 铁路大型电子 DCS 通信系统的通信准 确率，如下： （5） 式中：代表影响因素与铁路车站 联锁输出设备的距离；代表密度参数， 取值为 4.343；代表影响因素的概率标 准差，单位为；代表初始信号的平均输 出功率，与存在函数关系如下： （6） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 因此，可获取影响因素输入信号 功率概率密度的表达式如下： （7） 式中：代表影响因素与铁路车站 联锁输入设备的距离；是初始信号的平 均输入功率；是影响因素通信参数；是 欧拉第二积分。 由以上各式可得信号传输损耗的 最终函数为： （8） 2.2 系统存储器的实现 铁路大型电子 DCS 通信系统信 号采集模块中存储器的性能直接决定了 通信效率，利用软件对该存储器进行优 化，其优化语言为： DOMAIN checkout：assignments=READ?ONLY_R ECALL； MERGE OPERATOR：working=RANDOM_ACC -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 ESS_RECALL； business1： （business ）； business2： （business ）； business3：working= RANDOM_ACCESS_RECALL （business）； inn0x300 /*the_dimension_of_inn_part */ heap0x5xx /*the_dimension_of_sys_part */ textra.contrast RECALL PAGINATION 0： /*PLCRandom_Access_Recall recall*/ PLC_RANDOM_ACCESS_RECALL（R -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 EAD/WRITE/EXECUTE）： init=0x0100，size=0x55x； PLC_EXTRA（READ/WRITE/EXECUT E）：init=0x8000，size=0x6FF； /* Interrupt the operation of the acquisition of the signal*/ CARRIER（ READ/WRITE/EXECUTE ）： init=0x0080，size =0x80； PAGINATION1： /*txt_recall，Reserved_Address*/ /*a_lot_of_insideDARANDOM_ACCESS _RECALL */ TXT_RANDOM_ACCESS_RECALL1 （READ/WRITE）： init=0x2800，size=0x200； TXT_RANDOM_ACCESS_RECALL （READ/WRITE）： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 16 init=0x100，size=0x2800； TXT_EXTRA（READ/WRITE）： init=0x4000，size=0x4000； 3 实 验 铁路车站的通车量和铁路运输的 安全性能息息相关，铁路运输的安全性 能越高，列车在行驶过程中所遇到的阻 碍就越小，运行效率就越高，铁路车站 的通车量就越多。为了验证本文设计的 铁路大型电子 DCS 通信系统能够有效 提升铁路运输安全性能，进行实验。实 验利用基于 SIMIS 的铁路大型电子通信 系统和本文系统，分别对反向链路和前 向链路的安全性能提升效果进行验证。 3.1 反向链路的安全性能验证 实验在铁路通信反向链路的不同 通信通道上，进行基于 SIMIS 的铁路大 型电子通信系统和本文系统对铁路运输 安全性能提升效果的验证，记录下实验 结果，并将其绘制成曲线图。图 5 是基 于 SIMIS 的铁路大型电子通信系统对反 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 17 向链路安全性能提升效果曲线图，图 6 是本文系统对反向链路安全性能提升效 果曲线图。 由图 5、图 6 可知，在反向链路 中，铁路大型电子通信系统对不同的通 信通道的安全性能提升效果也不同，这 是由于不同的通信通道，其节点中所涵 盖的影响因素也不同。基于 SIMIS 的铁 路大型电子通信系统对反向链路安全性 能的提升效果集中在36%，55% ，且 安全性能提升效果曲线存在明显的下降 趋势，证明该系统对铁路运输安