磁悬浮无线机车信号系统技术规格书.doc

上海城轨（低速）磁浮试验线无线机车信号系统技术规格书北京交通大学电子信息工程学院运输自动化科研2007.4上海城轨（低速）磁浮试验线无线机车信号系统 第 2 页 共 15 页目录1.系统概况11.1.系统构成11.1.1.地面设备11.1.2.机车设备31.2.无线机车信号系统功能及技术要求51.2.1.系统功能51.2.2.技术要求52.系统工作的基本原理62.1.列车位置识别62.2.机车信号的发送及接收72.3.地面设备工作原理82.4.机车设备工作原理83.无线信息的传送84.系统软件说明94.1.软件流程图94.2.软件设计原则105.系统可靠性及故障-安全性设计116.与外部系统接口126.1.地面主机与计算机联锁系统的通信接口126.2.车载主机与车载ATP及查询器的通信接口127.与其他系统交换信息内容127.1.与计算机联锁系统交换的信息内容127.2.与车载ATP交换的信息内容127.3.与查询器交换的信息内容128.诊断功能13铁道科学研究院通信信号研究所磁悬浮列车无线机车信号系统1铁道科学研究院通信信号研究所磁悬浮列车无线机车信号系统1. 系统概况磁浮列车无线机车信号系统是磁浮列车ATP系统的子系统，它作为主体信号通过无线信道将地面信号传送到机车为司机提供机车信号显示，为ATP系统提供列车安全防护信息。无线机车信号车载设备完成列车定位信息的采集，将定位信息经过安全编码处理，符合无线机车信号要求后，通过无线信道发送给地面ATP。地面ATP根据定位信息，实现列车的轨道占用检测。无线机车信号地面设备完成联锁信息的采集，将信号开放条件信息经过安全编码处理，符合无线机车信号要求后，通过无线信道发送给有关的作业机车，并将机车设备发送的回执信息解码后，实现安全处理、显示、报警及记录等功能。1.1. 系统构成系统是由地面设备及车载设备两部分组成。1.1.1. 地面设备地面设备由地面控制柜和电台天线和馈线、应答器组成。地面控制柜包括控制主机A、控制机B、双机切换控制器、数传电台、上位机及有关接口设备组成，设备组成见图1。上位机包括工控机、显示器、键盘和鼠标组成，作为电务维修终端。图1 地面设备实物图地面设备与计算机联锁通过RS-422专用通信口进行安全信息传送，采用标准传输协议。双机切换控制器实现计算机联锁接入控制机A或控制机B的切换。当控制机A工作时接通控制机A，当控制机B工作时接通控制机B。执行控制输出的控制机同时监视与计算机联锁通信的RS-422接口的完好状态。计算机联锁设备与无线机车信号的通道发生故障，作为双机切换的条件之一。如果机车信号系统与计算机联锁系统通道出现故障时，地面设备将会向机车设备发送出停车命令（红灯）或停止发送任何命令，确保ATP系统的车载设备控制列车执行停车命令或向司机发出故障报警信息，满足信号故障安全原则。上位机采用工业控制计算机通过RS-232接口与控制主机连接，双机切换控制器将执行控制输出的控制主机与上位机接通。上位机有三项功能并兼作电务维修终端：功能一，系统运行信息表示。计算机联锁系统信息表示（列车进路、股道占用、地面信号等）、无线机车信号表示（进出站信号，发出信号和信号回示）。功能二，参数设置及应急人工键入。功能三，数据记录与回放。上位机对系统车载设备工作状态相关数据及地面设备工作数据进行设置、记录、监测报警，通过数据回放进行系统故障分析。地面设备的外形尺寸及安装要求：（1） 地面控制机柜外形尺寸为6008001600mm。（2） 设备电源为220VAC10%、50Hz的稳压电源，所需功率为500VA。（3） 电台天线一根，控制机A 电台与控制机B电台共用，安装在机房所在的楼房顶部。天线需设专用防雷地线，天线的馈线长度与线径符合信号衰减要求。1.1.2. 