FZL·Z20車載ATC設備在線檢測裝置的研究

孫會勇

（長春市軌道交通集團有限公司，長春 130012）

1 概述

1.1 ATC系統

城市軌道交通列車自動控制（ATC）系統，通常包括3個子系統。

1）列車自動監控子系統（ATS）；

2）列車自動防護子系統（ATP）；

3）列車自動駕駛子系統（ATO）。

長春輕軌4號線核心信號系統采用中國鐵路通信信號集團公司研制的基于數字化無絕緣軌道電路的準移動閉塞ATC系統。該系統由區域控制中心（含聯鎖）設備、數字化無絕緣軌道電路設備、車載ATC設備、中心/車站自動監督ATS設備等組成，主要作用是實現列車的間隔控制、進路控制、超速防護和自動駕駛。該基于數字化無絕緣軌道電路的ATC系統，在信號傳輸、信號處理過程中均實現數字化，車載設備可以實現列車一次制動模式曲線控制及智能化自動駕駛控制。

1.2 車載ATC設備

FZL·Z20型車載ATC設備如圖1所示，應用在長春輕軌4號線工程的23列列車上，包括ATP、ATO和TWC設備，可實現ATP防護下的列車自動駕駛。

車載ATP設備包括記錄板、電源板、通信板、輸入板、輸出板、STM板、主控板、繼電器板、CAN板、速度板、緊急制動繼電器盒、電源盒和ATP天線等。

車載ATO設備包括電源板、主機板、I/O板和控車板等。

車載TWC設備包括電源板、發送板、功放板、接收板、發送天線和接收天線等。

1.3 在線檢測目的

在線檢測裝置是為實現FZL·Z20型車載ATC設備快速在線維修和檢測。使用本檢測裝置，可快速對車載ATC設備工作狀態進行在線檢測。出庫前的檢測工作，確保了車載ATC設備工作正常才允許上線；回庫后的檢測工作，可以及時有效地檢查出車載ATC設備是否存在故障。

2 檢測裝置的功能

FZL·Z20型車載ATC設備在線檢測裝置的主要功能如下。

1）有效地檢測ATP天線的完整性和STM板的解碼功能。

2）有效地測試STM板的靈敏度。

3）可模擬列車經過TWC環線交叉點。

4）有效地檢測TWC發送天線的完整性和發送板、功放板的發碼功能。

5）有效地檢測TWC接收天線的完整性和接收板的解碼功能。

6）可檢測ATP與STM板之間的通信功能。

7）可檢測TWC與ATP、ATO之間的通信功能。

3 檢測裝置的原理

檢測裝置采用Xilinx的FPGA作為主處理器，外接PWM驅動、功率放大電路、AD轉換和觸摸屏顯示器等設備，既有發碼功能，又有解碼功能，同時還能模擬列車經過交叉點。

檢測裝置為便攜式設計，采用鋰電池供電，支持在線充電。

3.1 硬件結構

檢測裝置由以下模塊組成：?1）邏輯控制模塊；?2）信號發送模塊；?3）信號接收模塊；?4）電源管理模塊；?5）顯示模塊。

檢測裝置的硬件結構如圖2所示。

3.2 發碼電路

檢測裝置的發碼電路如圖3所示。

FPGA通過RS-232接口接收來自顯示模塊的發碼工作模式命令，根據命令確定當前是發送DTC編碼、TWC編碼還是TWC交叉點，FPGA產生對應信號的PWM波，經過PWM驅動電路后送到功率放大及濾波電路，濾波后輸出FSK信號。通過反向控制器后輸出到小環線上，小環線布置到列車車底的STM天線或TWC接收天線下方，即可實現發碼功能。

為了監測發送信號的電流，在小環線出口處串聯一個采樣電阻，從電阻上采集到的信號經過采集電路和AD最后送給FPGA，由FPGA對信號的幅度進行計算，最后轉換為實際的環線電流。

