多机牵引无线同步控制系统中数据传输及可靠性研究
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摘要
随着计算机控制技术的发展,机车重联技术也在不断发展。根据机车重联的基本要求,重联装置应该能够实现重联机车同步换向、同步牵引、同步制动等功能。司机通过机车重联装置,只需在本务机车上就可对本务和非本务机车进行各种控制,并对其运行情况进行监视。其中采用多机牵引无线同步操控技术开行组合列车是实现重载运输的一个重要途径。本论文是根据成都机务段“机车无线重联同步操纵系统”项目要求,以SS3B电力机车为研究对象,针对现阶段电气重联中存在的问题,开发了基于无线传输的多机牵引无线同步操控系统来代替原有电缆传输信号的控制方式,从而提高机车的牵引能力并保证机车可靠运行。
本论文论述了无线同步控制系统的总体设计方案,介绍了系统的功能及系统的组成模块。为了提高数据无线传输的可靠性,对常用的几种编码理论及实现方法进行了认真的分析。随后给出了系统的硬件设计,并对无线传输模块及接口电路设计进行了详细的阐述。在此硬件平台之上,又分析了系统的两种工作模式,并给出两种模式下的工作流程及软件部分的具体实现,以及系统中CAN总线接口的软件设计。从系统方案,无线数据传输及系统软硬件抗干扰三个方面分析了系统的可靠性及提高可靠性的策略。对系统进行了实验验证,并对所取得的成果进行了总结。
With the development of the computer control technology, the Multi-locomotive technology is also under continuously development. According to the basic requirements of Multi-locomotive technology, the Multi-locomotive device should realize these functions such as synchronous commutation, traction, and braking of multi-locomotive, etc. Through the Multi-locomotive device, the driver can control the leading locomotive and the remote locomotive on the leading locomotive, and monitor the operation. It is an important way to realize heavy-load transportation by using the technology of Multi-locomotive and wireless synchronous control system to operate combined train. Bases on requirement of the project of Wireless Multi-locomotive synchronous operation and control system for Cheng Du Locomotive Depot, takes SS3B electric locomotive for research project, aims at problems exists in electric double heading at present, the paper develops multiple traction and wireless synchronous operation and control system instead of the old control mode using cable transmitting signals in order to improve locomotive's traction ability and ensure its' reliable operation.
At first, the paper discusses the overall design plan of the wireless synchronization control system, introduces the system's function and system's component modules. In order to improve the reliability of the wireless data transmission, the paper analyzes the several common coding theories and their implementations seriously. Subsequently, the paper presents the system's hardware design, and introduces the wireless transmission module and the interface circuit in detail. Based on the hardware platform, the two kinds of working pattern of this system are analyzed in the paper, the work flow under the two models , the realization of software and the software design of the CAN Bus Interface in the system are also given. Finally, the paper analyzes the system's reliability and the strategies of improving reliability from three respects: the system scheme, the wireless data transmission, and software &hardware methods of anti-interference in the system, gives the experimental verification of the system and summarizing of the achievements.
本论文论述了无线同步控制系统的总体设计方案,介绍了系统的功能及系统的组成模块。为了提高数据无线传输的可靠性,对常用的几种编码理论及实现方法进行了认真的分析。随后给出了系统的硬件设计,并对无线传输模块及接口电路设计进行了详细的阐述。在此硬件平台之上,又分析了系统的两种工作模式,并给出两种模式下的工作流程及软件部分的具体实现,以及系统中CAN总线接口的软件设计。从系统方案,无线数据传输及系统软硬件抗干扰三个方面分析了系统的可靠性及提高可靠性的策略。对系统进行了实验验证,并对所取得的成果进行了总结。
With the development of the computer control technology, the Multi-locomotive technology is also under continuously development. According to the basic requirements of Multi-locomotive technology, the Multi-locomotive device should realize these functions such as synchronous commutation, traction, and braking of multi-locomotive, etc. Through the Multi-locomotive device, the driver can control the leading locomotive and the remote locomotive on the leading locomotive, and monitor the operation. It is an important way to realize heavy-load transportation by using the technology of Multi-locomotive and wireless synchronous control system to operate combined train. Bases on requirement of the project of Wireless Multi-locomotive synchronous operation and control system for Cheng Du Locomotive Depot, takes SS3B electric locomotive for research project, aims at problems exists in electric double heading at present, the paper develops multiple traction and wireless synchronous operation and control system instead of the old control mode using cable transmitting signals in order to improve locomotive's traction ability and ensure its' reliable operation.
