基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统及实现方法

摘要

本发明提供一种基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统，包括PAC控制器，PAC控制器分别配置在相互重联的机车上，每一个重联机车上还包括CAN总线卡，每一个重联机车上的CAN总线卡与所在重联机车上的PAC控制器相互连接，不同的重联机车上的CAN总线卡之间通过CAN总线连线一一对应连接。上述机车重联系统的实现方法，主要是同一机车中的CAN总线卡初始化成功后，其中一个CAN总线卡进入通信状态，另一个CAN总线卡处于待用状态；然后，由PAC控制器调配待用的CAN总线卡建立重联通信。与现有技术相比，本发明采用PAC控制器调配CAN总线卡组成重联通信网络，系统兼容性高、整合性强，增强了重联机车之间通信的实时性、可靠性，同时具有实施成本较低等突出优点。

说明书

技术领域

本发明涉及机车车辆通信领域，尤其是涉及一种基于PAC控制器的CAN总线机车 重联系统。

本发明还涉及一种基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统的实现方法。

背景技术

随着铁路运输的不断发展，在铁路干线电力牵引运行中，使用一台机车牵引有时 满足不了运输的要求，为了提升线路的通过能力，提高铁路运输的经济指标，就需要 采用多机牵引。通常，在使用多机牵引时，是由一名司机在一台机车上操纵，而将其 他各台机车通过机车两端的多芯电缆插头使其电气线路连接起来，实现由一名司机操 纵多台机车，这种运行方式就是机车的重联运行，其中，司机操纵的那台机车称为本 务机车(也叫1#重联机车)，非操纵机车称为重联机车(也叫2#重联机车)。各个重联 机车由于具有相同的电路，并且在电路上相互联接，从而能够达到同步运行、减少内 耗的目的。但是，现有的机车车辆重联系统成本较低的RS485、RS422等总线的通信实 时性、可靠性欠缺，而实时性、可靠性较好的MVB/WTB总线核心技术被外国公司垄断， 导致实施成本昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种基于PAC控制 器的CAN总线机车重联系统及其实现方法，提高重联机车之间通信的实时性、可靠性， 并且实施成本低，系统兼容性高、整合性强。

本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：基于PAC控制器的CAN总线 机车重联系统，包括PAC控制器，所述的PAC控制器分别配置在相互重联的机车上， 每一个重联机车上还包括CAN总线卡，每一个重联机车上的CAN总线卡与所在重联机 车上的PAC控制器相互连接，不同的重联机车上的CAN总线卡之间通过CAN总线连线 一一对应连接。

进一步地，每一个重联机车上所述的CAN总线卡的数量均为两个，每个CAN总线 卡均通过背板总线分别与所在重联机车上的PAC控制器电连接。

进一步地，每一个重联机车上的两个CAN总线卡编号顺序相同，其中一个重联机 车上的两个CAN总线卡分别通过CAN总线连线与另一个重联机车上编号相同的CAN总 线卡按顺序对应连接。

进一步地，每一条所述的CAN总线连线包含三根内芯线，并且每一条CAN总线连 线的两端分别与相互连接的CAN总线卡的CAN_H、CAN_L和GND输出端一一对应连接。

