型半自动闭塞数字传输系统技术说明书

1、1概述11.1系统概述11.2 64型半自动闭塞传输数字化系统主要技术条件21.3安全信息传输设备的主要技术条件22 系统结构及原理33主要单元设备构成及工作原理53.1主机机箱53.2运算器73.3 E1协议转换器123.4维护机134 站间安全信息传输设备与半自动闭塞电路的结合设计144.1 电路说明174.2 其它说明185系统安全性、可靠性及可维护性185.1系统安全性185.2 系统可靠性205.3系统可维护性221概述1.1系统概述截止2009年底，中国铁路营业里程将达8.6万公里，位居世界第二。到2012年，铁道部力争使中国铁路营业里程达到11万公里，电气化率、复线率将达50%，

2、以“四纵四横”客运专线为骨架的高速铁路里程达到1.3万公里。届时，发达完善的铁路网初具规模，铁路运输瓶颈制约基本缓解。但是，目前我国有单线铁路4万多公里，约占营业里程的50%。即使在今后仍然修建一些双线，但单线铁路仍将占我国铁路的大部分。现在单线铁路站间普遍采用半自动闭塞制式，设备采用的是64D半自动闭塞系统，而64D半自动闭塞系统站间是通过架空明线（或电缆）来传输安全控制信息，虽然电路构成比较简单，但是由于架空明线大多是采用铁线，存在着线路电阻大、易受雷击、断线、混线等问题，影响闭塞系统的正常使用，对行车安全影响很大，严重干扰运输秩序。而光纤传输的优点是相对于铜线每秒1.54MHZ的速率，光

3、纤网络的运行速率达到了每秒2.5GB，几乎不受带宽限制并具有独一无二的优势，光纤具有较大的信息容量。光纤对诸如无线电、电机或其他相邻电缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。随着安全信息传输设备及光通讯技术的飞跃发展，车站级安全信息传输设备控制系统在铁路中得到了广泛的应用,并且站间具备多通道光缆通讯条件，从而,使站间信息传输利用光通讯技术来实现已成为可能。依据安全、挖潜、扩能、提效原则，单线铁路应根据情况尽量采用先进的信号设备，构成符合单线铁路运输需要、反映单线铁路运营特点的现代化信号系统。当前，在铁路信号领域利用数字通信技术实现站间

4、安全信息传输已成必然趋势。为统一技术标准，实现安全传输设备的互联互通，保证信息传输安全可靠，铁道部拟颁布基于光纤传输的站间安全信息传输系统应用技术条件（暂行）。 “基于站间安全信息传输的计轴自动所间闭塞系统”已在满足基于光纤传输的站间安全信息传输系统应用技术条件（暂行）规定的功能、设备组成、技术要求及工作环境。同时，通信接口协议引用了客运专线使用的铁路信号安全协议I（RSSP-I）安全数据传输要求。基于以上技术基础，使用光纤数字通道取代架空明线（或电缆）实现64D半自动闭塞控制信息传输是完全可行的。该项目由哈局电务处和黑龙江瑞兴科技股份有限公司联合开发、共同研制，该项目名称为“”。1.2 64

5、型半自动闭塞传输数字化系统主要技术条件1.2.1该系统满足64D半自动闭塞的技术条件的要求。1.2.2 该系统64型半自动闭塞控制电路，保持了控制电路的完整性。1.2.3 该系统保持原半自动闭塞的办理方式不变。该系统采用的站间安全信息传输设备平台满足铁道部拟颁布的站间安全信息传输系统应用技术条件（暂行）的要求；站间安全信息传输设备满足铁路信号安全协议-I（RSSP-I）的要求；1.3安全信息传输设备的主要技术条件周围空气温度：-5+40；1.3.1.21.3.1.31.3.1.41.3.2 主要技术指标2 系统结构及原理架空明线（或电缆），站间改用光纤传输通道，增加站间安全信息传输设备和通信协

