地铁屏蔽门便携测试仪实现方案初探

地铁屏蔽门 (PSD)是安装于地铁站台边缘、在轨道与站台公共区域之间提供安全可靠地隔离、由一系列自动控制的滑动门组成的屏障。地铁信号ATC系统通过发出“开门”和“关门”信号命令控制列车车门和屏蔽门，实现屏蔽门和列车车门同步动作。屏蔽门能够防止危及行车安全、乘客生命财产安全的事故发生。

1 问题的提出

目前我国各地城市轨道交通系统集成了不同制造厂商的设备，制式也各不相同，如:引进的SIEMENS(西门子交通技术集团)、美国US＆S、英国WSL(西屋信号公司)、法国ALSTON等公司的设备;国内的如北京交大、CASCO公司、通号总公司、和利时公司等。设备和制式的多样性给运营维护工作带来了不便，同时设备备品、备件和测试设备的种类繁多也制约了城市轨道交通的运营质量。因此有必要深入研究各种制式和设备，开发出自主的测试设备。

目前，对于车载ATP/ATO设备是否正常的测试一般在试车线上进行，对于某一车站的ATP/ATO设备的开通测试或运营后的测试，一般调用实际列车，利用车载ATP/ATO设备模拟测试仪表进行测试。这样做既不经济又费时费力，同时干扰正常行车。为了改变这种情况，可以开发一些便携测试仪器仪表。

本文针对地铁系统的屏蔽门子系统的测试工作要求，以SIEMENS地铁屏蔽门控制设备为例，探讨便携式地铁屏蔽门测试设备的实现方案。

2 西门子屏蔽门控制原理

当列车到达车站时，ATP/ATO车载单元通过车载PTI天线向屏蔽门发出“打开”或“关闭”信号，信号经地面PTI环线或地面接收天线接收，送至PTI MUX(即PTI室内IMU100设备)，IMU100对接收的信息进行处理，产生屏蔽门控制信号，控制站台屏蔽门的“打开”或“关闭”，同时轨旁ATP计算机采集屏蔽门的状态，以ATP报文形式由FTGS轨道电路发送给列车，产生列车运行指示。PTI与PSD的接口及信号流向如图1所示。

图1 PTI与PSD接口示意图

3 西门子PSD控制信号的分析

从图1可知，在整个SIEMENS屏蔽门控制过程中，车-地之间的信息传输是整个控制的连接纽带。从SIEMENS提供的维护说明可知，车载ATP/ATO通过车载PTI天线向地面传输的信号为850 kHz的调频信号。为了分析该信号，采用高速采集设备对车载ATP/ATO设备的开门、关门信号进行采集，采集的10μs原始信号片段如图2所示。

图2 车载ATP/ATO设备输出的PSD控制信号图

采用MATLAB对图2采集信号进行解调，分析结果如图3所示。

图3 车载ATP/ATO设备输出的PSD控制信号解调图

通过对采集的信号分析，车载ATP/ATO发送的PSD控制文本具有以下特征。

1．信号载频频率为850 kHz，调制频偏为26 kHz。每一条开门或关门命令由3帧数据组成，每帧数据长约2 ms，每帧数据循环发送约100 ms，3帧数据形成循环依次发送。

2．解调后的PSD控制报文原始信息中的一帧数据如下:846位 “0”、188位 “1”、282位“0”、188位 “1”、188位 “0”、376位 “1”、564位 “0”、752位 “1”、376位 “0”、……、376位“0”、188位 “1”、188位 “0”和282位 “1”。

3．PSD控制报文信息包括:开关屏蔽门命令、列车的车次号、司机代码、目的地码、列车车底码等与运营相关的信息。

4．PSD控制报文必须持续动态更新才能保证控制命令正常输出，PTIMUX最大的容错时间为1 s，PSD控制报文超过1 s未动态更新或输出，PTIMUX将结束PSD控制命令输出。

4 PSD便携测试仪的实现方案

根据对SIEMENS地铁系统车载ATP/ATO设备屏蔽门控制原理和PSD控制信号分析，设计一款便携式测试仪代替车载ATP/ATO设备，模拟产生开门、关门信号。PSD便携测试仪的组成框图如图4虚线框所示。

PSD便携测试仪由控制板、人机操作界面(MMI)、PTI发送天线、LZB接收天线 (可选)4部分组成。便携测试仪控制板根据PSD控制报文产生调频信号，调频信号经高速DA输出到PTI发送天线;PTI发送天线利用既有车载PTI发送天线，用来发送PSD控制调频信号;人机操作界面由5.7吋LCD和工控板组成，实现屏蔽门测试时的人机交互操作;可选的LZB接收天线实现接收轨道电路中传输的ATP报文，LZB接收天线采用既有的车载LZB接收天线。

图4 PSD便携测试仪组成及原理框图

PSD测试仪控制板基于TI公司TMS320DM6437数字信号处理芯片进行设计，控制板的原理框图如图5所示。

控制板采用TMS320DM6437数字信号处理器，该芯片峰值运算能力高达5600MIPS，完全胜任PSD控制信号的产生和高速输出要求;高速DAC用于输出850kHz调频信号;MAX3232进行串行通信电平转换，提供与测试仪人机操作界面的通信接口;预留高速ADC对LZB接收天线信号进行高速采样，用来获得PSD的状态信息。

图5 PSD便携测试仪控制板原理框图

PSD便携测试仪的工作原理为:MMI选择测试命令——开左门、开右门、开左右门、关门命令、选择PSD报文信息调制方式 (如MSK、FM、ASK等)，并将命令信息通过串口下传到控制板，控制板根据接收到的命令，产生对应PSD控制报文的波形信息，这些波形信息通过高速DAC循环输出到PTI发送天线。PSD测试仪可以自动确认车站被测试PSD设备是否正常，通过增加可选的LZB接收天线，接收轨道电路叠加传输的ATP报文，从接收的ATP报文中获得车站PSD状态，若PSD状态与测试发送命令要求一致，则车站PSD控制正常。

5 应用前景

目前我国各城市使用的地铁控制系统设备制式多样，但不管PSD控制报文采用何种调制方式，只要根据具体的车载ATP/ATO设备，选择对应的PSD控制信号的算法和叠加的ATP报文解调算法，可以适应各种地铁屏蔽门子系统测试的要求。［1］ Maintenance Manual IMU 100 － PTI MUX．SIEMENS.2004，3．

［2］ LZB 700M列车自动控制车载单元维护手册．SIEMENS．2002．

［3］ TMS320DM6437 Digital Media Processor．Texas Instru

ments．2008，7．

(责任编辑:张 利)