郑-西客专信号系统应答器性能分析

2010-06-05郑福林

电子设计工程 2010年9期

郑福林

（西安铁路职业技术学院陕西西安 710014）

郑州—西安客运专线（以下简称郑—西客专）信号系统采用CTCS-3级列控系统（兼容CTCS-2功能），CTCS-3级为主用列控系统，CTCS-2级为备用列控系统。CTCS-3级列控系统，满足最高运行速度350 km/h,列车正向运行追踪间隔时间3分钟的要求，CTCS-2级满足最高运行速度300 km/h要求。不管是CTCS-3还是CTCS-2都是通过应答器向车载设备传递信息，下面对应答器的作用及性能作以分析。

1 应答器的结构和原理

1.1 基本原理

应答器的主要用途是向列控车载设备提供可靠的地面固定信息和可变信息。应答器系统是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备，用于在特定地点实现地面与列车间的相互通信。安装于两根钢轨中心枕木上的地面应答器不要求外加电源，平时处于休眠状态，仅靠瞬时接收车载天线的功率而工作，并能在接收到车载天线功率的同时，向车载天线发送大量的编码信息。

当列车经过无源应答器上方时，无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后，将其转换成电能，使地面应答器中的电子电路工作，把存储在地面应答器中的报文循环发送出去。

有源应答器通过与LEU的连接，可实时改变传送掉的数据报文。当与LEU通信故障时，有源应答器可以自动切换到无源应答器工作模式，发送预先存储在应答器中的默认报文[1]。

1.2 结构框图

应答器的电路结构框图如图1所示。该电路主要由C接口电路、A接口电路、制造信息存储、报文存储应答器控制模块组成。应答器控制模块是整个电路的控制核心，当电源建立后，它首先判断由C接口发送的数据是否有效，若该数据无效或无数据，控制模块使用存储在报文存储器中的数据，将其进行FSK调制后，输出到数据收发模块，经功率放大后，由耦合线圈发送。当控制模块上电时，判断C接口的数据有效，则控制模块将发送C接口传来的数据。一旦数控模块做出报文选择，在这次上电的工作周期内，无论C接口的数据有效与否，应答器都不改变发送的数据。当车载天线离开应答器上方后，应答器掉电，停止数据发送[1-2]。

图1 应答器电路结构框图Fig.1 Block diagram of transponder circuit

2 郑—西客专应答器的设置

郑—西客专在列车控制系统中，车-地信息的传递是靠应答器来完成的。分为有源应答器和无源应答器，向列车传递大量的固定信息和可变信息，其中包括：1）线路基本参数，如线路坡度，轨道区段参数；2）线路速度信息，如线路最大允许速度，列车最高允许速度；3）临时限速信息；4）车站进路信息；5）道岔信息；6）特殊定位信息；7）其他信息。

2.1 有源应答器设置

客专在进站口（包括反方向的进站口）设置了有源应答器。正方向进站口的应答器用于提供列车正方向进站所需的信息，如正向链接、线路坡道、轨道区段、临时限速信息。反方向进站口的应答器，按列车正向运行，该处的有源应答器，当排列正向发车时，有源应答器发送正向链接信息包，临时限速信息包。当排列反向接车时，发送线路坡度、线路速度、轨道区段、临时限速、反向运行信息包[3-4]。

2.2 无源应答器设置

客专在进站口（包括反方向的进站口）设置了无源应答器，进站口的第一个应答器为无源应答器，用于提供反方向行车时所需的数据，如反方向的链接，反向运行、反向运行的轨道区段和调车危险信息包。反方向进站口第二个应答器也为无源应答器，提供正向运行的线路坡度、轨道区段和调车危险信息包。

区间设有无源应答器（组），用于提供线路固定参数，如线路的坡度、线路的允许速度、轨道区段、链接信息等[5-6]。

3 应答器性能分析

客专的车载设备根据地面设备提供的动态信息、线路静态参数、临时限速信息及有关动车组数据，生成控制速度和目标距离的一次模式曲线，控制列车运行，为司机提供机车信号与行车监督服务（列车司机遵守行车规程驾驶），同时，记录单元对ATP有关数据及操作状态信息实时动态记录。

3.1 兼顾CTCS-3级与CTCS-2级列控系统要求

郑—西客专正线（新荥阳—新临潼—西安北）采用CTCS-3级（兼顾CTCS-2级功能）列控系统。郑州西站—郑州站—五里堡客整所，窑村站—西安站采用CTCS-2列控系统。CTCS-3级列控系统满足列车运行速度350 km/h，行车间隔3分钟的要求，最高设计速度和验收速度达到350 km/h。当列车由CTCS-3级控制模式操控时，车载设备将于RBC保持通信会话，并读取应答器的数据。当列车由CTCS-2级控制模式操控时，列车将采集轨道编码数据，并读取应答器。在CTCS-2级时，车载设备将切断与RBC的连接，如果车载设备此时接收的应答器信息包括CTCS-3级信息，车载设备将忽略该信息。

CTCS-3级与CTCS-2级之间的切换可由地面设备控制实现不停车自动切换，也可由司机人工切换。由应答器RBC向EVC发出的信息或司机通过DMJ的选择控制[7]。

3.2 信息包数据信息明确

前面提及应答器向列控车载设备传递动态信息和静态数据，分有源和无源应答器，有源应答器与LEU链接，用于发送来自LEU的报文，主要发送进路信息和临时限速信息。无源应答器用于发送固定不变的数据，如线路坡度、最大运行速度、轨道电路参数、列控等级切换等信息。这些信息都是以包的形式出现，且信息数据明确。

1）轨道区段信息包轨道区段信息包主要描述轨道区段的长度载频及信号机类型，如表1所示列车车载设备根据信号机类型判断闭塞分区，利用频率信息并根据列车运行位置，锁定接收应答器描述的当前载频，接收低频信号，根据低频信号信息及轨道区段长度确定目标点，生成控速模式曲线[1]。

2）线路坡度信息包应答器的线路坡度信息包主要用来描述线路的坡度参数，分别描述了坡度的起点、终点、坡道的类型及坡度值，如表2所示。

3）线路速度信息包应答器线路速度信息包用来描述线路的速度参数，其中存入应答器的速度数据是按5 km/h精度取整后的线路速度数据。线路速度数据包与线路坡度信息包数据相似，用来描述速度的头尾有效性，当列车由高速区段进入一个低速区段时，该线路区段允许运行速度对列车头部有效，反之对列车尾部有效。同一线路区段对某些特殊列车可有不同的列车允许运行速度，分别用变量给出列车类型及相应的速度。

表1 区间信号点、轨道区段数据表举例Tab.1 Interval signal point,track segment data table example

表2 线路坡度表举例Tab.2 Line slope table example

3.3 信息数据规范、准确、安全

应答器数据的准确性，直接影响着列车的控制安全。在CTCS-3(CTCS-2)级列控系统中，应答器用户数据表的编制，严格各种数据类型的规范性，如信号机名称，长度数据的精度、里程表的表示等，都采用标准的格式，做到了文字及格式的统一规范。另外，列车控制方式采用速度-距离方式，提高了长度信息与线路实际距离的精度，是列车控制更准确。还有就是在特殊情况下，当应答器丢失或故障导致链接失败后，列控车载设备会采用相应的措施控制列车安全运行，从而保证行车安全。