FZL·Z20型車載ATC設備高溫拷機測試方案

白光禹（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

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)（Automatic Train Control），通常包括3個子系統(tǒng)：列車自動監(jiān)控子系統(tǒng) ATS（Automatic Train Supervision）、列車自動防護子系統(tǒng) ATP（Automatic Train Protection）、列車自動駕駛子系統(tǒng) ATO（Automatic Train Operation）。

通號設計院FZL·Z20型車載ATC設備如圖1所示，包括ATP設備、ATO設備和TWC設備，可實現(xiàn)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、緊急制動繼電器盒和電源盒。

車載ATO設備包括電源板、主機板、I/O板和控車板。

車載TWC設備包括電源板、發(fā)送板、功放板和接收板。

白光禹，男，碩士畢業(yè)于北京郵電大學，工程師。主要研究方向包括城市軌道交通的設計和集成工作，曾參與北京軌道交通昌平線工程、長春輕軌三期信號系統(tǒng)工程等項目。

1.2 高溫拷機測試的目的

本文的高溫拷機測試，是針對車載ATC系統(tǒng)輸入輸出接口的有效性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行的測試。整個系統(tǒng)在特定的循環(huán)測試場景下連續(xù)運行規(guī)定的時間（一般為72 h），最終通過分析測試記錄，統(tǒng)計并發(fā)現(xiàn)車載各個系統(tǒng)輸入輸出的接口有效性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性是否滿足要求。通過高溫拷機測試后的設備方可進行系統(tǒng)測試及出廠的辦理，確保合格的設備在列車上使用。

2 高溫拷機測試方案的實現(xiàn)

2.1 硬件設備組成

搭建高溫拷機測試環(huán)境所需要的設備如下：

1）0～36 V 10 A可調直流穩(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）開關量板一塊；

9）人機一臺；

10）ATC機柜（含車載ATP、ATO和TWC設備單盤）一臺；

11）虛擬列車控制平臺（STS）一臺。

2.2 測試環(huán)境搭建

高溫拷機測試環(huán)境搭建方案中，模擬數(shù)軌發(fā)碼設備的輸出端直接連接到JC8航插，模擬TWC發(fā)碼設備的射出段直接連接到JC1航插，速度和部分開關量輸入和輸出采用通號設計院自主研制的STS，剩余的開關量輸入和輸出由開關量板提供。

高溫拷機測試環(huán)境搭建連接如圖2所示。

2.3 軟件方案

2.3.1 總體方案

高溫拷機測試的ATC各子系統(tǒng)應確保均處于統(tǒng)一的循環(huán)測試場景中（統(tǒng)一的地理線路信息）。各子系統(tǒng)均應具備完備的輸出功能，并實現(xiàn)AM模式建立/退出、ATO自動駕駛等功能。虛擬列車控制平臺根據(jù)ATO的控車輸出接口產生控車效果（主要表現(xiàn)為速度變化、門狀態(tài)變化等），同時從CAN總線發(fā)送數(shù)軌信息給模擬數(shù)軌發(fā)碼器、發(fā)送TWC信息給模擬TWC發(fā)碼器，實現(xiàn)自動發(fā)車、自動運行、自動停車、自動開關門等功能。

對于交叉點信號的產生，當虛擬列車控制平臺的線路模型計算出列車走到交叉點位置時，會通過CAN總線向模擬TWC發(fā)碼器發(fā)送一幀信號變相命令幀，模擬TWC發(fā)碼器接收到命令后產生相位相反的模擬信號，TWC車載接收板根據(jù)相位相反的信號提取出交叉點信號后轉發(fā)給ATP和ATO。

2.3.2 詳細方案

高溫拷機的測試場景為列車行駛于一段首尾相接的環(huán)形線路上（無坡度），該線路至少具有3站3區(qū)間。軟件控制時序如圖3所示。

1）上電初始化與RM模式

各系統(tǒng)上電后，列車處于RM模式，初始發(fā)車位置在站臺區(qū)內。STS平臺輸出ATP/ATO所需的IO量（鑰匙、門狀態(tài)閉鎖、手柄前進位等）。