机车设备机车设备由车载控制主机、控制接口、数传电台及电台天线、LCD显示器或双面8显示信号灯、控制主机和数传电台设备电源组成，系统设备如图2所示。控制机接口有与车载ATP通信的CAN口，机车设备均为双机热备工作方式。图2 机车设备实物图机车设备通过数传电台实现与地面设备之间的双向数据传输。车载控制主机接收车载ATP传送的列车位置等相关信息，经安全校核及处理，实现机车信号显示及有关的辅助功能，并将机车设备工作的有关信息通过无线数传电台发送给车站地面设备，并由地面设备传送给计算机联锁系统；地面设备将联锁信息、信号显示信息发送给车载ATP，由车载ATP对列车进行安全控制及有关数据记录。车载控制主机与车载ATP之间的通信采用双CAN口通信的工作方式，实现车载主机向车载ATP传送列车前方信号显示、线路的相关数据等信息及有车载ATP向车载主机传送查询器信息、列车走行方向速度及公里标信息等。机车设备外形尺寸及安装要求：4铁道科学研究院通信信号研究所磁悬浮列车无线机车信号系统（1） 机车设备主机箱尺寸为300300350mm。数传电台安装在控制主机箱内，控制主机与数传电台之间采用了屏蔽与隔离措施。（2） 车载天线两个，安装在列车顶部。两天线之间及与其他无线天线之间相距应大于500mm。（3） 车载设备使用机车的110VDC电源（满足机车电源要求），功率200W；车载控制机箱与车载ATP应设置在一起。1.2. 无线机车信号系统功能及技术要求1.2.1. 系统功能在磁浮列车ATP系统中，由于磁浮列车运行的特点，连续的列车位置移动信息、列车过点信息等均需由列车通过无线机车信号系统发送至地面并告知计算机联锁系统。同时，列车前方的信号、道岔状态等联锁信息也需通过无线机车信号系统发送至列车，实现机车信号显示，并作为列车运行中的安全防护信息提供给车载ATP系统。为此，系统须具备以下功能：（1） 无线机车信号地面设备必须实时的从计算机联锁系统取得列车前方的地面信号及相关的联锁信息。（2） 无线机车信号地面设备应及时的将列车前方的地面信号及地面联锁信息发送到无线机车信号的车载设备，车载设备并对相关信息进行安全处理。（3） 无线机车信号的车载设备应不断向车载ATP传送列车的前方信号显示。（4） 无线机车信号的车载设备在列车通过应答器地面点时，接收查询器送出的过点信息，并与车载ATP发送的过点信息进行比较，确认正确后，发送至地面设备。（5） 无线机车信号的车载设备不断接收车载ATP发送的走行公里标、列车运行速度、列车运行方向等相关信息，进行安全判别。并发送到地面设备。（6） 无线机车信号地面设备将车载设备发送的过点信息、列车运行速度、运行方向及列车所处的公里标等信息进行安全运算及处理，判别列车的位置，并发送至计算机联锁系统，作为其确定列车位置的一个参考依据。同时，无线机车信号地面设备还将接收到的过点信息及列车运行速度发送到计算机联锁系统，作为其运算的参考信息。1.2.2. 技术要求（1） 无线机车信号的无线信息采用数字编码，发收时间分隔控制，具有较强的抗干扰能力，不受气候条件限制，不需要调整任何参数，可全天候工作。（2） 无线机车信号设备具有与车载ATP通信的接口条件，可将机车信号的显示、信号机及车站代码等有关信息传送给车载ATP，通过车载ATP显示器显示。（3） 无线机车信号系统可在无线覆盖范围内连续显示地面区段的信号，显示内容满足技术规定要求，并具有语音提示等。（4） 当列车越过信号机后，无线机车信号系统可在无线覆盖范围内连续显示前方将要进入的信号机的显示。（5） 当列车发车，车站开放出站信号时，无线机车信号将自动显示出站信号。（6） 无线机车信号系统在上下行方向同时有列车运行时，各列车的机车信号显示应正确无误，互不影响。（7） 如果列车进入信号显示的区域没有收到信号，系统报警提示司机注意前方信号，并采取有关安全防护措施。（8） 机车设备须实时的将列车位置信息、列车过点信息、列车运行方向及列车运行速度等发送给地面设备，并通过地面设备发送给计算机联锁系统。