重载列车智能化操控系统项目-系统结构设计规范.doc

项目编号 400 008 重载列车智能化操控系统 系统结构设计规范 版本记录 版本号 日期 修改章节 修改内容及说明 编制者 V0 1 2013 04 12 全部 新建 郝一凡 编制 2013 04 12 审核 2013 04 12 批准 2013 04 12 目 录 1 简介 7 1 1 系统简介 7 1 2 文档目的 7 1 3 文档范围 7 1 4 与其它开发任务 文档的关系 7 1 5 术语和缩写词 8 2 参考文档 9 3 系统设计原理 10 3 1 系统软硬件结构概述 11 3 2 软件结构和功能 12 3 3 硬件结构设计 14 4 接口设计 15 4 1 外部接口 15 4 2 内部接口 15 5 机械结构 16 图 目 录 图 3 1 智能化操控系统结构示意图 10 图 3 2 智能化操控系统总体架构图 11 图 3 3 智能化操控系统软件架构图 12 图 3 4 软件组件功能 13 图 3 5 组件协作示例 13 图 3 6 智能化操控系统硬件架构图 14 图 5 1 机械结构 16 表 目 录 表 1 1 术语解释表 8 表 2 1 参考文档列表 9 1 简介 1 1 系统简介 重载铁路智能化操控系统 以下简称 智能化操控系统 适用于重载铁 路货运领域 智能化操控系统结合重载列车动力分布无线重联控制技术 列车编组 调 度命令下达等运输组织模式以及结合重载铁路大轴重 长编组 复杂的线路状 况 动力分布无线重联控制系统等特点 构建重载列车智能化操控技术体系和 指标 实现列车智能操控 提供列车辅助自动控制等功能 保证列车运输安全 优化运行效率 提升线路运输能力的车载系统 1 2 文档目的 本文档定义智能化操控系统的结构并使其能够满足系统需求和系统安全需 求 本文档为系统整体设计方案 后续子系统和模块的具体设计必须遵循本设 计方案 1 3 文档范围 本文档描述了智能化操控系统的结构和接口设计 适用于智能化操控系统 开发生命周期的设计开发阶段 1 4 与其它开发任务 文档的关系 本文档根据系统需求规范和系统安全需求规范 确定系统的整体设计方案 后续子系统和模块的设计和开发需遵循本文档 当系统需求规范和系统安全需 求规范发生变更 或系统设计方案出现变化时 本文档将进行修改和相应版本 升级 1 5 术语和缩写词 表 1 1 术语解释表 缩写 术语 解释 MRSP Most Restrictive Speed Profile 最限制速度曲线 NBP Normal Brake Profile 常规制动曲线 MTBF Mean Time Between Failures 平均故障间隔时间 MTTR Mean Time to Repair 平均修理时间 LTE Long Term Evolution3 9G 无线通信 LKJ 列车运行与监控记录装置 DMI Driver Machine Interface 人机接口 TAX2 机车安全信息综合监测装置 MR Mobile Radio 移动通信模块 2 参考文档 表 2 1 参考文档列表 文档名称 版本号 R1 EN50126 Railway applications The specification and demonstration of Reliability Availability Maintainability and Safety RAMS 2006 R2 EN50128 Railway applications Communications signalling and processing systems Software for railway control and protection systems 2010 R3 EN50129 Railway applications Communications signalling and processing systems Safety related electronic systems for signalling 2009 R4 EN50159 1 2001 Railway applications Communications signalling and processing systems Part 1 Safety related communication in closed transmission systems 2001 R5 CTCS 2 级列车运行控制系统维护管理规程 2007 105 号文 R6 科技运函 2004 14 