进一步地，所述的PAC控制器是CPU主频为520MHz的PAC控制器。

上述的基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统的实现方法，主要包括如下步骤

S1)机车重联系统上电，PAC控制器初始化；

S2)机车重联系统中的CAN总线卡初始化，如果同一机车中的CAN总线卡初始化 成功，其中一个CAN总线卡进入通信状态，另一个CAN总线卡处于待用状态；

S3)PAC控制器调配待用的CAN总线卡进行重联通信；

S4)重联机车之间通信成功的CAN总线卡之间建立重联通信。

进一步地，所述的S2)中，如果机车重联系统中的CAN总线卡初始化不成功，系 统报警提示故障，在判断、排除故障后，系统重新进入初始化进程。

进一步地，如果进入通信状态的CAN总线卡与另一重联机车上相互对应连接的CAN 总线卡通信成功，则重联机车之间建立重联通信。

进一步地，当进入通信状态的CAN总线卡与另一重联机车上相互对应连接的CAN 总线卡通信不成功时，PAC控制器调配待用的CAN总线卡进入通信状态。

进一步地，当PAC控制器调配进入通信状态的待用CAN总线卡与另一重联机车上 相互对应连接的CAN总线卡通信成功时，重联机车之间建立重联通信；如果通信不成 功，则系统报警提示故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：CAN(Controller Area Network)网络， 即控制器局域网，它是一种有效支持分布式控制或者实时控制的串行通讯网络，广泛 应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信；同时，CAN总线技术开放， 设计成本低，通讯可靠，具有经济性好、实时性强、抗干扰能力高和运用灵活等优点。 因此，本发明采用PAC控制器调配CAN总线卡组成重联通信网络，可以保证机车重联 系统运行的高速性、可靠性，提升重联机车的数据处理能力，增强重联机车之间通信 的实时性；而且，CAN总线抗干扰能力强，通讯速度快，通讯距离较长，保证重联机 车之间的通信可靠；另外，本发明还有利于降低重联机车通信系统的开发、使用成本， 并且系统兼容性高、整合性强。

附图说明

图1为本发明基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统的构造图。

图2为本发明基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统的电路连接图。

图3为本发明基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统的实现方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施 例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。

一种基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统，包括PAC控制器，所述的PAC控 制器分别配置在相互重联的机车上，每一个重联机车上还包括CAN总线卡，每一个重 联机车上的CAN总线卡与所在重联机车上的PAC控制器相互连接，不同的重联机车上 的CAN总线卡之间通过CAN总线连线一一对应连接；所述的PAC控制器是CPU主频为 520MHz的PAC控制器。

为了更加清楚、直观地说明本发明一种基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统， 将由司机操纵的本务机车定义为1#重联机车，非操纵机车定义为2#重联机车。如图1 所示，1#重联机车和2#重联机车上均配置有PAC控制器和两个CAN总线卡，每一个重 联机车上所述的CAN总线卡分别定义为1#CAN总线卡和2#CAN总线卡，配置在1#重联 机车上的1#CAN总线卡和2#CAN总线卡通过两条CAN总线分别与配置在2#重联机车上 的1#CAN总线卡和2#CAN总线卡相互对应连接起来，与CAN总线卡的序号定义相对应， 这两条CAN总线分别定义为1#CAN总线和2#CAN总线。重联机车之间正是通过相对应 的CAN总线卡分别相互连接建立起通信通路，即1#重联机车上的1#CAN总线卡通过 1#CAN总线与2#重联机车上的1#CAN总线卡对应连接，1#重联机车上的2#CAN总线卡 通过2#CAN总线与2#重联机车上的2#CAN总线卡对应连接。每一个重联机车上的两个 CAN总线卡均通过ISA背板总线分别与所在重联机车上的PAC控制器CPU相互通信， 各个重联机车上的PAC控制器、1#CAN总线卡、2#CAN总线卡均相同，使得1#重联机 车、2#重联机车具有相同的电路，并且在电路上相互联接，达到同步运行、减少内耗 的目的；同时，每一个重联机车上的两个CAN总线卡之间相互独立，从而排除了同一 个重联机车内部的两个CAN总线卡通信的相互干扰，提高了机车重联系统通信的抗干 扰能力，增强通信的可靠性。