6、议转换设备。由于光纤传输通道传送是光信号，64D半自动闭塞站间控制信息要实现数字化传输，必须把其站间传输模拟信号转化成数字信号才能实现光传输，首先需要将64D半自动闭塞的站间控制信息从模拟量转换为开关量，由站间安全信息传输设备采集开关量信息，并把采集的开关量信息转化成数字信号，同时站间安全信息传输设备对此数字信号进行编码处理，然后传送到邻站，经过邻站站间安全信息传输设备进行译码后驱动继电器动作，将发送电压模拟信号还原到邻站接收电路中，从而完成站间信息的传递和电路控制。甲站图2.1-1 64型半自动闭塞数字传输系统结构图安全信息传输设备协议转换器光端机光缆同轴电缆RS232防雷模块信号机械室SD

7、H通信机械室站间光缆E1同轴电缆SDH同轴电缆防雷模块同轴电缆协议转换器RS232安全信息传输设备通信机械室信号机械室结合电路乙站结合电路半自动闭塞电路甲站光端机半自动闭塞电路RS2323主要单元设备构成及工作原理64型半自动闭塞传输数字化系统主要单元设备包括3.1主机机箱按照铁标信号组合机柜的安装尺寸进行设计，可安装在组合架上。产品规格型号根据安装设备数量和种类不同，主机机箱共分为2种型号。其中，根据车站位置（分为端头站和中间站）配置不同，将主机机箱分为2种型号，具体规格型号见表3.1-1。表3.1-1 主机机箱型号规格序号型号最大外形尺寸（长×宽×高）mm重量(kg)备

8、注产品结构组成3.1.2.1 J·XTD型主机机箱可安装1台运算器，见图3.1-1所示。图3.1-1 J·XTD型主机机箱布置示意图运算器3.1.2.2 J·XTS型主机机箱可安装2台运算器，见图3.1-2所示。图3.1-2 J·XTS型主机机箱布置示意图运算器运算器主机机箱端子说明主机机箱接线端子说明见表3.1-2和表3.1-3。0912V15SG3.2运算器3.2.1 运算器面板示意图见主控卡（MCU）3.2.1.1 规格型号产品型号：3.2.1.2 主要功能a) 与邻站运算器（ACE）通信, 获得邻站的状态信息；图3.2-1主控卡（MCU）面板示意

9、图CPU1TX1CPU2RX1TX3RX3COM2TX2RX2TX4RX4COM1MCUc) 传递站间安全信息；d) 与显示卡（DPU）通信，传递本站和邻站的系统故障代码信息及本站单元板卡信息；3.2.1.3 面板指示灯说明 主控卡（MCU）面板示意图如图3.2-1所示。a) CPU1与CPU2：工作指示灯，点亮表示主控卡的CPU1、CPU2工作正常。b) TX1、RX1：CPU1与IOU的CPU1通讯指示灯。TX1表示发送，RX1表示接收。发送和接收数据时对应闪亮。c) TX2、RX2：CPU2与IOU的CPU2通讯指示灯。TX2表示发送，RX2表示接收。发送和接收数据时对应闪亮。d) TX

10、3、RX3：与邻站运算器通讯指示灯。TX3表示发送，RX3表示接收。发送和接收数据时对应闪亮。e) COM1：站间通讯指示灯。点亮，表示站间通讯正常；灭灯，表示站间通讯不正常。f) 其它：备用。3.2.2 输入输出卡（IOU）产品规格型号产品型号：主要功能a) 与主控卡（MCU）通信，获得对应区段空闲或占用命令信息；IOUCPU1TX5CPU2RX5J1J3TX6RX6J2BJ图3.2-2 输入输出卡面板示意图b) 采集外部条件信息，并发送给主控卡（MCU）；c) 输出系统报警控制条件(BJ)，并通过面板指示灯点红灯提供报警提示。面板指示灯说明 （IOU）面板示意图如图3.2-2所示。a) C