（9） 机车设备须将机车信号显示情况及有关故障信息发送给地面设备。（10） 无线机车信号系统可对运营数据及有关的列车状态进行记录保存。（11） 无线机车信号系统的设计符合信号的故障安全设计原则。（12） 信号应变时间2s。（13） 系统满足控制多组列车作业的要求。2. 系统工作的基本原理本方案采用无线通道作为机车信号信息传输通道，点式查询应答器作为位置查询的工作方案，地面信号通过无线通道传送给列车。地面设备根据计算机联锁系统的信号开放条件，不断的向工作列车发送无线信号命令，列车根据接收的信息及列车所在位置确定机车信号的显示状态，并传送给车载ATP显示及对列车进行控制。原理框图如图8所示。2.1. 列车位置识别列车位置识别是采用点式查询应答器装置发送的点式信息、列车运行速度及由车载ATP传送的公里标信息进行多重冗余校核的方式，最大限度保障安全。当列车经过点式应答器的地面点时，机车设备将接收到地面点送出的列车位置信息，同时接收到车载ATP传送的公里标信息及点式信息，车载设备将对这些信息进行冗余计算处理，首先要确认车载设备接收的过点信息与车载ATP传送的过点信息一致，并将车载ATP传送的列车行车公里标经计算后与过点信息进行比较，得到列车运图8 原理框图行中所处的位置，然后将列车位置、列车运行速度、列车运行方向及过点信息通过无线通道发送给地面控制系统，地面控制系统接收到这个信息进行有关处理后，发送给计算机联锁系统进行进一步的安全处理。机车初始定位以后，当列车经过点式应答器的地面点，未能接收到相应的点式信息时，系统向司机报警，并通过车载ATP启动安全控制程序。同时将故障信息发送至地面设备。告知计算机联锁系统，经其进行安全处理后作为开放列车进路及地面信号的联锁依据之一。2.2. 机车信号的发送及接收首先，无线机车信号车载设备在列车通过点式应答器时，通过通信口接收到查询器的过点信息，并同时接收到车载ATP发送的过点信息、公里标信息、列车运行方向信息及列车速度信息，车载设备将这些信息处理后发送到地面设备，由地面设备将列车位置的相关信息发送给计算机联锁系统，作为计算机联锁系统确定列车位置的参考和依据。计算机联锁系统在确定列车位置之后，根据值班员的要求、列车的跟踪情况、线路前方的信号、道岔位置等条件，生成列车前方的相关信号显示及线路数据。然后，它将这些数据发送到机车信号地面设备。无线机车信号系统地面设备在不断的接收计算机联锁系统发送的列车前方信号，进路状态等信息后，经控制主机处理，然后通过数传电台发送到车载设备；车载设备接收到控制信息，经过处理送到车载ATP对列车进行控制。2.3. 地面设备工作原理地面设备采用双机热备工作方式。地面设备完成联锁信息的采集，将信号开放条件信息经过安全编码处理，符合无线机车信号要求后，通过无线信道发送至列车，并将列车发送至地面的信息，解码后经安全处理、发送给计算机联锁系统，并具有显示、报警及记录等功能。一套地面设备可同时控制多个列车的机车信号显示。在一个工作区段采用一个无线频点对多个列车进行控制，为了保证系统工作的安全可靠，系统控制对象的选择、列车位置的确定，是通过点式应答器、车载ATP等条件进行多重确认处理。系统通过软件防护及软、硬件的配合，保证设备做到故障倒向安全。在电务维修终端机上显示相关线路及信号的状态、列车的位置及列车发送的信息、计算机联锁系统传送的信息等，并可查阅有关的历史数据，分析有关的故障及事故，并具有再现回放功能及远程监测功能。2.4. 机车设备工作原理机车设备采用双机热备工作方式。机车设备接收地面发送的无线数传信息、地面点式查询应答信息及车载ATP信息，经安全校核及处理，实现机车信号显示及有关的辅助功能，并将机车设备工作的有关信息通过无线数传电台发送给地面设备，同时完成与车载ATP的信息通信，对列车进行安全控制及有关数据记录。