号 中国列车运行控制系统 CTCS 技术规范总则 2004 R7 科技运函 2010 138 号 列控中心技术规范 2010 R8 科技运 200 127 号 中国列车运行控制系统 CTCS 名词术语 V1 0 2008 R9 GB T 25119 2010 轨道交通机车车辆电子装置 2010 R10 GB T 12758 2004 城市轨道交通信号系统通用技术条件 GB T12758 2004 R11 GB T 24338 4 2009 轨道交通 电磁兼容 第 3 2 部分 机车车辆 设备 GB T 24338 4 2009 3 系统设计原理 智能化操控系统是国家科技支撑计划项目 轴重 30 吨以上煤炭运输重 载铁路关键技术与核心装备研制 的子任务 重载列车智能化操控系统研 制 该系统通过 LTE 网络获取行车运营计划信息 通过监听 TAX2 的 RS485 网络获取速度 位置 时分秒 机车信号 机车工况 支线 侧线 司 机号 副司机号 总重 计长 区段号 车站号等信息 通过监听车辆 RS485 网络获取电机电流 网压 主断状态等信息 结合车载的基础线路数据 装备 数据 科学地生成辅助驾驶规划曲线 目标在于提高司机规范操作列车 减少 车辆磨损和降低车辆能耗等 整个智能化操控系统结构示意图如 图 3 1 所示 图 3 1 智能化操控系统结构示意图 下面的章节将详细描述系统的结构设计 3 1 系统软硬件结构概述 图 3 2 智能化操控系统总体架构图 如图 3 2 所示 ZC 由具有相同软硬件组件的两系组成 每一系由如下软硬 件组件组成 硬件 LCD 主板 提供外部设备接口 音视频调理板 提供喇叭和屏幕的驱动 接插件接口板 提供 IC 卡 SD 卡的接口 电源调理板 提供电源 软件 分成平台层和应用层 包括程序文件和参数文件 通讯驱动 驱动外部通讯硬件获取数据的组件 文件系统 驱动外部存储设备获取数据的组件 音频驱动 驱动外部音频输出的组件 算法组件 实现算法逻辑的程序组件 应用组件 实现系统主体交互功能的组件 参数文件 线路数据库和配置参数 3 2 和 3 3 节将分别描述软件结构设计和硬件结构设计 3 2 软件结构和功能 图 3 3 智能化操控系统软件架构图 如图 3 3 所示 智能化操控系统的软件结构分为两个层 平台层 平台基于 WINCE 系统 主要由通讯驱动组件 文件系统组件 音视频驱动组件组成 通讯驱动组件 包括了 485 接口的驱动程序 ENET 的驱动程序和 CAN 驱动程序 该组件实现了从硬件接口中获取数据并向应用层 透传的功能 文件系统组件 提供文件系统支持 为应用层的事件记录 基础数 据下载等功能提供支持 音视频驱动组件 为应用层语音输出 屏幕显示功能提供硬件驱动 支持 应用层 实现智能化操控系统的各项功能 由应用组件和算法组件所组 成 应用组件 应用组件包括界面显示组件 通讯处理组件和文件处理 组件 实现系统的业务功能 算法组件 通过应用组件获取必要信息 计算出辅助驾驶规划曲线 同时提供辅助驾驶控车策略 图 3 4 描绘了各个软件实现的功能 图 3 4 软件组件功能 各个组件相互协作 最终实现智能化操控系统的各个功能 图 3 5 描述 了一个外部信息如何在各个组件中传递的过程 该图分为两层 下面一层表示 各个组件实体及组件间交互接口 上面一层表示各个组件及接口提供的服务和 行为 图 3 5 组件协作示例 详细的软件结构设计及组件之间的接口设计将在后续的文档 重载列车智 能化操控系统项目 软件结构设计规范 中阐述 3 3 硬件结构设计 图 3 6 智能化操控系统硬件架构图 图 3 6 是智能化操控系统的硬件结构示意图 如图所示 智能化操控系统 的硬件由如下四个模块组成 LCD 主板 使用 ARM9 芯片 EP9315 提供外部设备接口包括 I2C 接口 LCD 接口 CAN 接口 以太网接口 SPI 接口和数据接口 音视频调理板 负责驱动喇叭将语音信息输出 同时驱动屏幕输出影像 接插件接口板 提供 IC 卡和 SD 卡的接口 供外部数据导入导出使用 电源调理板 提供系统电源 4 接口设计 4 1 外部接口 如图 3 6 所示 智能化操控系统的外部接口为 RS485 CAN 以太网和电 源 RS485 接口 主要负责监听机车网络数据 CAN 接口 主要负责监听 TAX 箱与 LKJ2000 的通讯数据 以太网接口 主要通过 LTE 网络接收运营计划 4 2 内部接口 5 机械结构 采用主频 800MHz 搭载 WINCE 系统的一款平板电脑 显示屏幕大小为 9 7 寸 如 图 5 1 所示 图 5 1 机械结构