11、PU1与CPU2：工作指示灯，点亮表示CPU1、CPU2工作正常。b) TX5、RX5：CPU1与MCU的CPU1通讯指示灯。TX5表示发送，RX5表示接收。发送和接收数据时对应闪亮。c) TX6、RX6：CPU2与MCU的CPU2通讯指示灯。TX6表示发送，RX6表示接收。发送和接收数据时对应闪亮。d) J1、J2、J3：表示输出驱动继电器的状态。点亮，表示继电器吸起；灭灯，表示继电器落下。BJ：报警指示灯。红灯点亮，表示计轴设备故障报警。主要技术指标见表3.2-1表3.2-1 输入输出卡主要技术指标序号测试内容技术指标备注1第1路继电器驱动电压（DC）（DC）24V±2VJ1LF

12、ZXJ2第2路继电器驱动电压（DC）24V±2VJ2LFFXJ3第3路继电器驱动电压（DC）24V±2VJ3TQJ产品规格型号产品型号：主要功能a) 与主控卡（MCU）通信，获得设备及通道状态信息（含故障信息）；b) 具有故障查询功能，对系统故障信息提供故障代码；c) 显示所有含软件的板卡（MCU卡、IOU卡、DPU卡）的软件版本号信息。DPUCPURX8TX8F2F3F4F1图3.2-3显示卡（DPU）面板示意图面板指示灯 面板示意图如图2.2-5所示。a) CPU：工作指示灯，点亮表示的CPU工作正常。b) TX8、RX8：DPU与MCU通讯指示灯RX8表示接收。发送和

13、接收数据时对应闪亮。功能按钮说明a) F1，F2：功能按钮，用于查询故障报警信息。查询时需按压F1或F2（持续1秒钟以上），F1对应本站的故障代码，F2对应邻站的故障代码。b) F3：功能按钮，可查询IOU采集的外部条件状态信息，查询时需按压F3持续1s以上。c) F4：功能按钮，可查询软件版本号，查询时每次按压F4需持续1s以上;设备双采集或驱采不一致报警恢复。 LED数码管显示说明a) 第一行：当按下功能按钮F1或F2时显示故障报警提示代码。b) 第二行：当按下功能按钮F1或F2时显示故障报警提示代码。3.2.3 测试卡（TSU）产品规格型号产品型号：3.2.4.2主要功能提供+12V、-

14、12V、5V、C5V、JDQ1、JDQ2、JDQ3、JDQ4、JDQ5及JDQ6电源测试孔。图3.2-4测试卡（TSU）面板示意图TSU+12V-12V+5VC5VJDQ1JDQ2JDQ3JDQ4JDQ5JDQ6面板指示灯说明 测试卡（TSU）面板示意图如图3.2-4所示。a) -12V：b) 5V：c) C5V：d) JDQ1：第1路继电器励磁测试孔（LFZXJ）；e) JDQ2：第2路继电器励磁测试孔（LFFXJ）；f) JDQ3：第3路继电器励磁测试孔（GZJ）；g) JDQ4：第4路继电器励磁测试孔；h) JDQ5：第5路继电器励磁测试孔；i) JDQ6：第6路继电器励磁测试孔。3.2

15、.4 运算器电源卡（PCU）产品规格型号产品型号：PCU+12V-12V+5VC5V主要功能对输入的AC 220V电源进行AC/DC转换，为ACE提供4路直流工作。电源，分别为+12V、-12V、5V、C5V。面板指示灯说明 运算器电源卡（PCU）面板示意图如图3.2-5所示。a) -12V：工作指示灯。点亮，表示PCU有 -12V输出；b) 5V：工作指示灯。点亮，表示PCU有5V输出；图3.2-5运算器电源卡面板示意图c) C5V：工作指示灯。点亮，表示PCU有隔离5V输出。 主要技术指标见表3.2-2表3.2-2 运算器电源卡（PCU）主要技术指标序号测试内容技术指标1输入电源(V)18

