FZL·Z20车载ATC设备离线维修检测方案研究

曹国利

（长春市轨道交通集团公司，长春 130012）

1 概述

1.1 ATC系统概述

城市轨道交通列车自动控制系统简称ATC系统通常包括3个子系统。

列车自动监控子系统（ATS）；

列车自动防护子系统（ATP）；

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。本ATC系统基于数字化无绝缘轨道电路，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设备概述

如图1所示，FZL·Z20型车载ATC设备应用在长春轻轨4号线工程的23列列车上，包括ATP设备、ATO设备和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、紧急制动继电器盒和电源盒。

车载ATO设备包括电源板、主机板、I/O板和控车板。

车载TWC设备包括电源板、发送板、功放板和接收板。

1.3 目的

为实现FZL·Z20型车载ATC设备在库内离线进行维修检测，指导、培训检修维护人员准确快速定位故障点，特制定本方案在轻轨库内搭建离线测试环境。本方案对FZL·Z20型车载ATC系统设备进行完整的测试，确保设备测试合格通过后才能在车上投入使用。

2 车载ATC设备维修测试方案

FZL·Z20型车载ATC设备维修测试方案，采用工控机作为上位机，通过CAN总线和RS-422总线接口控制相应的设备给FZL·Z20型车载ATC系统设备提供开关量输入和输出采集、速度信号输入、编码信息和过交叉点信号。

2.1 硬件设备组成

搭建完整的设备维修测试环境所需要的设备如下。

1）0～36 V 10 A可调直流稳压电源一台；

2）48 V 5 A直流稳压电源一台；

3）25 Ω/50 W 5%功率电阻一只；

4) 1 Ω/50 W 5%功率电阻一只；

5) 模拟数轨发码器一块；

6) 模拟TWC发码器一块；

7) TWC轨旁接收板一块；

8) 开关量板一块；

9) 人机一台；

10）ATC机柜（含车载ATP、ATO和TWC设备单盘）一台；

11) 虚拟列车控制平台（STS）一台；

12) 带串口的工控机一台；

13) 周立功PCI转CAN接口卡（型号PCI-9820）两块（双CAN口）；

14) RS-232转RS-422接口模块一个。

2.2 硬件连接方案

设备维修测试环境连接示意如图2所示。

2.3 软件方案

系统维修检测时，虚拟列车控制平台为简单的控制I/O，读取I/O和输出速度信号的操作，由工控机通过RS-232接口控制虚拟列车控制平台，根据测试序列对FZL·Z20型车载设备进行维修测试。

2.3.1 总述

如图3所示，设备维修测试环境，是一个支撑系统，它包括了若干个子模块程序，用于支持检修测试工作，并兼具演示功能。因此该测试环境的设计一方面要贴合实物系统，另一方面需要丰富的可配置测试脚本来设置不同的运行场景。

设备维修测试环境基于工控机平台与虚拟列车平台作为底层硬件环境，使用CAN通信、RS-232串口通信、RS-422串口通信等通信接口作为调度接口。其中工控机平台负责提供线路模型及硬件接口程序，虚拟列车平台完成I/O量采集和速度脉冲的发送，工控机平台和虚拟列车平台共同完成与车辆模型相关的计算。

FZL系统测试环境可以按照逻辑分为3个层次，从下到上依次分为：接口层、逻辑应用层、应用表示层，每个层次负责不同的功能。

2.3.2 接口层

主要包括各种硬件接口程序，如CAN转UDP，I/O量采集和发送，档位采集和发送等程序。

2.3.3 逻辑应用层

逻辑应用层是仿真系统的核心层，主要包括列车模型、线路模型等。主要功能如下。

1）通过串口采集速度采集板所测量的速度和总位移的信息；

2）轮询车辆的状态和位置，报告坡度，弯道数值；

3）更新和报告车辆所在的区段，轨道，偏移量和方向等信息；

4）实时判断车辆所在位置发送交叉同步点信息；

5）接收来自ATP的切除牵引，常用制动，紧急制动等信息；

6）接收档位信息，通过查询牵引/制动特性，由列车模型计算得出列车当前时刻的速度值；

7）提供车载ATC系统提供直接的速度信息。

2.3.4 应用表示层

如图4所示，应用表示层，也称为人机界面层，用于呈现给使用者一个列车操作界面，以及当前速度、限速、里程、轨道和v-s曲线等信息。模拟驾驶操作界面实现对列车运行档位的设置。通过鼠标点击拖动即可实现对列车运行档位的设定功能。

应用表示层还包括I/O量的开关显示等。I/O操作界面实现对车载设备运行所需的I/O量进行设置，界面中左侧部分为车载设备的I量，右侧部分为车载设备的O量。I/O量值为0界面显示红色，为1显示绿色。

3 测试方法

依托车载设备维修测试环境的硬件，以长春轻轨4号线某特定站间场景为依据，设计合适的测试序列，测试序列应覆盖所有的硬件点，在对车载设备进行了完整的测试且通过后，车载设备才能上车投入使用。

通过FZL·Z20型车载设备的系统测试，使用人员熟悉掌握FZL100列车自动控制系统理论知识，该环境系统亦可起到培训作用。

4 结束语

本文介绍了FZL·Z20型车载ATC设备的维护检测方案在长春轻轨4号线检修培训的具体应用；本方案的设备维修测试环境系统已在上海铁路通信有限公司试验成功；近期将在长春4号线检修段建设一套完整的FZL·Z20型车载ATC设备的维护检测系统，以满足长春轻轨4号线现场维护检修的需要，并方便检修人员的设备检修和理论培训。

[1] 北京全路通信信号研究设计院有限公司．长春一期FZL·Z20型车载ATP系统工厂系统测试指导书．2010.