FZL·Z20車載ATC設(shè)備離線維修檢測方案研究

曹國利

（長春市軌道交通集團公司，長春 130012）

1 概述

1.1 ATC系統(tǒng)概述

城市軌道交通列車自動控制系統(tǒng)簡稱ATC系統(tǒng)通常包括3個子系統(tǒng)。

列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（ATS）；

列車自動防護子系統(tǒng)（ATP）；

列車自動駕駛子系統(tǒng)（ATO)。

長春輕軌4號線核心信號系統(tǒng)采用中國鐵路通信信號集團公司研制的基于數(shù)字化無絕緣軌道電路的準移動閉塞ATC系統(tǒng)，該系統(tǒng)由區(qū)域控制中心（含聯(lián)鎖）設(shè)備、數(shù)字化無絕緣軌道電路設(shè)備、車載ATC設(shè)備、中心/車站自動監(jiān)督ATS設(shè)備等組成，主要作用是實現(xiàn)列車的間隔控制、進路控制、超速防護和自動駕駛。本ATC系統(tǒng)基于數(shù)字化無絕緣軌道電路，在信號傳輸、信號處理過程中均實現(xiàn)數(shù)字化，車載設(shè)備可以實現(xiàn)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(shè)備概述

如圖1所示，F(xiàn)ZL·Z20型車載ATC設(shè)備應(yīng)用在長春輕軌4號線工程的23列列車上，包括ATP設(shè)備、ATO設(shè)備和TWC設(shè)備，可實現(xiàn)ATP防護下的列車自動駕駛。

車載ATP設(shè)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、緊急制動繼電器盒和電源盒。

車載ATO設(shè)備包括電源板、主機板、I/O板和控車板。

車載TWC設(shè)備包括電源板、發(fā)送板、功放板和接收板。

1.3 目的

為實現(xiàn)FZL·Z20型車載ATC設(shè)備在庫內(nèi)離線進行維修檢測，指導(dǎo)、培訓(xùn)檢修維護人員準確快速定位故障點，特制定本方案在輕軌庫內(nèi)搭建離線測試環(huán)境。本方案對FZL·Z20型車載ATC系統(tǒng)設(shè)備進行完整的測試，確保設(shè)備測試合格通過后才能在車上投入使用。

2 車載ATC設(shè)備維修測試方案

FZL·Z20型車載ATC設(shè)備維修測試方案，采用工控機作為上位機，通過CAN總線和RS-422總線接口控制相應(yīng)的設(shè)備給FZL·Z20型車載ATC系統(tǒng)設(shè)備提供開關(guān)量輸入和輸出采集、速度信號輸入、編碼信息和過交叉點信號。

2.1 硬件設(shè)備組成

搭建完整的設(shè)備維修測試環(huán)境所需要的設(shè)備如下。

1）0～36 V 10 A可調(diào)直流穩(wěn)壓電源一臺；

2）48 V 5 A直流穩(wěn)壓電源一臺；

3）25 Ω/50 W 5%功率電阻一只；

4) 1 Ω/50 W 5%功率電阻一只；

5) 模擬數(shù)軌發(fā)碼器一塊；

6) 模擬TWC發(fā)碼器一塊；

7) TWC軌旁接收板一塊；

8) 開關(guān)量板一塊；

9) 人機一臺；

10）ATC機柜（含車載ATP、ATO和TWC設(shè)備單盤）一臺；

11) 虛擬列車控制平臺（STS）一臺；

12) 帶串口的工控機一臺；

13) 周立功PCI轉(zhuǎn)CAN接口卡（型號PCI-9820）兩塊（雙CAN口）；

14) RS-232轉(zhuǎn)RS-422接口模塊一個。

2.2 硬件連接方案

設(shè)備維修測試環(huán)境連接示意如圖2所示。

2.3 軟件方案

系統(tǒng)維修檢測時，虛擬列車控制平臺為簡單的控制I/O，讀取I/O和輸出速度信號的操作，由工控機通過RS-232接口控制虛擬列車控制平臺，根據(jù)測試序列對FZL·Z20型車載設(shè)備進行維修測試。