3.3 解碼電路

檢測裝置的解碼電路如圖4所示。

當FPGA接收到解碼工作模式指令后，啟動解碼功能，接收探頭感應到的TWC車對地信號，經過濾波偏置電路后送到AD進行模數轉換，最后送給FPGA進行解調，解調出來的數據通過RS-232接口送給顯示模塊進行顯示。同時還計算當前感應到的信號幅度，也發送給顯示模塊進行顯示。

3.4 模擬交叉點電路

模擬過交叉點電路如圖5所示，是由繼電器實現的。當繼電器處于落下接點時，輸出信號與輸入信號同相，假設此時信號為正相位。當繼電器吸起，輸出信號與輸入信號相位相反，此時輸出信號為反相位。通過繼電器的吸起和落下，可實現輸出信號相位的變化，以此實現模擬TWC天線過交叉點。

3.5 軟件設計

檢測裝置的軟件分為兩部分，一部分為顯示模塊的軟件，另一部分為邏輯控制模塊的軟件。

顯示模塊的軟件主要完成人機交互。把人工選擇的工作模式轉換成命令發送給邏輯控制模塊，還把需要發送的編碼發送給邏輯控制模塊，同時把邏輯控制模塊送來的編碼數據、狀態和電流、電壓參數進行顯示。

邏輯控制模塊的軟件主要完成發碼、解碼、產生模擬交叉點信號和檢測電池容量的功能。

4 使用方法

使用檢測裝置對車載ATC設備進行檢測時，必須先打開車載ATC設備，依次對ATP天線和STM板、TWC接收天線和接收板、TWC發送天線、發送板和功放板進行檢測。

4.1 檢測ATP天線和STM板

檢測裝置小環線布置如圖6所示，把檢測裝置的小環線沿鋼軌方向放置在兩個ATP天線下方鋼軌的頂面，與ATP天線垂直，小環線放置的長度在ATP天線下方前后不小于0.5?m，并保證靠近ATP天線下方的位置小環線與鋼軌密貼。

打開檢測裝置電源，顯示器界面選擇發碼模式/數軌編碼，在顯示器界面上選擇“+”或“-”實現信號電流的控制；在顯示器界面上選擇“載頻”里的數字可以改變當前信號的載頻，同時可觀察當前小環線內信號電流值。

把信號電流調整到120?mA，觀察STM板的“幀接收燈”是否閃爍，依次更換剩余8個信號載頻，信號電流都調整到120?mA，觀察STM板的“幀接收燈”的閃爍情況。若出現不閃爍的情況，則說明ATP天線、STM板和電纜至少有一個故障。

4.2 檢測TWC接收天線和接收板

把檢測裝置的小環線單根沿鋼軌方向放置在接收天線正下方300?mm的位置，打開檢測裝置電源，顯示器界面選擇發碼模式/TWC編碼，在顯示器界面上選擇“+”或“-”實現信號電流的控制，同時可觀察當前小環線內信號電流值。

把信號電流調整到400?mA，此時觀察車載TWC接收板面板的“幀接收燈”是否閃爍，若不閃爍，則說明有故障。

4.3 檢測TWC發送天線、發送板和功放板

通過檢測命令讓車載發送板正常發送信號，把檢測裝置的接收探頭放置在TWC發送天線下方150?mm的位置，打開檢測裝置電源，顯示器界面選擇解碼模式，觀察顯示器界面上顯示的接收編碼內容，與車載發送板發送的內容進行比較，應為一樣的數據；若無法正常接收信息，則說明有故障。

5 結束語

本文介紹了FZL·Z20型車載ATC設備在線檢測裝置的功能、原理和使用方法。本檢測裝置已成功應用于長春輕軌4號線列車車載ATC設備的維護檢測中。

使用在線檢測裝置可以及時有效的對車載ATC設備的工作狀態進行檢測，便于車輛檢測、維修和管理。