列车运行监控记录装置控制主机的研究与开发

摘要

列车运行监控记录装置是我国中低速(180Km/h以下)列车控制系统的重要车载设备,但现有装置在安全性、可靠性及数据管理方面存在一些不足。
　　 本文针对现有问题,从列车运行安全性和监控装置可靠性的角度出发,设计和实现了控制主机内部模块的功能及模块间数据通信的过程。本文采用双层冗佘CAN总线的通信方式,提高了系统通信的可靠性。
　　 本文简要阐述了通讯接口、输入输出通道以及冗余切换这些重要的软硬件单元,分析了这些单元的技术特点与具体实现。在此基础上,本文着重论述了主控制器软件的几个关键技术,设计了专门的存储格式实现了地面数据的管理与调用,设计了列车速度控制曲线的算法实现了列车控制速度的快速计算,特别是设计了一种基于混合存储器的混杂文件系统,其通过将小规模实时数据以日志的形式同步到铁电存储器(FRAM,Ferroelectric RAM)中,待数据积累到一定阈值时再转储到NAND闪存中的方法,实现了行车实时数据的高效、可靠储存。
　　 最后,本文对控制主机的功能、性能做了一系列的测试,特别对实时性,网络性能以及抗电磁干扰方面作了验证,表明监控主机具有较强的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究的现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 课题研究的意义

1.4 论文内容安排

2 监控主机的总体设计

2.1 列车控制系统原理

2.2 系统组成

2.2.1 电源模块

2.2.2 主控制器(监控记录模块)

2.2.3 输入输出模块

2.2.4 地面信息处理摸块

2.2.5 通信模块

2.2.6 显示器(上位机)

2.3 系统通讯

2.3.1 拓扑结构

2.3.2 通讯方式

2.3.3 冗余的实现

3 控制主机软硬件技术的简要论述

3.1 冗余切换

3.2 CAN通讯及其自检

3.2.1 基于SJA1000的CAN通讯

3.2.2 基于MCP2515的CAN通讯

3.3 485通讯及其自检

3.4 数字量输入及其自检

3.5 数字量输出及其自检

4 主控制器程序设计与关键技术研究

4.1 地面数据管理的设计与实现

4.2 数据记录的设计与实现

4.2.1 数据记录的特点及背景

4.2.2 教据记录的解决方案

4.2.3 数据记录文件的操作过程

4.2.4 数据记录文件的性能分析

4.2.5 数据记录文件的发送

4.3 控制算法的设计与实现

4.3.1 列车控制原理

4.3.2 速度控制曲线的确立

4.3.3 控制指令的计算与确定

4.4 通讯处理的设计与实现

5 控制主机的测试与验证

5.1 功能性测试

5.1.1 基本功能及精度测试

5.1.2 冗余切换

5.1.3 故障诊断

5.2 性能测试

5.2.1 实时性能测试

5.2.2 网络性能测试

5.2.3 EMC验证

6 总结与展望

6.1 课题总结

6.2 课题展望

参考文献

作者简历及在学期问所取得的科研成果