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区间分布式轨旁信号控制系统的安全通信网络研究
| 论文题名： | 区间分布式轨旁信号控制系统的安全通信网络研究 |
| 关键词： | 分布式控制;轨旁执行单元;安全通信网络;光纤通信;信号控制系统 |
| 摘要： | 随着通信技术和计算机网络的发展，铁路通信网络也紧跟发展的步伐，采用了很多新技术。其中，区间分布式轨旁信号控制系统的安全通信网络是新技术在铁路通信系统中的典型应用。该系统能够对区间信号设备（信号机和轨道电路）进行实时监测和分布式控制，可以及时掌握信号设备状态，保证列车安全、高效运行。由于铁路信号系统是一个对安全性要求很苛刻的系统，因此，研究通信网络的安全性和可靠性具有重要意义。 与全电子计算机联锁系统结构类似，区间分布式轨旁信号控制系统由监控层、逻辑控制层、轨旁执行单元、现场设备层和轨旁安全通信网络组成。监控层实现人机之间的信息交互，逻辑控制层完成控制逻辑运算，轨旁执行单元则实现对现场信号设备的控制和状态采集。轨旁安全通信网络保证了现场设备与监控层之间信息传输的可靠性、实时性和安全性，因此，该安全通信网络是区间分布式轨旁信号控制系统中最关键的部分。基于铁路通信新技术及区间分布式轨旁信号控制系统的结构，结合网络通信技术、分布式控制技术和光纤通信技术，本文提出了一种新型可靠的轨旁安全通信网络，即用光纤代替信号电缆作为通信介质，组建安全可靠的光纤通信网络。 论文首先介绍了轨旁执行单元和铁路通信网络的应用现状，分析了区间分布式轨旁信号控制系统的功能需求和主要传输信息，并设计了该系统的基本体系结构和轨旁安全通信网络结构；然后，对轨旁通信单元中的通信接口转换模块进行了详细的软硬件设计，包括以FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）为微处理器的以太网-光纤通信接口转换模块设计和基于AVR单片机和FPGA的光纤-CAN通信接口转换模块设计。而后，根据信息传输的可靠性和安全性要求以及光纤通信技术的特点，把轨旁执行单元与控制主机之间的通信网络设计为高可靠性的可自愈双环冗余光纤通信网络；另外，基于安全通信协议整体结构和HDLC（High Level Data Link Control，高级数据链路控制）通信协议，进行了安全通信协议设计及安全性分析。最后，通过采用PING程序测试了设计的安全通信网络，并对轨旁通信单元进行了调试和验证分析。测试结果表明，轨旁安全通信网络较传统的通信网络具有更高的可靠性和安全性；并且把电子控制单元放置在现场信号设备附近的轨旁，构成的轨旁执行单元不仅减少了信号电缆的使用量，而且实现了对现场设备的分布式远程控制，真实地反映了设备的运行状态。 |
| 作者： | 郭少雄 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 魏宗寿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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