At first, the paper discusses the overall design plan of the wireless synchronization control system, introduces the system's function and system's component modules. In order to improve the reliability of the wireless data transmission, the paper analyzes the several common coding theories and their implementations seriously. Subsequently, the paper presents the system's hardware design, and introduces the wireless transmission module and the interface circuit in detail. Based on the hardware platform, the two kinds of working pattern of this system are analyzed in the paper, the work flow under the two models , the realization of software and the software design of the CAN Bus Interface in the system are also given. Finally, the paper analyzes the system's reliability and the strategies of improving reliability from three respects: the system scheme, the wireless data transmission, and software &hardware methods of anti-interference in the system, gives the experimental verification of the system and summarizing of the achievements.
引文
[1]贺敏.西南山区铁路推广多机牵引技术的讨论.铁道机车车辆.2002年第6期.
[2]孟玉发,汪强,韩笑.列车通信网络在SS3B型固定重联电力机车上的应用.铁道机车车辆,2003年第5期.
[3]王艳敏,王慧玲.基于GSM-R的列车运行控制系统.电工技术杂志,2004年第12期
[4]林通源,曹桂均.在我国重载铁路运输中采用机车同步遥控操纵技术的探讨.铁道科学研究院通信信号研究所.2001年
[5]尹陆军.电力机车状态监测系统研究.硕士学位论文.西南交通大学.2004年5月
[6]史德峰.机车监测数据无线传输技术研究.硕士学位论文.西南交通大学.2004年5月
[7]王俊峰.高速列车控制数据无线传输的实时性及可靠性分析.北方交通大学学报,2000年第5期
[8]潘田.基于GPRS的机车实时监测系统.国外电子测量技术.2006年10月
[9]Philips Semiconductors.P8Xc591 Single-chip 8-bitmicrocontroller with CAN controller.2000.7.
[10]Philips Semiconductors Co.CAN SPECIFICATION[Version 2.0].1991.9
[11]李宥谋,房鼎益.CRC编码算法研究与实现.西北大学学报.2006年12月.
[12]隗永安.CRC-16.编码在单片机数据传输系统中的实现.探测与控制学报.2000年6月.
[13]蔡东齐,赵海东,谢清援.循环码在铁路通讯安全中的应用.铁道运输与经济.第28卷第1期.
[14]杨杰,朱建锋,安建平.无线传输中的循环冗余校验码纠错应用扩展.北京理工大学学报.第25卷第8期.
[15]马宝甫.CRC校验快速查表算法及其应用.计算机工程与应用.1997年7月.
[16]王蕾,平静,马世霞.数据通信中CRC方法的原理与实现.河南机电高等专科学校学报.2006年05月.
[17]缪建明,陈冲,吴鸿超.数据采集系统中的CRC数据校验算法.福州大学学报.2003年6月.
[18]廖海红,张晶,周英凤.实现CRC算法的三种工程方法.井冈山学院学报.2007年6月.
[19]单亦先.利用循环码实现数字通信的差错控制.莱阳农学院学报.1999年4期.
[20]张晓晖,向小梅,饶炯辉.一种用于军事光纤通信系统的新型前向纠错码的研究.激光杂志.2006年第27卷第3期.
[21]杜凤付.PIC单片机串行通信中的汉明编码自动检纠错.单片机与嵌入式系统应用.2004年8月.
[22]许祥滨.纠错编码在低速率无线数据传输中的应用.厦门大学学报.2002年7月.
