分布式全电子计算机联锁系统光通信的研究

摘要

车站联锁系统是以技术手段实现以进路控制为主要内容的联锁功能的系统。它的主要目的是保证站内行车安全、提高铁路运输效率和改善行车人员劳动条件。近年来，随着我国铁路不断向电气化、高速化和重载化的方向发展，对车站联锁系统的可靠性、安全性的要求也进一步提高，传统的以铜芯电缆为传输介质的集中控制式计算机联锁系统，存在着易受电磁干扰、风险相对集中、工程造价高、施工及日常维护困难等方面的问题。
　　引领着未来通信发展潮流的光纤通信，不仅具有传输频带宽、通信容量大，损耗低、传输距离远，电磁兼容性和环境兼容性良好，体积小、重量轻、可挠性好，资源丰富、节约有色金属等优势。而且还随着光纤技术的发展，光缆的价格不断逐步降低，光设备的价格下降的更快。电信网络、国际互联网络等等的发展也都很好的证明了光纤作为传输介质的先进性和优越性，所以在铁路控制信号传输中光纤取代铜芯电缆、网络代替单一的传输线路是铁路信号现代化的必然趋势。
　　本文是在分析传统计算机联锁系统的结构、连接方式及可靠性安全性结构等的基础上，考虑现有的电气化、高速化和重载化的铁路运营环境，并结合分布式控制理论、网络通信技术、光纤通信技术等提出了一种新型的分布式全电子计算机联锁系统。
　　该新型的分布式全电子计算机联锁系统，是以带有自愈功能的光纤双环冗余网络代替传统的铜芯信号电缆，来实现联锁机与执行机之间的控制信息和状态信息的高可靠性双向传输;以TDMA(TimeDivisionMultipleAccess，时分多重访问)为本网络的介质访问控制方法;以HDLC(HighLevelDataLinkControl，高级数据链路控制)通信协议为基础，并结合分布式全电子计算机联锁系统光纤网络的实际情况，编写出适合本系统的通信协议。并基于CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)采用复接技术设计出适合本光环网络的多路串行数据光收发卡，该光收发卡相当于数据传输通道，由于双方串口的协议是一致的，它只是将串口的状态进行搬移，这样可以大大提高宏单元的利用率。通过分析可靠性和安全性之间的关系，并从网络结构和通信协议两方面对该光通信网络进行了安全性分析。最后，对整篇论文进行总结并对光纤通信在分布式全电子计算机联锁系统中的应用前景进行了展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容及章节安排

2 分布式全电子计算机联锁系统总体结构

2．1 传统计算机联锁系统

2．1．1 计算机联锁系统的系统结构

2．1．2 计算机联锁系统的连接方式

2．1．3 计算机联锁系统的可靠性与安全性结构

2．2 分布式全电子计算机联锁系统

2．2．1 分布式控制系统

2．2．2 系统构成及功能

2．2．3 轨旁执行单元

2．3 分布式全电子计算机联锁系统优势

3 系统光纤局域网网络结构及通信协议设计

3．1 通信传输介质选择

3．2 系统光通信网络结构设计

3．2．1 网络拓扑结构

3．2．2 双环光纤网

3．2．3 系统光通信网网络结构

3．3 网络介质访问控制方法选择

3．3．1 介质访问控制方法

3．3．2 系统中光局域网的介质访问控制方法

3．4 系统数据通信协议设计

3．4．1 HDLC通信协议

3．4．2 链路的传输过程

3．4．3 传输差错控制

4 串行数据光收发卡设计

4．1 硬件电路总体结构

4．2 功能电路设计

4．2．1 RS-232串行接口

4．2．2 MAX232芯片

4．2．3 高速光电隔离器6N137

4．2．4 JTAG接口

4．2．5 CPLD及芯片介绍

4．3 CPLD模块

4．3．1 CPLD模块设计思想

4．3．2 VerilogHDL简介及CPLD开发流程

4．3．3 CPLD模块的VerilogHDL实现

4．3．4 CMI编码VerilogHDL实现

4．4 光收发卡调试

4．4．1 调试平台搭建

4．4．2 CPLD调试

4．4．3 光收发卡测试

5 系统光通信安全性分析

5．1 安全性与可靠性关系

5．2 系统光网络结构安全性分析

5．3 系统通信协议安全性分析

结论

致谢

参考文献

附录A 电路主板

攻读学位期间的研究成果