廣州地鐵1號正線鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王旭輝 謝智多

王旭輝:廣州市地下鐵道總公司 工程師 510000 廣州

謝智多:中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 工程師 100081北京

廣州地鐵1號線信號系統(tǒng)采用了西門子LZB700連續(xù)式信號控制系統(tǒng)，由于其不具有監(jiān)測功能，發(fā)生故障時沒有有效的手段進(jìn)行分析和判斷，故現(xiàn)場迫切需要安裝監(jiān)測設(shè)備對信號設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，及時給出預(yù)警，從而減少因設(shè)備故障對運(yùn)營造成的影響。

廣州地鐵運(yùn)營公司和鐵科院通號所聯(lián)合，以《鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件》 (運(yùn)基信號［2010］ 709號)、《鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)安全要求》 (運(yùn)基信號 ［2011］ 377號)等文件為基礎(chǔ)，結(jié)合廣州地鐵1號線的設(shè)備情況，在全國范圍內(nèi)首次設(shè)計了一套針對地鐵信號設(shè)備專用的鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)。并針對廣州地鐵1號正線使用的全電子模塊化的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng) (SICAS)和FTGS-917型軌道電路，在采集和處理方式上進(jìn)行了特殊處理，下面就這幾種特殊的設(shè)計進(jìn)行介紹。

1 道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動作電流采集

室內(nèi)采用西門子模塊化計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，室外配合國產(chǎn)的ZD6-D型電動轉(zhuǎn)轍機(jī)。

1．技術(shù)參數(shù)。①監(jiān)測點為轉(zhuǎn)轍機(jī)動作回線;②監(jiān)測量程0～10 A;③動作時間0～40 s;④測量精度±2%;⑤采樣周期40 ms。

2．硬件測試結(jié)構(gòu)。道岔電流測試由電流傳感器、衰耗器、智能AD采集板等幾部分實現(xiàn)。從VKM分線架將道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動作回線延伸出來，穿過可開啟的有源電流傳感器，經(jīng)電流傳感器的輸出到衰耗器匯總后，通過34芯電纜連接到監(jiān)測機(jī)柜中的智能AD采集板，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 道岔電流采集結(jié)構(gòu)框圖

3．軟件處理流程。由于模塊化的聯(lián)鎖系統(tǒng)沒有提供1DQJ的采樣位置，也就無法判斷道岔動作的起止時間，因此采用了實時在線測試的方法，根據(jù)電流的幅度確定道岔動作的起止時間，并對電流幅度判斷起始時間所造成的啟動階段漏采集問題，采取了以采樣速率為標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)存儲方式，使道岔動作電流曲線完整的記錄存儲下來。具體流程如圖2所示。

2 軌道采集

FTGS-917軌道電路作為LZB 700M系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要用于進(jìn)行軌道電路的空閑檢測和發(fā)送LZB電碼。即一方面給聯(lián)鎖SICAS提供空閑、占用信息;另一方面在軌道占用時，通過軌道發(fā)送來自軌旁ATP的報文給車載ATP設(shè)備接收。因此，F(xiàn)TGS-917軌道電路 (軌道空閑檢測系統(tǒng))可以說是聯(lián)系聯(lián)鎖SICAS和ATP/ATO系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。

圖2 道岔電流采集處理流程圖

1．技術(shù)參數(shù)。①工作/額定頻率 9.5 kHz、10.5 kHz、 11.5 kHz、 12.5 kHz、 13.5 kHz、14.5 kHz、15.5 kHz、16.5 kHz;②頻率調(diào)制 (移頻鍵控);③編碼位模式15 bit;④傳輸速率，時分比特傳輸Vb=最大200 b/s，LZB電碼傳輸Vb=最大200 b/s，位錯率約為10－4。

2．硬件測試結(jié)構(gòu)。對于FTGS-917軌道電路測試分為軌道電壓測試和軌道頻率測試2部分，采樣點為室內(nèi)分線架 (VKM架)，通過采用高阻隔離的移頻軌道采集單元運(yùn)算處理后，將運(yùn)算結(jié)果以CAN通信方式傳送給機(jī)柜。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。采用DSP數(shù)字信號處理技術(shù)對FTGS-917移頻軌道電路的頻率進(jìn)行解調(diào)，精確計算出工作頻率。

