FZL·Z20车载ATC设备在线检测装置的研究

孙会勇

（长春市轨道交通集团有限公司，长春 130012）

1 概述

1.1 ATC系统

城市轨道交通列车自动控制（ATC）系统，通常包括3个子系统。

1）列车自动监控子系统（ATS）；

2）列车自动防护子系统（ATP）；

3）列车自动驾驶子系统（ATO）。

长春轻轨4号线核心信号系统采用中国铁路通信信号集团公司研制的基于数字化无绝缘轨道电路的准移动闭塞ATC系统。该系统由区域控制中心（含联锁）设备、数字化无绝缘轨道电路设备、车载ATC设备、中心/车站自动监督ATS设备等组成，主要作用是实现列车的间隔控制、进路控制、超速防护和自动驾驶。该基于数字化无绝缘轨道电路的ATC系统，在信号传输、信号处理过程中均实现数字化，车载设备可以实现列车一次制动模式曲线控制及智能化自动驾驶控制。

1.2 车载ATC设备

FZL·Z20型车载ATC设备如图1所示，应用在长春轻轨4号线工程的23列列车上，包括ATP、ATO和TWC设备，可实现ATP防护下的列车自动驾驶。

车载ATP设备包括记录板、电源板、通信板、输入板、输出板、STM板、主控板、继电器板、CAN板、速度板、紧急制动继电器盒、电源盒和ATP天线等。

车载ATO设备包括电源板、主机板、I/O板和控车板等。

车载TWC设备包括电源板、发送板、功放板、接收板、发送天线和接收天线等。

1.3 在线检测目的

在线检测装置是为实现FZL·Z20型车载ATC设备快速在线维修和检测。使用本检测装置，可快速对车载ATC设备工作状态进行在线检测。出库前的检测工作，确保了车载ATC设备工作正常才允许上线；回库后的检测工作，可以及时有效地检查出车载ATC设备是否存在故障。

2 检测装置的功能

FZL·Z20型车载ATC设备在线检测装置的主要功能如下。

1）有效地检测ATP天线的完整性和STM板的解码功能。

2）有效地测试STM板的灵敏度。

3）可模拟列车经过TWC环线交叉点。

4）有效地检测TWC发送天线的完整性和发送板、功放板的发码功能。

5）有效地检测TWC接收天线的完整性和接收板的解码功能。

6）可检测ATP与STM板之间的通信功能。

7）可检测TWC与ATP、ATO之间的通信功能。

3 检测装置的原理

检测装置采用Xilinx的FPGA作为主处理器，外接PWM驱动、功率放大电路、AD转换和触摸屏显示器等设备，既有发码功能，又有解码功能，同时还能模拟列车经过交叉点。

检测装置为便携式设计，采用锂电池供电，支持在线充电。

3.1 硬件结构

检测装置由以下模块组成： 1）逻辑控制模块； 2）信号发送模块； 3）信号接收模块； 4）电源管理模块； 5）显示模块。

检测装置的硬件结构如图2所示。

3.2 发码电路

检测装置的发码电路如图3所示。

FPGA通过RS-232接口接收来自显示模块的发码工作模式命令，根据命令确定当前是发送DTC编码、TWC编码还是TWC交叉点，FPGA产生对应信号的PWM波，经过PWM驱动电路后送到功率放大及滤波电路，滤波后输出FSK信号。通过反向控制器后输出到小环线上，小环线布置到列车车底的STM天线或TWC接收天线下方，即可实现发码功能。

为了监测发送信号的电流，在小环线出口处串联一个采样电阻，从电阻上采集到的信号经过采集电路和AD最后送给FPGA，由FPGA对信号的幅度进行计算，最后转换为实际的环线电流。

3.3 解码电路

检测装置的解码电路如图4所示。

当FPGA接收到解码工作模式指令后，启动解码功能，接收探头感应到的TWC车对地信号，经过滤波偏置电路后送到AD进行模数转换，最后送给FPGA进行解调，解调出来的数据通过RS-232接口送给显示模块进行显示。同时还计算当前感应到的信号幅度，也发送给显示模块进行显示。

3.4 模拟交叉点电路

模拟过交叉点电路如图5所示，是由继电器实现的。当继电器处于落下接点时，输出信号与输入信号同相，假设此时信号为正相位。当继电器吸起，输出信号与输入信号相位相反，此时输出信号为反相位。通过继电器的吸起和落下，可实现输出信号相位的变化，以此实现模拟TWC天线过交叉点。

3.5 软件设计

检测装置的软件分为两部分，一部分为显示模块的软件，另一部分为逻辑控制模块的软件。

显示模块的软件主要完成人机交互。把人工选择的工作模式转换成命令发送给逻辑控制模块，还把需要发送的编码发送给逻辑控制模块，同时把逻辑控制模块送来的编码数据、状态和电流、电压参数进行显示。

逻辑控制模块的软件主要完成发码、解码、产生模拟交叉点信号和检测电池容量的功能。

4 使用方法

使用检测装置对车载ATC设备进行检测时，必须先打开车载ATC设备，依次对ATP天线和STM板、TWC接收天线和接收板、TWC发送天线、发送板和功放板进行检测。

4.1 检测ATP天线和STM板

检测装置小环线布置如图6所示，把检测装置的小环线沿钢轨方向放置在两个ATP天线下方钢轨的顶面，与ATP天线垂直，小环线放置的长度在ATP天线下方前后不小于0.5 m，并保证靠近ATP天线下方的位置小环线与钢轨密贴。

打开检测装置电源，显示器界面选择发码模式/数轨编码，在显示器界面上选择“+”或“-”实现信号电流的控制；在显示器界面上选择“载频”里的数字可以改变当前信号的载频，同时可观察当前小环线内信号电流值。

把信号电流调整到120 mA，观察STM板的“帧接收灯”是否闪烁，依次更换剩余8个信号载频，信号电流都调整到120 mA，观察STM板的“帧接收灯”的闪烁情况。若出现不闪烁的情况，则说明ATP天线、STM板和电缆至少有一个故障。

4.2 检测TWC接收天线和接收板

把检测装置的小环线单根沿钢轨方向放置在接收天线正下方300 mm的位置，打开检测装置电源，显示器界面选择发码模式/TWC编码，在显示器界面上选择“+”或“-”实现信号电流的控制，同时可观察当前小环线内信号电流值。

把信号电流调整到400 mA，此时观察车载TWC接收板面板的“帧接收灯”是否闪烁，若不闪烁，则说明有故障。

4.3 检测TWC发送天线、发送板和功放板

通过检测命令让车载发送板正常发送信号，把检测装置的接收探头放置在TWC发送天线下方150 mm的位置，打开检测装置电源，显示器界面选择解码模式，观察显示器界面上显示的接收编码内容，与车载发送板发送的内容进行比较，应为一样的数据；若无法正常接收信息，则说明有故障。

5 结束语

本文介绍了FZL·Z20型车载ATC设备在线检测装置的功能、原理和使用方法。本检测装置已成功应用于长春轻轨4号线列车车载ATC设备的维护检测中。

使用在线检测装置可以及时有效的对车载ATC设备的工作状态进行检测，便于车辆检测、维修和管理。