[23]赵建武,周航慈.提高汉明码对突发干扰的纠错能力.单片机与嵌入式系统应用.2004年1月.
[24]马华红,盛煜,张榆锋,施心陵.汉明码在提高nRF2401无线数据传输可靠性中的应用.生物医学工程研究.2004年3月.
[25]陆旭明.纠错编码算法在工程中的运用.自动化技术与应用.2006年第25卷第11期.
[26]刘小强,朱刚.高速铁路环境中无线信道传输特性的探讨.铁道通信信号.2007年04期.
[27]丁建文,蒋文怡,钟章队.GSM-R移动通信网络与列车控制系统的发展.中国铁路.2007年02期.
[28]刘丽华.铁路客运专线通信系统主要技术方案研究.中国铁路.2006年12期
[29]黄威,贾利民,钟彬.GSM-R数字移动通信系统及其应用.铁路计算机应用.2005年12期.
[30]王英洲,方旭明.短距离无线通信主要技术与应用.数据通信.2004年4期
[31]王陈海,吴太虎.短距离无线通信技术发展及在医疗监护中的应用.医疗卫生装备.2008年01期.
[32]张海滨,郑维智.短距离无线通信在控制中的应用.微计算机信息.2004年11期.
[33]丁志庭.关于大秦铁路开行2万吨重载列车的探讨.中国铁道学会重载委员会.
[34]高春明,冀彬,张波,大秦线重载组合列车的Locotrol技术应用研究.电力机车与城轨车辆.2006年第6期.
[35]陈松,李辉,张东升.大秦线Locotrol系统无线数传工作频段的选择.铁道通信信号.2006年4月.
[36]STR-35低功率无线数传模块使用手册.上海桑博电子科技有限公司.2006年7月.
[37]廖平,乔刚.基于nRF2401的近距离点对多点无线通信系统.现代电子技术.2006年11期.
[38]南新志.无线数据传输系统的实现.电子设计应用.2002年1月.
[39]杨春英.CAN现场总线系统设计技术及实现.舰船电子工程.2007年4月.
[40]Philips Semiconductors.PCA82C250 CAN controller interface data sheet,1997.10。
[41]盖宁.寻呼基站天线的作用及维护.现代通信.2001年08期.
[42]郦息明,陆小明.通信天线的特性和应用浅析.江苏水利.2004年4期.
[43]莫月琴,刘黎平,徐宝祥.双基地多普勒天气雷达天线架设高度设计及旁瓣污染分析.应用气象学报.2007年01期.
[44]周军全.基于现场总线的机车运用状态实时监测系统研究.硕士学位论文.西南交通大学.2004年5月.
[45]阎铁生,陈建明,肖经蔚,郭世明.机车电子控制柜计算机自动检测系统.机车车电传动.2004年第4期.
[46]BOSCH.CAN SPEC IFICATION(Version 2.0).BOSCH,USA,1991,
[47]PHILIPS Semiconductors Co..DATA HANDBOOK 80C51-based 8-bit Microcontrollers,1995.
[48]Nillsson J.Real-time control systems with delays.PhD thesis,Lund Institute of Technology,Sweden,1998.
[49]Jean J.Labrosse.Embedded Systems Building Blocks,2E.China Machine Press,2002
[50]邓柯军,李伟.基于P87C591的CAN总线控制系统的设计研究.世界电子元器件.2007年6月.
[51]熊小伏,田娟娟,周家启,欧阳前方.电力通信系统可靠性模型研究继电器.2007年14期.
[52]李良沫.电力通信系统安全可靠性的技术保护措施.电力安全技术.2000年04期.
[53]奚利民.微机应用系统中的抗干扰设计.舰船电子对抗.2001年01期.
[54]汪胜聪,滕勤,左承基.综述单片机控制系统的抗干扰设计.现代电子技术.2003年01期.
[55]史勇,谢晓霞.测控系统中的软件抗干扰技术.现代电子技术.2006年19期.
[56]王占操,梁厚琴,曹燕.单片机系统中的软件抗干扰技术.世界电子元器件.2003年06期.
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