2.3.1 總述

如圖3所示，設(shè)備維修測試環(huán)境，是一個支撐系統(tǒng)，它包括了若干個子模塊程序，用于支持檢修測試工作，并兼具演示功能。因此該測試環(huán)境的設(shè)計一方面要貼合實物系統(tǒng)，另一方面需要豐富的可配置測試腳本來設(shè)置不同的運行場景。

設(shè)備維修測試環(huán)境基于工控機平臺與虛擬列車平臺作為底層硬件環(huán)境，使用CAN通信、RS-232串口通信、RS-422串口通信等通信接口作為調(diào)度接口。其中工控機平臺負責(zé)提供線路模型及硬件接口程序，虛擬列車平臺完成I/O量采集和速度脈沖的發(fā)送，工控機平臺和虛擬列車平臺共同完成與車輛模型相關(guān)的計算。

FZL系統(tǒng)測試環(huán)境可以按照邏輯分為3個層次，從下到上依次分為：接口層、邏輯應(yīng)用層、應(yīng)用表示層，每個層次負責(zé)不同的功能。

2.3.2 接口層

主要包括各種硬件接口程序，如CAN轉(zhuǎn)UDP，I/O量采集和發(fā)送，檔位采集和發(fā)送等程序。

2.3.3 邏輯應(yīng)用層

邏輯應(yīng)用層是仿真系統(tǒng)的核心層，主要包括列車模型、線路模型等。主要功能如下。

1）通過串口采集速度采集板所測量的速度和總位移的信息；

2）輪詢車輛的狀態(tài)和位置，報告坡度，彎道數(shù)值；

3）更新和報告車輛所在的區(qū)段，軌道，偏移量和方向等信息；

4）實時判斷車輛所在位置發(fā)送交叉同步點信息；

5）接收來自ATP的切除牽引，常用制動，緊急制動等信息；

6）接收檔位信息，通過查詢牽引/制動特性，由列車模型計算得出列車當(dāng)前時刻的速度值；

7）提供車載ATC系統(tǒng)提供直接的速度信息。

2.3.4 應(yīng)用表示層

如圖4所示，應(yīng)用表示層，也稱為人機界面層，用于呈現(xiàn)給使用者一個列車操作界面，以及當(dāng)前速度、限速、里程、軌道和v-s曲線等信息。模擬駕駛操作界面實現(xiàn)對列車運行檔位的設(shè)置。通過鼠標點擊拖動即可實現(xiàn)對列車運行檔位的設(shè)定功能。

應(yīng)用表示層還包括I/O量的開關(guān)顯示等。I/O操作界面實現(xiàn)對車載設(shè)備運行所需的I/O量進行設(shè)置，界面中左側(cè)部分為車載設(shè)備的I量，右側(cè)部分為車載設(shè)備的O量。I/O量值為0界面顯示紅色，為1顯示綠色。

3 測試方法

依托車載設(shè)備維修測試環(huán)境的硬件，以長春輕軌4號線某特定站間場景為依據(jù)，設(shè)計合適的測試序列，測試序列應(yīng)覆蓋所有的硬件點，在對車載設(shè)備進行了完整的測試且通過后，車載設(shè)備才能上車投入使用。

通過FZL·Z20型車載設(shè)備的系統(tǒng)測試，使用人員熟悉掌握FZL100列車自動控制系統(tǒng)理論知識，該環(huán)境系統(tǒng)亦可起到培訓(xùn)作用。

4 結(jié)束語

本文介紹了FZL·Z20型車載ATC設(shè)備的維護檢測方案在長春輕軌4號線檢修培訓(xùn)的具體應(yīng)用；本方案的設(shè)備維修測試環(huán)境系統(tǒng)已在上海鐵路通信有限公司試驗成功；近期將在長春4號線檢修段建設(shè)一套完整的FZL·Z20型車載ATC設(shè)備的維護檢測系統(tǒng)，以滿足長春輕軌4號線現(xiàn)場維護檢修的需要，并方便檢修人員的設(shè)備檢修和理論培訓(xùn)。

[1] 北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司．長春一期FZL·Z20型車載ATP系統(tǒng)工廠系統(tǒng)測試指導(dǎo)書．2010.