美式和歐式有源信標(biāo)特點(diǎn)及適用性分析

王 靜

(上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號(hào)分公司,200235,上海∥工程師)

信標(biāo)是列車經(jīng)過其上方時(shí),可以向列車傳輸其內(nèi)部存儲(chǔ)的行車控制信息的一種電子裝置。當(dāng)前主流信標(biāo)有美式和歐式兩種制式,泰雷茲、安薩爾多等供應(yīng)商的信號(hào)系統(tǒng)采用的是美式信標(biāo),卡斯柯、西門子等供應(yīng)商的信號(hào)系統(tǒng)采用的是歐式信標(biāo)。信標(biāo)按照供電特性不同分為兩類:通過外部供電的為有源信標(biāo),也稱為動(dòng)態(tài)信標(biāo);不用外部供電的為無源信標(biāo),也稱為靜態(tài)信標(biāo)[1]。有源信標(biāo)主要應(yīng)用于CBTC(基于通信的列車控制)系統(tǒng)的點(diǎn)式后備系統(tǒng),是一種向列車提供前方信號(hào)機(jī)、道岔等狀態(tài)的重要信號(hào)設(shè)備,列車將根據(jù)上述設(shè)備狀態(tài)信息并結(jié)合車載數(shù)據(jù)庫信息最終生成后備模式下的行車許可。本文從信標(biāo)工作方式、設(shè)置方式和外部控制方式三個(gè)方面對(duì)比分析美式與歐式有源信標(biāo)的特點(diǎn)。

1 信標(biāo)工作方式

根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)需求,在點(diǎn)式后備系統(tǒng)下,向列車傳送的主要為前方信號(hào)機(jī)開放狀態(tài)、前方道岔開通位置等可以由“0”和“1”定義的二進(jìn)制變量信息。因此有源信標(biāo)向列車傳送的主要為二進(jìn)制變量信息,而美式信標(biāo)和歐式信標(biāo)對(duì)此的實(shí)現(xiàn)方式有所不同[2]。

美式信標(biāo)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)僅限于自身ID(識(shí)別號(hào)),有源美式信標(biāo)和無源美式信標(biāo)的差別在于:有源美式信標(biāo)被外部電源(AC 110 V)上電激活后,列車經(jīng)過其上方時(shí)方能讀取到該信標(biāo)ID;無源美式信標(biāo)不需要外部供電,因此無需被激活,列車經(jīng)過其上方時(shí)就可讀取到該信標(biāo)ID。由此可知,對(duì)照車載數(shù)據(jù)庫,一個(gè)有源信標(biāo)就能關(guān)聯(lián)一位二進(jìn)制變量,通過是否能夠有效讀取到有源信標(biāo)ID即可譯出關(guān)聯(lián)二進(jìn)制變量的狀態(tài)是“0”還是“1”。

歐式信標(biāo)傳輸?shù)氖歉鶕?jù)一定規(guī)則編制的二進(jìn)制信息,即報(bào)文信息。報(bào)文信息一般由報(bào)文頭、信標(biāo)ID、用戶信息以及循環(huán)校驗(yàn)碼等構(gòu)成。已經(jīng)成熟使用的報(bào)文編碼策略有高速鐵路中應(yīng)用的ETCS(歐洲列車控制系統(tǒng))編碼方式、城市軌道交通中應(yīng)用的SACEM(司機(jī)輔助運(yùn)營及維修系統(tǒng))編碼方式和CBTC互聯(lián)互通編碼方式等。有源歐式信標(biāo)和無源歐式信標(biāo)的差別在于:有源信標(biāo)發(fā)送的報(bào)文是可變的,所以信標(biāo)必須串行連接到一個(gè)LEU(軌旁電子單元),實(shí)時(shí)接收其發(fā)送的報(bào)文內(nèi)容,列車經(jīng)過其上方時(shí),把從LEU收到的報(bào)文內(nèi)容發(fā)送出去;無源歐式信標(biāo)只能發(fā)送其內(nèi)部存儲(chǔ)的固定報(bào)文,無需外部連接。一個(gè)有源信標(biāo)的用戶可定義的二進(jìn)制位最高可達(dá)32位,再通過比對(duì)車載數(shù)據(jù)庫,因此可關(guān)聯(lián)多個(gè)二進(jìn)制變量,通過讀取信標(biāo)報(bào)文并進(jìn)行譯碼后可確定多個(gè)二進(jìn)制變量的狀態(tài)[3]。