此時由STS輸出數(shù)軌信息，并通過模擬數(shù)軌發(fā)碼器發(fā)送給車載ATP/ATO設備，同時由STS給出牽引1檔級位。STS模擬列車以牽引1檔位（同時給出牽引手柄零位）向前慢速行駛，經(jīng)過一個軌道邊界后升級為SM模式，ATO滿足條件后車載ATP模式升為AM。

2）SM模式的建立

當列車經(jīng)過軌道邊界時，STS平臺中的線路模型發(fā)出新軌道信息，數(shù)軌發(fā)碼器將新軌道信息發(fā)給車載ATP，之后ATP完成RM到SM的升級過程。

STS在檢測到列車過環(huán)線邊界后，繼續(xù)給出牽引制動手柄零位、ATO位。

3）AM模式的建立與自動發(fā)車

ATP處于SM模式后，ATO/ATP檢測I/O量輸入，若相關條件滿足，則由ATP與ATO交互，交互成功后給出ATO允許。

ATO檢測當前I/O量以及相應發(fā)車條件，當條件滿足時，ATO點亮發(fā)車燈使之閃爍。

當檢測到發(fā)車指示燈閃爍時，STS輸出“ATO啟動按鈕”，車載設備處于AM模式，ATO輸出給出“ATO模式位”。

4）ATO自動駕駛

車載ATO系統(tǒng)檢測到“ATO啟動按鈕”后，給出控車輸出。

STS在測到“ATO模式”的前提下，將執(zhí)行ATO輸出的控車級位，實現(xiàn)列車的加速減速。

STS平臺中的線路模型根據(jù)所存地圖信息，通過數(shù)軌模擬發(fā)送器向ATP發(fā)送數(shù)軌信息。

站臺區(qū)，STS平臺中的線路模型發(fā)送定位交叉點信息，并通過TTL-485電平轉換模塊發(fā)送給車載各子系統(tǒng)。

站臺區(qū)，ATO控制列車停準停穩(wěn)后，STS需要根據(jù)采集的ATO門控動作實現(xiàn)門狀態(tài)變化，同時STS通過模擬TWC發(fā)碼器將信息發(fā)送給ATP/ATO。

STS在檢測到“ATO自動關門”，實現(xiàn)門狀態(tài)閉鎖后，同時給出ATO自動發(fā)車命令，實現(xiàn)ATO全線自動發(fā)車與自動駕駛。

ATO系統(tǒng)在未停準（或ATP未給出開門允許）時，應自動發(fā)車。

5）緊急制動緩解

如果系統(tǒng)發(fā)生緊急制動，STS在檢測到ATP的緊急制動輸出時，控制列車減速。STS優(yōu)先采信ATP的緊急制動輸出。當列車速度降為零速后，ATP應自動緩解緊急制動狀態(tài)，系統(tǒng)處于RM模式，并按照“1）上電初始化與RM模式”階段重新開始，循環(huán)執(zhí)行整個流程。

3 測試要求

為適應高溫拷機測試要求，各子系統(tǒng)應滿足：

ATO與ATP應能夠從調試記錄中，充分詳實的反應各接口的狀態(tài)變化與故障現(xiàn)象；

ATP與ATO需要存儲一張相同的環(huán)形地圖（無坡度）；

ATP應具備緊急制動的自動緩解功能；

ATO系統(tǒng)在未停準（或ATP未給出開門允許）時，應自動發(fā)車；

STS控車檔位優(yōu)先級順序：緊急制動＞ATO控車級位＞牽引制動手柄零位；

STS當采集到ATO發(fā)車燈閃爍時，輸出ATO發(fā)車按鈕；

STS如果沒有采集到“ATO模式位”，始終輸出為牽引1檔；

STS始終給出3個O量：方向手柄前進位、牽引制動手柄零位、ATO位。

4 結束語

本文所述的通號設計院FZL·Z20型車載ATC設備的高溫拷機測試方案，已應用于指導工廠進行實際產品的測試，通過測試合格的車載ATC產品已分批次發(fā)至長春輕軌三期工程現(xiàn)場，目前正在進行現(xiàn)場的安裝、調試工作。

[1]北京全路通信信號研究設計院有限公司 長春輕軌三期Z20型車載ATC設備工廠系統(tǒng)測試方案.2011.