16、72422C5V (V)35V (V)412V (V)512V (V)3.3 E1协议转换器RS232BNC接头接同轴电缆接运算器E1协议转换器用于光纤通道转接同轴电缆的E1接口与运算器RS232串行接口的信息转换。其面板示意图见3.3-1。图3.3-1 E1协议转换器示意图3.4维护机维护机由维护机主机和维护机组合构成。其中维护机主机由工控机、显示器、数据采集卡、无线Modem及CAN卡等组成；维护机组合由托盘和侧面接线端子组成。见图3.4-1所示。图3.4-1 维护机正面结构示意图维护机主机能够对设备各种数据不间断地进行采集和记录，内容包括：设备工作状态、关键继电器的状态及相关的报警信息等

17、。在现场运用过程中，可以利用维护机及时准确地分析出现问题的原因，正确评价系统运行的可靠性及安全性。图3.4-2 端子盒示意图12183维护机组合包括一个对外接口端子盒，其示意图如图3.4-2所示。其中，3×18端子是对外接口。维护机组合按照铁标信号组合机柜的安装尺寸进行设计，可安装在组合架上。3×18端子接口定义见表3.4-1。表3.4-1 3×18端子接口定义端子号0302011采集条件33采集条件17采集条件12采集公共端采集条件18采集条件23CAN2H采集条件19采集条件34CAN2L采集条件20采集条件45CAN3H采集条件21采集条件56CAN3L采集

18、条件22采集条件67CAN4H采集条件23采集条件78CAN4L采集条件24采集条件89采集条件25采集条件910采集条件26采集条件101112V采集条件27采集条件1112AGND采集条件28采集条件1213220VL采集条件29采集条件1314220VN采集条件30采集条件1415设备地采集条件31采集条件1516设备地采集条件32采集条件1617电源屏220VLCAN1HCAN0H18电源屏220VNCAN1LCAN0L4 站间安全信息传输设备与半自动闭塞电路的结合设计FXJ图4.1-1 64D半自动闭塞外线工作原理图ZXJFXJZXJBFBZBFBZBFBZBFBZX1X2ZDJ3F

19、DJ2FDJ3ZDJ2ZDJ3FDJ2FDJ2ZDJ201-101-201-201-164D半自动闭塞外线电路原理，其它电路及参数均保持原定型电路规定。64D半自动闭塞外线工作原理图在该电路基础上采取两种改进措施：图4.1-2 64型半自动闭塞数字传输系统工作原理图FXJZXJFFXJFZXJBFBZBFBZKFKZKFKZX1X2ZDJ3FDJ2FDJ3ZDJ2LFZXJ3LFFXJ2LFFXJ3LFZXJ201-101-201-201-1FFXJFZXJFXJZXJKFKZKFKZBFBZBFBZX1X2LFZXJ3LFFXJ2LFFXJ3LFZXJ2ZDJ3FDJ2FDJ3ZDJ201-

20、101-201-201-1甲站（X）乙站（S）安全信息传输设备LFFXJLFZXJ安全信息传输设备LFFXJLFZXJ站间光纤通道甲站（X）乙站（S）GZJGZJFZXJ1FZXJ2FFXJ2FFXJ1LFZXJ1LFFXJ1GZJ4GZJ3GZJ3GZJ4FZXJ1FZXJ2FFXJ2FFXJ1LFZXJ1LFFXJ122232621272425303132333435122123126121127124125130131132133134135TQJ3TQJ4TQJ3TQJ44.1 电路说明4.1.1 增加64型半自动闭塞实回线通道与2M通道切换功能。KZ报警接点KF系统报警表示灯安全信息

21、传输设备3637HKZKZTQA1KF14TQJ2TQJLUKF2M通道表示灯实回线通道表示灯64型半自动闭塞实回线通道与2M通道切换采用人工切换方式，按钮设在信号机械室。并设置图4.1-3 64型半自动闭塞实回线通道与2M通道切换电路原理图当系统工作正常，通道切换按钮（TQA）在按下位置，通道切换继电器（TQJ）在吸起状态，2M通道表示灯点绿灯，实回线通道和系统报警灯灭灯。同时，站间安全信息传输设备驱动故障继电器（GZJ）在吸起状态。当系统故障后，系统报警灯点红灯。这时车站值班员进行半自动闭塞过程办理不会成功，车站值班员应该请求调度命令，停基改电。然后通知电务人员进行维修，两站电务人员确认不

