CAN通信在微机联锁中的应用

精品文档-下载后可编辑CAN通信在微机联锁中的应用摘要:为保证微机联锁系统的高安全性和高可靠性,可将CAN总线运用到微机联锁系统中来。本文从CAN总线的特征入手,介绍CAN总线在微机联锁中应用的设计方案,在此基础上,进一步对应用后的系统进行安全性与可靠性分析。

关键词:CAN总线微机联锁通信安全性可靠性

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2022.10.048

国内铁路采用的微机联锁车站信号控制系统是一种集散式的控制系统。随着列车时速的逐步提高和分布式控制系统的完善,这一系统中各信号采集和处理与通信主模块间采用共享存储区并行通信技术,造成系统结构复杂,连线多、可靠性不高,系统可扩展性和通用性不强。并且,数据量的采集仍然是采用一根线与一个数据量对应的采集方式,这样布线起来便非常繁琐,因布线繁、乱,线与线之间必定会有些许干扰。另外,通信主模块与上位机之间采用串行通信,不可避免地会造成通信距离短,通信速度低,抗干扰能力弱,严重影响了整个控制系统的效率,由此提出基于CAN总线的分布式的微机联锁测控系统.

1、CAN总线的特征

CAN(ControllerAreaNetwork)总线的主要特征是采用多种工作方式和非破坏性的总线促裁方式,一方面能够保证通信方式灵活,另一方面也可以减少总线的冲突时间。另外,在传播和接受数据方面,也不用经过专门的“调度”,只需通过报文滤波,即可实现点对点、一点对多点的传播接收效果。CAN的最高通信速率能够达到1Mbps。直接通信的最远距离也可达到10km。为保证CAN通信数据的正确率,CAN的每帧信息都需经过检验措施的检验,如可利用CRC进行检验。同时,CAN总线还具有另一个特点:若某一CAN节点发生严重错误,在这种情形下,该节点会自动关闭数据输出功能,以避免其他CAN节点受到影响。正是由于CAN的这些特点,它能够很好地改进铁路信号控制系统的通信能力,减少线与线之间的电磁干扰,以便适应铁路高安全性的要求。

2、CAN总线在微机联锁中应用的设计方案

(1)系统的体系结构

该系统是由控制器、局域网、下位机和上位机组成的。各组成部分有各自不同的功能。控制器和局域网的主要作用是为了完成通信功能。下位机的主要作用是完成对信号机、道岔转辙机和轨道电路的数据采集以及负责一些控制任务。而上位机便是负责系统的命令和对现场状态的测试和监控。

(2)系统的硬件结构

在该系统中,一般使用工控机作为其上位机,同时将CAN通信适配卡插入上位机的扩展槽中,这样做的目的是想用CAN通信适配卡将CAN网络节点连接起来。系统中的控制器主要是用来处理CAN卡的通信数据。而系统中的下位机,以单片机为主,同时辅以FPGA(可编程逻辑门阵列),这样便可组成标准控制模块PLC(可编程逻辑控制器)。标准控制模块PLC在该系统中具有十分重大的意义,因为铁路上车站信号控制系统的制式大致相同,这样在该系统中便可通过CAN用多个标准控制模块将整个控制系统连接起来。

(3)系统中的软件设计

系统中的软件设计包括很多的程序功能模块,其中也涉及到下位机数据的采集程序、数据的收集程序以及信号控制命令执行程序等等。当然,最重要的软件设计程序体现在通信功能的设计上,在设计通信功能时,必须严格遵守CAN总线的通信协议规定进行编程。首先要对IPC与CAN通信卡之间的通信接口及CAN控制器进行初始化。前者包括对双端口RAM访问权的获得及释放和对双端口存储区初始化配置,后者则通过对CAN控制器内部存储器编程和配置,来管理CAN控制器在CAN总线上通信。在实际操作中,CAN卡发送数据流程相对容易实现,而接受数据程序则较难。从接收缓冲区中读取接收到的数据这一步实际上涉及端口的访问权,这一接收过程包括从缓冲区读取一帧数据,判断帧的类型,帧解包处理,释放对双端口的访问权,向IPC机发中断信号.将解包数据暂存于微控制器缓冲区,再由微处理器将数据传给IPC机等。

3、应用后的系统安全性与可靠性分析

铁路车站信号微机联锁系统必须具有高度的可靠性和安全性。在将CAN通信运用到微机联锁中时,也从系统的硬件和软件等方面进行了考虑。在系统硬件方面采取了以下几种措施:①在ISP、HART、CAN等现场总线中,我们选用了CAN总线,正是考虑到CAN总线具有非常强的抗电磁、抗干扰能力。CAN总线的这些优点早已在汽车监控系统中得到了体现。②选用工控机(IPC)作为上位机,而不时用PC机,也是因为IPC相比PC机而言,具有更高的稳定性和可靠性。③采用CAN总线后,可以避免一对一的数据量采集方式,大大减少了布线,从而降低了线与线之间的电磁干扰。④运用CAN总线,以便通信报文中出现错帧、超载帧时,能够及时发现错误和不良的运行状态,同时,也可通过在数据帧中留有冗余位来提高数据的冗余能力。另外,采用CAN总线,当某一CAN节点发生严重错误时,该节点会自动关闭数据输出功能,以避免其他CAN节点受到影响。在系统的软件设计方面,主要采用了软件容错技术。它是提高系统可靠性和安全性的有力手段。当系统中的某一硬件发生故障或者是软件发生错误时,系统不会因硬件和软件发生故障而执行错误的命令,它仍然是执行之前规定好的一组程序或者算法,这样,系统执行的结果便不会因故障的