2 信標(biāo)設(shè)置方式

在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中,信標(biāo)根據(jù)設(shè)置位置不同一般可分為主體信標(biāo)和預(yù)告信標(biāo)(或稱復(fù)示信標(biāo)、填充信標(biāo))。主體信標(biāo)一般設(shè)置在與關(guān)聯(lián)設(shè)備如信號(hào)機(jī)、道岔相同的位置,向列車傳送該位置對(duì)應(yīng)設(shè)備狀態(tài)信息;預(yù)告信標(biāo)設(shè)置在主體信標(biāo)前一定的距離,用以復(fù)示主體信標(biāo)的信息,以使列車不再默認(rèn)前方未知的信號(hào)變量處于最限制狀態(tài),造成制動(dòng)減速,而可保持較高速度運(yùn)行。在實(shí)際工程中,美式信標(biāo)與歐式信標(biāo)的設(shè)置有顯著差異[4]。

單個(gè)美式有源信標(biāo)僅能關(guān)聯(lián)一個(gè)變量,因此,當(dāng)在同一位置需要向列車傳送多個(gè)變量時(shí),則需要設(shè)置多個(gè)信標(biāo)。美式信標(biāo)一般被封裝在專用的信標(biāo)終端盒內(nèi),1個(gè)信標(biāo)終端盒中可以容納1～3個(gè)不同ID的有源信標(biāo),關(guān)聯(lián)變量數(shù)量受到限制。在布置信標(biāo)時(shí),根據(jù)安裝位置對(duì)信標(biāo)數(shù)量的實(shí)際需求,選用封裝相應(yīng)數(shù)量信標(biāo)的信標(biāo)終端盒即可。常用的信標(biāo)終端盒有6種類型(見表1)。美式有源信標(biāo)主要向列車傳送關(guān)聯(lián)信號(hào)機(jī)的狀態(tài)以及開通進(jìn)路的信息,當(dāng)同一信號(hào)機(jī)防護(hù)多條線路時(shí),為了區(qū)分由于不同進(jìn)路中的道岔位置差異而導(dǎo)致的不同限速,可以增加信標(biāo)數(shù)量,如:信號(hào)機(jī)綠燈狀態(tài)代表信號(hào)機(jī)所防護(hù)的進(jìn)路已鎖閉且所有道岔處于定位,該進(jìn)路是唯一的;信號(hào)機(jī)白燈狀態(tài)代表信號(hào)機(jī)所防護(hù)的進(jìn)路已鎖閉且至少有一組道岔處于反位。這類進(jìn)路會(huì)由于道岔處于定反位的先后順序不同而產(chǎn)生不同的限速要求,需要用不同的變量加以區(qū)分。需要說明的是,同一信號(hào)機(jī)防護(hù)的進(jìn)路均互為抵觸,不會(huì)同時(shí)開通,因此信號(hào)處于開放狀態(tài)是多重信標(biāo)中有且僅有一個(gè)會(huì)被激活的情況。