22、能马上修复系统，应同时操作通道切换按钮（TQA），半自动闭塞通道切换为实回线通道。这时，2M通道表示灯灭灯，实回线通道点黄灯和系统报警灯保持点红灯，恢复基本闭塞法。故障修复后，两站电务人员同时按下通道切换按钮（TQA），2M通道表示灯点绿灯，实回线通道和系统报警灯灭灯。站间安全信息传输设备采集FZXJ和FFXJ各2组前接点，并对两组接点状态一致性软件进行逻辑判断后，将状态信息传送至邻站。若采集2组接点状态不一致，送至邻站站间安全信息传输设备状态（FZXJ和FFXJ）为落下状态。同时站间安全信息传输设备报警，系统报警灯点红灯，这时车站值班员进行半自动闭塞过程办理不会成功。车站值班员应进行停基改电

23、办理。增加安全信息传输设备驱动回采功能主要包括LFZXJ和LFFXJ的回采功能。若站间安全信息传输设备驱动继电器（LFZXJ或LFFXJ）和回采该继电器状态不一致，两站站间安全信息传输设备驱动故障继电器（GZJ）落下，切断线路继电器电路与结合电路的联系，系统报警灯点红灯，这时车站值班员进行半自动闭塞过程办理也不会成功。车站值班员应进行停基改电办理。4.1.4在中间站增加维护机在现场运用过程中，在中间站增加维护机，利用维护机及时准确地分析出现问题的原因，正确评价系统运行的可靠性及安全性。主要内容包括以下几部分：1) 采集站间安全信息传输设备工作状态；2) 采集64D电路关键继电器状态；采集结合电

24、路中继电器状态。4.2 其它说明 5系统安全性、可靠性及可维护性系统遵循故障安全原则。5.1系统安全性5.1.1双CPU结构 运算器（ACE）采用双CPU结构。5.1.2输出控制的“二取二”原则运算器（ACE）是由硬件相同、功能相同、软件算法相异的两套CPU构成，二套CPU运算结果输出通过“安全与”硬件电路，最终驱动继电器吸起。5.1.3动态安全驱动电路及回采功能为防止数字电路故障导致输出恒定为高电平或低电平，继电器驱动源均采用动态脉冲，保证故障导向安全。而且为了保证设备驱动及结果一致性，增加驱动回采功能。主要包括LFZXJ和LFFXJ的回采功能。若站间安全信息传输设备驱动继电器（LFZXJ或

25、LFFXJ）和回采该继电器状态不一致，两站站间安全信息传输设备驱动故障继电器（GZJ）落下，切断线路继电器电路与结合电路的联系。5.1.4外部输入条件的动态双采集外部输入接口条件的采集是由系统自身产生动态脉冲，通过相应继电器的接点构成回路，依此判断其动作状态，满足故障安全。为了防止采集点混线故障的发生，5.1.5站间通信采取安全措施本方案采用的站间安全信息传输设备是按照铁道部颁布的站间安全信息传输系统应用技术条件（暂行）的标准研制的专用设备，其通信接口协议满足铁路信号安全协议-I（RSSP-I）标准的要求。保证了通过其传输的站间安全信息的准确可靠，完全满足64D半自动闭塞系统的技术条件，符合系