为了进一步保证重联机车之间通信的可靠性，如图2所示，上述的基于PAC控制 器的CAN总线机车重联系统中，1#CAN总线连线和2#CAN总线连线均包含有三根内芯 线，为了便于区分，三根内芯线分别以红色、蓝色、黑色区分标识，并且，1#CAN总 线连线的红色、蓝色、黑色内芯线的两端分别与1#重联机车的1#CAN总线卡、2#重联 机车的1#CAN总线卡上的CAN_H、CAN_L和GND输出端一一对应连接通信，2#CAN总线 连线的红色、蓝色、黑色内芯线的两端分别与1#重联机车的2#CAN总线卡、2#重联机 车的2#CAN总线卡上的CAN_H、CAN_L和GND输出端一一对应连接通信。

本发明基于PAC控制器的CAN总线机车重联系统的实现方法，其主要包括如下步 骤：S1)机车重联系统上电，PAC控制器初始化；S2)机车重联系统中的CAN总线卡 初始化，如果同一机车中的CAN总线卡初始化成功，其中一个CAN总线卡进入通信状 态，另一个CAN总线卡处于待用状态；S3)PAC控制器调配待用的CAN总线卡进行重 联通信；S4)重联机车之间通信成功的CAN总线卡之间建立重联通信。

为了更加清楚地说明本发明的实现方法，现结合如图3所示的流程图予以详细说 明。具体而言，对于同一个重联机车，如1#重联机车，当系统通电后，PAC控制器开 始初始化1#CAN总线卡和2#CAN总线卡这两个网卡，如果1#CAN总线卡和2#CAN总线 卡的初始化不成功，则系统报警提示故障，在判断、排除故障后，系统重新进入初始 化进程；如果1#CAN总线卡和2#CAN总线卡初始化成功，由于默认情况下采用1#重联 网络，因此，1#CAN总线卡进入通信状态，而2#CAN总线卡则待用。当1#CAN总线卡 的CPU监测到通信成功时，系统启动1#重联网络之间的重联通信，此时，1#重联机车 上的1#CAN总线卡与2#重联机车上的1#CAN总线卡之间通过1#CAN总线得以建立重联 通信。但是，如果1#CAN总线卡的CPU监测到通信不成功时，则将CAN总线卡通信状 态实时反馈给PAC控制器主机CPU单元。当PAC控制器主机的CPU单元接收到1#CAN 总线卡传输的CAN通信失败的信息时，由PAC控制器主机的CPU单元调配2#CAN总线 卡进行通信；当2#CAN总线卡的CPU监测到通信成功时，启动2#重联网络进入通信 状态，此时，1#重联机车上的2#CAN总线卡与2#重联机车上的2#CAN总线卡之间通过 2#CAN总线得以进行重联通信。但是，当2#CAN总线卡的CPU监测到通信不成功时， 则系统报警提示故障，在判断、排除故障后，系统重新进入初始化进程。

需要说明的是，上述实现方法是以默认情况下采用1#重联网络优先通信进行说明 的，实际上，如果默认情况下采用2#重联网络优先通信，其具体实现过程同上流程， 在此不加赘述。

本发明采用基于PAC网络控制技术的控制器，再选配支持CAN总线协议的CAN总 线卡组建机车重联网络系统，其中，PAC控制器通过ISA背板总线分别给两块CAN总 线卡提供电源并发布工作命令，调配两块CAN总线卡进行通信；系统内的各个CAN总 线卡进行CAN数据传输接收和CAN总线链路层通信状态的监控，实时将CAN总线通信 状态反馈给PAC控制器的CPU单元，实现重联机车的网络通讯。由于PAC控制器包括 了PLC的主要功能和扩大的控制能力，并且上述结构中的PAC控制器主机是采用主频 为520MHz的高主频CPU，提升了整个网络系统的数据处理能力，并且通讯速度在150 米内可达250Kbps，从而有利于保证网络系统运行的高速性、实时性；同时，CAN总线 抗干扰能力强，通讯速度快，通讯距离较长，保证重联机车之间的通信可靠；因此， 本发明有利于降低机车重联通信系统的开发、使用成本，并且系统兼容性高、整合性 强，使得重联机车通信的实时性、可靠性均得以保证。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。