表1 美式有源信標(biāo)終端盒類型

根據(jù)上述原理并結(jié)合表1可知:單個(gè)信標(biāo)作為主體信標(biāo)主要設(shè)置在無岔信號(hào)機(jī)或是關(guān)聯(lián)信號(hào)機(jī)的防護(hù)進(jìn)路只有1條的點(diǎn)位;多重信標(biāo)一般只作為主體信標(biāo),設(shè)置在關(guān)聯(lián)信號(hào)機(jī)所防護(hù)進(jìn)路不止1條的點(diǎn)位,由于1個(gè)信標(biāo)終端盒內(nèi)最多可容納3個(gè)有源信標(biāo),因此最多關(guān)聯(lián)1條直向進(jìn)路(進(jìn)路開通信號(hào)機(jī)顯示綠燈)和2條限速最低的側(cè)向進(jìn)路(進(jìn)路開通信號(hào)機(jī)顯示白燈)。對(duì)于關(guān)聯(lián)多條進(jìn)路的多重主體信標(biāo),由于列車未讀取到信標(biāo)前需按最不利情況考慮,應(yīng)按所有進(jìn)路中限速最低接近信標(biāo)的信息運(yùn)行,因此,為提高運(yùn)輸效率,在關(guān)聯(lián)直向進(jìn)路的主體信標(biāo)前一定防護(hù)距離設(shè)置該主體信標(biāo)的預(yù)告信標(biāo),當(dāng)信號(hào)機(jī)已開放綠燈時(shí)提前向列車預(yù)告進(jìn)路已鎖閉且所有道岔處于定位的信息,使列車不減速快速通過;若信號(hào)機(jī)開放白燈或關(guān)閉,則預(yù)告信標(biāo)不會(huì)被激活,列車將減速到最低限速下再讀取主體信標(biāo)信息。

相比之下,由于歐式有源信標(biāo)將信號(hào)機(jī)、道岔位置等變量整合在報(bào)文信息內(nèi),且最高可關(guān)聯(lián)32個(gè)變量,關(guān)聯(lián)數(shù)量幾乎不受限制[5],因此,對(duì)于同一個(gè)歐式有源信標(biāo),既可以作為主體信標(biāo)描述安裝位置所對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)變量信息,又能在此基礎(chǔ)上增加復(fù)示前方需要預(yù)告的關(guān)聯(lián)變量信息,抑或是單獨(dú)作為預(yù)告信標(biāo)使用。若所關(guān)聯(lián)信號(hào)機(jī)所防護(hù)的進(jìn)路不止1條,將不會(huì)受到美式有源信標(biāo)要以進(jìn)路為變量基本單位且最多描述3條進(jìn)路的限制,而是把所有允許建立進(jìn)路的全部道岔的位置狀態(tài)作為變量基本單位進(jìn)行描述并發(fā)送給列車,進(jìn)路相關(guān)信息更為完整精確。

3 信標(biāo)控制方式

由于美式有源信標(biāo)和歐式有源信標(biāo)工作方式顯著不同,因而在控制方式上,對(duì)于美式有源信標(biāo)而言,僅需控制其電源通斷即可;對(duì)于歐式有源信標(biāo)而言,必須將其連接到LEU,由其進(jìn)行報(bào)文的編碼。

美式有源信標(biāo)由于只有上電激活和斷電未激活兩種工作狀態(tài),因此可以通過若干繼電器接點(diǎn)的組合直接控制其電源通斷,從而將關(guān)聯(lián)變量的狀態(tài)傳送給列車。美式有源信標(biāo)一般可分為從LED(發(fā)光二極管)信號(hào)機(jī)終端電纜盒取電和從繼電器架取電兩種方式。對(duì)于關(guān)聯(lián)綠燈信號(hào)變量的信標(biāo),包括進(jìn)路信標(biāo),由于與綠燈點(diǎn)燈繼電控制邏輯一致且輸入電壓同為AC 110 V,因此可以將信標(biāo)電源線直接并聯(lián)接在關(guān)聯(lián)信號(hào)機(jī)旁設(shè)置的終端電纜盒的綠燈電源線和綠燈電源回線接線端子上,無需獨(dú)立串接繼電器接點(diǎn)。對(duì)于關(guān)聯(lián)白燈信號(hào)變量的信標(biāo),需要白燈點(diǎn)燈控制邏輯疊加道岔位置以區(qū)分不同進(jìn)路的情況,因此信標(biāo)電源線將從電源屏引出,經(jīng)過繼電器架的白燈點(diǎn)燈繼電器以及相關(guān)道岔表示繼電器的接點(diǎn)進(jìn)行雙斷控制后,再接入信標(biāo)。