26、统安全性的要求。5.1.5.1封闭式传输系统中通信可能发生的问题：a) 数据帧重复；b) 数据帧丢失；c) 数据帧插入；d) 数据帧次序混乱；e) 数据帧错误；f) 数据帧传输超时5.1.5.2接收方设计的保护算法必须对接收到的信息做出以下检查:a) 发送方的身份信息(真实性)b) 信息帧的正确性(完整性)c) 信息帧的时效性(时限性)d) 信息帧序列的正确性(次序性)5.1.5.3采用的安全防御技术：a) 采用时间戳技术b) 超时检查措施c) 源标识符SID识别技术d) 接收错误时反馈消息e) 32位CRC循环冗余校验码和32位系统检测字双重校验措施5.2 系统可靠性由于64D半自动闭塞外线

27、电路取消站间电缆后，外线上极性电源由本站传输到邻站增加了站间安全信息传输时间，经过理论分析和实际测试，在不改变原电路中所有缓放电路参数的情况下，系统满足64D半自动闭塞办理的要求。具体分析如下：5.2.1 甲站向乙站请求发车 当甲站请求发车时，值班员按下BSA按钮，甲站ZDJ吸起，BZ-ZDJ-LZXJ-LFXJ-FZXJ线圈（正向）-FFXJ线圈（反向）-LZXJ-LFXJ-FDJ-ZDJ-BF，使FZXJ吸起，安全信息传输设备通过采集FZXJ的接点状态，通过站间安全信息传输系统传送到乙站，乙站安全信息传输设备经过译码后，驱动乙站的LZXJ吸起，使乙站的64D的ZXJ吸起，HDJ吸起。甲站值

28、班员松开BSA，甲站的ZDJ落下，FZXJ随之落下，乙站的安全信息传输设备使乙站的LZXJ落下，致使乙站的ZXJ落下，TJJ吸起，并与在缓放中的HDJ沟通FDJ励磁电路，FDJ吸起后，向甲站发送付极性的自动回执信号，即乙站的FDJ吸起，BZ-FDJ-LFXJ-LZXJ-FFXJ线圈（正向）-FZXJ线圈（反向）-LFXJ-LZXJ-ZDJ-FDJ-BF，乙站的FFXJ吸起，安全信息传输设备采集FFXJ的接点状态进行编码，通过站间安全信息传输系统传送到甲站，经甲站安全信息传输设备译码后驱动LFXJ吸起，使甲站的FXJ吸起，使ZKJ吸起，GDJ吸起，点亮发车黄灯，完成了请求发车的办理过程。甲乙两站

29、相关继电器动作时序见图5.2-1。图5.2-1 甲站请求发车相关继电器动作时序图原电路中：ZDJ（甲站） ZXJ（乙站）现电路中：ZDJ（甲站）FZXJ（甲站） LFZXJ（乙站）ZXJ（乙站） 通过时序图我们可以看出：从甲站ZDJ到乙站ZXJ时间小于1s，安全信息传输时间由甲站FZXJ到乙站LFZXJ时间小于0.6s。自动回执电路动作过程：ZXJ(乙站)HDJ(乙站)FDJ(乙站)LFFXJ(甲站)FXJ(甲站)自动回执信号的脉冲长度近似等于HDJ和FDJ缓放时间之和，理论时间不小于T1=2200ms（600ms+1600ms）。见图5.2-2所示，数字通道传输是将甲站FXJ时间推迟T2=9

30、00ms，在最不利的情况下（在自动回执脉冲上升沿传输延迟150ms，在自动回执脉冲下降沿传输延迟0ms），则自动回执信号的脉冲长度为T3=2050ms（2200ms-150ms）。因此可以保证电路可靠工作。ZDJ甲站乙站ZXJ400msFDJFXJ400msZXJHDJTJJZKJXZJGDJ发车黄灯接车黄灯100msFZXJ200msLFZXJ站间通道200ms100ms900msFFXJFFXJ200ms100ms900ms100ms100ms100ms站间通道图5.2-2 通过时序图我们可以看出：从乙站FDJ到甲站FXJ时间小于1s。远小于自动回执信号的脉冲长度。因此可以保证电路可靠工作。5.3系统可维护性站间安全信息传输设备在方便用户使用和维护方面具有以下特点。5.3.1 直观的面板指示运算器（ACE）采用简洁、直观的指