艾皖东，张 杨，王建荣，苏 醒

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

列车网络控制系统(train control and management system，TCMS)是列车控制系统的大脑，其接收各部件系统状态数据、输出车辆控制指令的同时，也在时刻记录网络系统数据[1]。其中，中央控制单元(central control unit，CCU)作为TCMS系统中央控制单元，可通过设备内置的铁电存储器记录列车运行数据。

为保证TCMS系统稳定可靠运行，列车配备2个CCU设备，二者互为主备冗余，当一个运行故障时，另一个立刻接替网络控制。当CCU运行故障或因车辆试验需要手动关闭，或者通过HMI对2个CCU设置数据不同时，都将导致2个CCU所记录的列车运行数据产生差异，当不同CCU作为主控时，发送给HMI的列车运行数据就会出现差异错误。因此，需要通过应用层完成对2个CCU存储列车运行数据的比较及同步，保证2个CCU存储列车运行数据的一致性。

CCU具有专用同步通信通道，但是随着列车智能化和数字化的快速发展普及，原通信通道容量无法满足智能化列车大数据的同步需要。因此，本文将主备CCU同步数据按照时间片传输，提出一种主备CCU数据分时同步方法，从时间维度增扩数据同步容量，同时制定同步数据协议，更好地满足列车运行数据同步功能。

1 列车网络控制系统

基于DTEC-2系统的TCMS采用模块化分布式控制技术[2]，具有车辆控制、通信管理、状态监控、故障诊断、显示控制和数据累积等功能，其中，显示控制包括与HMI交互数据并传输状态数据故障报警等；数据累积包括记录存储列车车号、列车轮径、列车里程和列车能耗等运行数据。

CCU采用主备双冗余结构，CCU通过总线与各系统通信并交互状态数据和指令数据，协同控制车辆各个设备工作。同时CCU将列车运行数据发送给HMI显示，直观地展示列车数据或提示报警异常数据。

2 CCU数据分时同步

2.1 主备通信

CCU保留了0xFF0、0xFF1端口，用于主备CCU之间数据通信。0xFF0和0xFF1周期为512 ms，长度为32 Byte，前4个Byte为底层保留用，后28个Byte为应用层数据。

首先在CCU设备配置文件mvb_confm中配置0xFF0和0xFF1为源端口，然后在应用层调用MVB_MASTER_SEND和MVB_MASTER_RECV函数，即开启主备CCU之间数据发送和接收。

2.2 数据记录

主备CCU列车运行数据会存储在CCU设备铁电存储器(FRAM，Ferroelectric RAM)中，FARM具备非易失性、更高读写耐久性和更低功耗等特点，断电后FARM记录的列车运行数据不会丢失。

CCU设备铁电存储器达1 024块，每块存储器容量达128 Byte，由应用层配置触发CCU铁电存储器数据的读取和写入，调用SYS_SET_FDDATA函数将数据写入铁电存储器，调用SYS_GET_FDDATA从铁电存储器读取数据。

2.3 数据分时同步

为更清晰地划分同步时间片，更好地传输列车运行数据，根据列车功能需求制定主备CCU数据分时同步协议[3-4]，如表1所示。0xFF0、0xFF1端口的长度均为32字节，其中1～4字节为CCU设备系统预留，应用层不可进行读写操作；5～30字节为应用层自定义数据；第31字节为分时码(范围0～255，0代表分时无效)。

表1 主备CCU通信数据协议

表1中，第1时间片(分时码1)主备CCU互相传输CCU版本、CCU状态字、列车总里程、列车总能耗和列车车号等；第2时间片(分时码2)互相传输列车轮径值和空压机工作时间；第3时间片(分时码3)互相传输车辆各系统能耗；直到第N时间片(分时码N)传输完成后，从第1时间片(分时码1)重新传输。

协议中第32字节为本CCU自累加生命信号，他CCU借助数据同步可收到本CCU生命信号，他CCU通过连续8个周期本CCU生命信号是否跳变判断本CCU是否正常运行，同样地，本CCU也在判断他CCU的运行状态。

主备CCU数据分时同步方法主要包括获取同步数据、打包同步数据、发送同步数据、接收同步数据、解析同步数据和使用同步数据6个步骤，具体如图1所示。

图1 数据分时同步流程图

1)获取同步数据。应用层获取对应的实时数据。

2)打包同步数据。分时码通过对本地循环计数值取余得到，若协议设定有3个分时码，则循环计数对数值3取余。应用层在对同步数据打包时，根据协议将获取的数据对应字节赋值，分时1传输的数据为同步数据内容+分时码1+本CCU生命信号，分时2传输的数据为同步数据内容+分时码2+本CCU生命信号，以此类推。

3)发送同步数据。使用MVB_MASTER_SEND函数发送数据。

4)接收同步数据。使用MVB_MASTER_RECV函数接收数据。

5)解析同步数据。本CCU接收到他CCU同步数据后，首先根据协议位解析他CCU的生命信号，若他CCU运行异常，则将他CCU同步数据置为0，防止数据错误。若他CCU运行正常，则解析分时码数值，将分时的同步数据按照对应协议解析取出后使用。

6)使用同步数据。本CCU完成对他CCU同步数据解析后，对于同步的数据变量，存在本CCU和他CCU两个数据值，则需要本CCU对2个数据值进行对比分析，具体处理规则示例如表2所示。

表2 主备CCU数据同步处理规则示例

根据同步规则处理后，使用SYS_SET_FDDATA函数将同步后的数据写入铁电存储器，并在CCU上电启动时使用SYS_GET_FDDATA函数从铁电存储器读取数据。

3 数据同步验证

列车总里程、列车总能耗和各系统能耗等数据可通过HMI设置。占有端HMI在设置列车运行数据时须遵守数据同步规则，若HMI设置数据不满足同步规则(如HMI设置主CCU车辆能耗数据小于主备CCU车辆能耗数据)，HMI设置数据无效。

根据列车网络拓扑连接CCU、HMI及供电电源，通过试验测试，本文方法达到预期功能，如图2所示。图2(a)、2(b)为在HMI上分别单独设置Ⅰ端、Ⅱ端CCU设备列车数据；图2(c)为将2个CCU设备通过MVB总线连接后同步的列车数据。

图2(a)中累计里程、总能耗、再生能耗、牵引能耗、辅助能耗、空调能耗数据分别为10、21、32、43、54、65；图2(b)中对应为10、32、21、54、43、66；数据同步后，图2(c)对应为10、32、32、54、54、66。其中，空调能耗差值未达到设定阈值，HMI显示II端主CCU数据。

图2 列车运行数据分时同步

主备CCU数据分时同步方法在低地板储能式有轨电车上通过试验验证，达到了预期功能效果，并且已批量装车应用。

4 结语

智能化列车的发展和普及对数据量提出了新的需求，限于原主备CCU数据同步通信容量，本文提出的主备CCU数据分时同步方法，将同步数据按照规定时间片传输，同时根据列车功能需求制定了数据协议，不仅从时间维度增扩数据同步容量，更好地满足现在的数据同步需求，也为后续项目提供应用参考。