ATP系统数据记录器应用

马常江

ATP系统作为德黑兰地铁交通控制核心 ATC系统的子系统,需要与室内系统进行连接,以获取最大的限速信息,从而避免列车超速相撞等事故的发生。而要实现这个目标,ATP系统需要通过安装在车内的计算机与地面设备通信,从而得到 TCC(TrafficControlCenter)发出的数据信息。列车通过自身传感器记录到运行的真实数据,与接受的数据进行比较,进而控制列车运行。ATC系统通过计算形成前后两车之间的目标-距离曲线,使后车在两车之间的闭塞分区内安全运行。这就意味着轨道交通的运输能力取决于所选 ATC系统,一般说来,该系统分为基于模拟的 ATC系统和基于数字的 ATC系统 2种。

1 基于模拟技术的 ATC系统

图 1所示为基于模拟技术的 ATC系统结构。系统中的信号被调制成相关的限速信息,作为 ATP信号被发送到轨道电路上。另外,地面接收设备可使列车看到该轨道区段的限速信息,反映出轨道区段是否被占用。

图 1 基于模拟技术的ATP系统图

基于模拟技术的 ATP系统存在以下一些主要问题。

1.轨道电路上最大允许速度为固定值,这导致了限速曲线呈阶梯状分布。

2.尽管使用了新的制动系统,也不会提高列车行驶的安全性。因为相邻闭塞分区之间的速度呈阶梯状分布,使用基于模拟传输的 ATC系统对提高运行效率并不十分明显。

3.当一条进路上有不同的机车进行制动时,每辆车的制动距离取决于限速目标-距离长度,但是理想的列车制动曲线应该是速度缓慢下降。

4.最理想的制动是逐渐降低车速,但是这需要大量的信息和复杂的计算,因此模拟 ATC系统是无法保证制动效率和安全的,这就需要一种更先进的系统来实现列车的高效安全运行。

2 基于数字技术的 ATC系统

基于数字技术的 ATC系统有以下几个特点。

1.利用轨道电路传输数字信号,不会对系统安全造成影响,而且会增加系统的灵活性。

2.与模拟 ATC系统相比,系统出错概率会降低三分之一。

3.设备空间占用率比原来减少一半。

简单的说,数字 ATC系统通过数字通道向列车传输目标距离或限速信息。通过轨道电路传输数字编码,然后车载设备通过与列车实际速度进行比较,超速时启动制动,车载设备保持最大允许速度直到列车停稳。数字系统能够提高最大允许速度,使列车追踪时间减少,同时也可以将不同的制动方式结合起来。

图 2所示为数字 ATC系统结构图。数字 ATC系统传输以下主要信息:①地面信号信息 (例如信号机的显示);②进路信息 (例如闭塞区间长度、线路速度下的坡度限制、下一限速值等);③列车信息 (例如列车长度、车重、类型和制动系数等);④紧急状态下的列车信息 (如列车速度)。

目前德黑兰地铁 ATP系统包含了许多子系统,根据 ATP系统的功能,可以分为以下 6个模块。

1.控制单元,用于计算列车最大允许速度,其计算依据来源于其他功能模块。

2.信号车载单元,用于向驾驶员显示不同颜色的信号信息,并将该信号送到中央处理器。

3.速度-距离曲线计算单元。

图 2 数字ATC系统结构图

4.进路信息记录单元,从地面或车载设备获取进路信息,并将该信息送到中央处理器。

5.表示屏单元,实际上是一个人机界面接口,通过这里可以查看列车速度、限速信息、下一架信号机距离、前方信号、报警指示灯等。

6.数据存储单元,提供表示信息的存储 (如机车信号、列车速度、制动时间、制动距离和其他信息)。

3 ATP系统设置数据记录器的目的和方法

德黑兰地铁的 ATP系统中没有记录数据和事件的功能,就是说当系统掉电关机时,就会丢失存储在 RAM中的所有数据信息,因此需要建立一个数据或信息的存储单元 (文件或数据库),这样就能够清楚地看到所有的事件信息,以便查找发生问题的所在 (如司机的操作失误、列车故障、ATP系统错误或控制中心发送了错误指令等)。

3.1 数字无线车-地通信方法

司机的操作记录和各车载设备的状态可以通过数字式无线车-地通信,把数据存储并传送至设在德黑兰地铁不同车站 ATP系统中的本地控制计算机上 (CBI)。同时为列车和驾驶员信息分配存储空间,将该信息存入 ATP主机中,然后通过车-地通信将其发往各站。这种方法还需要考虑以下主要问题:①是否可能将数据或信息存入存储器的某个地方;②是否能将这些信息通过 TWC发送出去。如果能够很容易的对数据进行存储,那么这种方法就是非常先进的。当车到站后,这些信息就可以传送到车站的本地控制计算机,继而通过远程终端单元计算机 (Remote Terminal Unit)传至控制中心并储存。此方法的前提是通信要确保可靠,缺点是造价相对高昂。

3.2 由微处理芯片构成的最小系统的应用

另一种系统是基于微处理器的,通过 PC和EEPROM之间的通信来完成,通道为 RS-232,结构如图 3所示。

最小系统包含 2种运行模式:①通过 RS-232从 ATP主机接收数据并存储;②通过 RS-232向另一台计算机发送数据。

图 3 基于微处理器的系统总体结构图

系统中使用 EEPROM作为存储介质,用微控制器 8015与存储器进行通信,中间用一块芯片,通过 RS-232通道中的 TTL电平不断变换完成通信。系统提供了接收和发送 2种模式供用户选择。

接收模式下,微处理器通过 RS-232通道接收数据;发送模式下,微处理器从缓存中读取数据并通过 RS-232通道发送出去,其传输速率取决于系统内的时间计数器。微处理器的串行端口由 4种不同的状态组成。数据寄存器由 UART状态 1或 8bit位构成,取决于不同的传输速率。8051微处理器提供UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)接口。这 8位数据同步进行传输,第一位以 0开始,最后一位以 1结束。在串行端口上传输 10bit位数据,第一位为 0,中间 8位是数据,最后一位是 1。通过微处理器地址,设定存储器容量。例如传输数据占用 16 MB容量,使用微处理器80C251,则只需使用 64KB存储空间即可。此方法虽然造价具有优势,但从控制中心随时掌握并分析各种情况或数据方面来讲,与第 1种方法还是有较大差距。

4 结论

从德黑兰地铁车辆驾驶员的操作现状方面讲,开发和应用数据记录器都有很重要的意义。以上2种方法都能实现对司机操作和 ATP设备状态的记录、传递并储存。一旦有故障或事故的发生,对故障或事故的原因能起到决定性的分析判断作用,从而对司机的规范驾驶有一定的借鉴和教育意义。

[1] 德黑兰地铁《EBI-950联锁系统》、《ATP车载系统》操作手册.

[2] 德黑兰地铁《EBI-950联锁系统》、《ATP车载系统》使用和维护手册.

[3] 康峰,左贵民.ATP/TD系统的列车位置检测原理与闭塞逻辑分析[J].铁道通信信号,2009(12):11-12.

(责任编辑:温志红)