圖3 移頻軌道采集結(jié)構(gòu)框圖

3．軟件處理流程。根據(jù)FTGS-917軌道電路按進(jìn)路方向不同，發(fā)送端和接收端軌道電壓相互轉(zhuǎn)換的特性，軟件中采用對高電壓端判斷優(yōu)先的原則來分辨出當(dāng)前軌道所處的狀態(tài)。同時將DSP對音頻軌道電路頻率解調(diào)的處理結(jié)果送給站機(jī)進(jìn)行處理。具體流程如圖4所示。

圖4 移頻軌道采集處理流程圖

3 LOW終端站場操作記錄采集

為了能夠記錄LOW終端上站場的操作記錄信息，特殊設(shè)計了一種利用視頻采集卡和轉(zhuǎn)錄軟件相結(jié)合的方法，可以按照設(shè)定的時間長度分段存儲站場信息，完美地解決了LOW終端站場記錄的問題，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 上位機(jī)軟件設(shè)計

上位機(jī)軟件是以2010版鐵路信號集中監(jiān)測站機(jī)、服務(wù)器、終端軟件為基礎(chǔ)，將新的采集項目納入其中 (如軌道頻率、LOW顯示等)，并實現(xiàn)了工班、車間、通號維修部之間的聯(lián)網(wǎng)。

5 LOW終端圖像壓縮

為便于LOW終端操作記錄的可靠存儲和良好回放，特殊設(shè)計了采用無損視頻分配采集方式，將視頻圖像采集到監(jiān)測站機(jī)上，并結(jié)合專門開發(fā)的視頻圖像壓縮存儲軟件，可以實現(xiàn)按照設(shè)定的時間間隔將LOW終端站場操作信息分段存儲記錄在監(jiān)測站機(jī)上，方便現(xiàn)場按照時間分段回放LOW終端操作信息，也可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)取現(xiàn)場圖像記錄信息。

6 寬范圍高靈敏度自動增益調(diào)整

FTGS軌道電路發(fā)送端和接收端電壓根據(jù)方向電路的不同而改變，變化范圍從幾百毫伏到幾十伏。為此特殊設(shè)計了寬范圍高靈敏度自動增益調(diào)整，以適應(yīng)這種大范圍變化的高精度測量。在16位AD采樣芯片的前端采用了3級自反饋硬件放大器，后端采用了7級軟件放大器，通過采樣將小信號放大，大信號壓縮，以達(dá)到量程的自動調(diào)整功能，使測量結(jié)果穩(wěn)定可靠。

7 移頻鍵控頻率測量

針對FTGS-917軌道電路的額定工作頻率范圍從9.5～16.5 kHz，采用了針對移頻鍵控頻率的特殊計算方法，通過ARM芯片與DSP芯片的配合，將干擾頻率濾除把指定軌道的頻率測量輸出。

8 結(jié)束語

鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)地鐵專用版目前已經(jīng)在廣州地鐵1號正線折返站西朗正式投入運(yùn)行，到目前為止運(yùn)行情況良好，能夠滿足電務(wù)維修的需要，為設(shè)備維修提供了可靠的測試依據(jù)。1號線另一端折返站廣州東也即將加裝這套設(shè)備，完全安裝上道后，必將對廣州地鐵1號線的信號設(shè)備維護(hù)提供積極有效的保障和幫助。

［1］ 王念旭.DSP基礎(chǔ)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計［M］ .北京:航空航天大學(xué)出版社，2001，08.

［2］ 鐵道部科技運(yùn)［2008］ 36號.客運(yùn)專線鐵路信號產(chǎn)品暫行技術(shù)條件－信號集中監(jiān)測系統(tǒng).2008.

［3］ 鐵道部運(yùn)基信號［2010］ 709號鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件.2010.

［4］ 鐵道部運(yùn)基信號［2011］ 377號.鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)安全要求.2011.