LEU是歐式有源信標(biāo)內(nèi)部報(bào)文的編碼設(shè)備。以采用SACEM編碼規(guī)則的系統(tǒng)為例,LEU內(nèi)部將存儲(chǔ)有采集到的繼電變量映射到所有情況下信標(biāo)所需報(bào)文映射表,LEU通過采集繼電器接點(diǎn)構(gòu)成的繼電電路是否得電獲取相關(guān)信號(hào)設(shè)備狀態(tài);根據(jù)映射表,將所采集到的信息根據(jù)編碼規(guī)則轉(zhuǎn)化為報(bào)文信息并傳送給受控信標(biāo);當(dāng)列車經(jīng)過信標(biāo)上方時(shí),信標(biāo)將從LEU接收到的報(bào)文發(fā)送給列車[6]。

一個(gè)LEU同時(shí)可以采集10個(gè)由繼電電路構(gòu)成的關(guān)聯(lián)變量,并可以同時(shí)控制4個(gè)歐式有源信標(biāo)。直流電源DC 24 V經(jīng)繼電器接點(diǎn)雙斷控制形成采集電路后輸入LEU,LEU將映射后的報(bào)文通過2根串行通信電纜傳送至有源信標(biāo)。一般來說,對(duì)于需要傳送信號(hào)機(jī)狀態(tài)的有源信標(biāo),其所連接的LEU應(yīng)采集對(duì)應(yīng)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈繼電器前接點(diǎn);對(duì)于需要傳送道岔位置的有源信標(biāo),其所連接的LEU應(yīng)采集對(duì)應(yīng)道岔表示繼電器的前接點(diǎn);同時(shí),為保證信標(biāo)發(fā)送信息和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈狀態(tài)的一致性,各繼電采集電路需串接反點(diǎn)燈繼電器的前接點(diǎn)[7]。

歐式有源信標(biāo)SACEM編碼基本規(guī)則見表2,共有232位二進(jìn)制變量,其中信標(biāo)ID、用戶變量、信標(biāo)默認(rèn)信息、變量有效性由用戶根據(jù)相關(guān)規(guī)則自行定義,備用位用0填充,校驗(yàn)碼根據(jù)校驗(yàn)公式生成。

表2 歐式有源信標(biāo)SACEM編碼基本規(guī)則

4 美式和歐式有源信標(biāo)對(duì)比分析

美式有源信標(biāo)和歐式有源信標(biāo)特點(diǎn)對(duì)比分析如表3所示。

表3 美式有源信標(biāo)和歐式有源信標(biāo)特點(diǎn)對(duì)比分析表

通過對(duì)比分析可知:美式有源信標(biāo)控制方式簡單,利用既有信號(hào)點(diǎn)燈電路和道岔表示電路直接控制,無需添加額外設(shè)備,經(jīng)濟(jì)性強(qiáng),維護(hù)簡單,但傳輸信息量有限,難以滿足復(fù)雜站場控制信息覆蓋需求,且在實(shí)際應(yīng)用中易出現(xiàn)漏讀的現(xiàn)象,故障率相對(duì)較高;歐式有源信標(biāo)控制方式較為復(fù)雜,必須連接到LEU以進(jìn)行傳輸報(bào)文的編碼,成本相對(duì)較高,并且增加了額外的維護(hù)工作量,但其傳輸信息量較大且能根據(jù)用戶需求自行定義,靈活性佳,可用于復(fù)雜站場的控制信息覆蓋,同時(shí)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,故障率低。

5 結(jié)語

本文介紹了美式及歐式信標(biāo)各自的工作方式、設(shè)置方式及控制方式,并對(duì)兩者在工程應(yīng)用上的特點(diǎn)和差異進(jìn)行了比較分析。在城市軌道交通建設(shè)時(shí),可根據(jù)所選信號(hào)系統(tǒng)自身特點(diǎn)、用戶需求并結(jié)合實(shí)際線路站場復(fù)雜程度,選用相適應(yīng)的信標(biāo)模式,以確保后備模式下列車安全高效運(yùn)行。