机车设备在接收到信号命令后，它还不断的将其接收的命令、列车的位置、列车的速度、设备的工作状态等有关信息发送给地面设备，实现系统的闭环控制。车载系统具有完善的报警功能，在无线覆盖范围内，向地面传送列车运行数据，地面设备实时对列车监控，形成闭环控制系统，系统在运行中可对设备的工作进行监测并通过车载ATP进行记录，系统符合信号故障安全原则，保证列车行车安全。3. 无线信息的传送在磁浮列车的信号控制系统中，无线信息的传输是占有非常重要的位置。因此，系统数据采用动态传送、双向传输的方式，数据流向清晰，实现闭环控制。信息传输流向图如图9所示。图9 信息传输流向图由于系统要求高可靠及安全传输，系统采用专用的数据传输电台进行通信，其通信的技术指标须达到下述要求：（1） 工作频段：在450MHz-470MHz中选用一个频点（可根据用户要求变更）；（2） 发射功率额定值 5W；（3） 调制频偏 3.5KHz；（4） 杂波辐射 50dB；（5） 无线数据传输速率 9600bps；（6） 发射机启动时间 10ms；（7） 接收机灵敏度 -116dBm；（8） 数据接口为RS232串行接口，采用透明传输方式进行数据传输；（9） 天线工作频率范围： 450-470MHz；（10） 无线数据传输误码率 10-6。4. 系统软件说明4.1. 软件流程图（1） 地面设备软件流程图如图10所示图10地面流程图（2） 车载设备软件流程图如图11所示图11车载流程图4.2. 软件设计原则（1） 系统软件为功能模块结构，各功能模块之间利用存贮器作为数据缓冲，利用软件旗标作为联络信号，各功能模块的调用由主程序控制。（2） 系统软件对控制命令的无线传输，控制现场信息采集输入；工作机车识别标志的输出、输入等各模块中均采用冗余容错或纠错措施，提高系统的可行性与安全性。（3） 系统软件的检测模块，可对设备模板故障及重要部件故障进行离线检测，同时对于数据缓冲存贮器与指令接收的串行通道具有在线检测功能，在每一个工作周期检测其可用性，保证系统的可靠性。（4） 系统控制软件可以根据线路及站场图形自动调用站场数据库数据，适用于各种不同线路及站场。5. 系统可靠性及故障-安全性设计（1） 联锁通信机采用不间断定时发送工作方式，系统接收数据除通过串口数据校验，还要在软件中采用多数表决处理的处理方式，保证接收的数据正确。（2） 系统采用专用的高可靠数传电台，通过双向实时传输，实现闭环控制，对一些重要数据，在软件中还通过与机车回送的相关数据进行校核，进一步确保发送的控制数据正确，如果采集的数据连续出现错误，地面系统将停止向机车设备发送数据，车载设备将向车载ATP发送红灯停车信息，满足信号故障安全原则。（3） 机车与地面之间的无线数传通信采用检错及纠错控制技术，信息的发送与接收采用定时不间断发送的方式，确保车地设备接收的信息正确无误。如果发送超时，车载设备及地面设备均将发出故障报警，并采取安全措施，满足信号故障安全原则。（4） 每个控制命令传送均具有实效性，当超过命令的时效，系统将转向安全控制，保证系统满足信号故障安全原则。（5） 当有多列车在一个控制区中工作时，地面设备是通过列车代码、列车所在位置、列车走行方向等工作条件进行多项判别确定控制对象，确保同时作业的多列车执行正确的控制命令，相互不产生干扰。（6） 在不同的控制区系统通过选用不同的无线频点来区分，确保系统工作的实时性及可靠性。（7） 系统中的列车位置的确定是通过点式查询应答器接收矫正，并通过车载ATP的信息进行核对，系统地面设备的作业跟踪是通过联锁系统信息及列车位置确定。因此，当其中一个系统发生故障或错误时，系统保证故障倒向安全。6. 与外部系统接口6.1. 地面主机与计算机联锁系统的通信接口地面主机与计算机联锁系统的通信接口采用RS-422串行接口。（通信协议待定）6.2. 车载主机与车载ATP及查询器的通信接口（1） 机车信