FZL·Z20型车载ATC设备高温拷机测试方案

白光禹（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

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（Automatic Train Control），通常包括3个子系统：列车自动监控子系统 ATS（Automatic Train Supervision）、列车自动防护子系统 ATP（Automatic Train Protection）、列车自动驾驶子系统 ATO（Automatic Train Operation）。

通号设计院FZL·Z20型车载ATC设备如图1所示，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。

白光禹，男，硕士毕业于北京邮电大学，工程师。主要研究方向包括城市轨道交通的设计和集成工作，曾参与北京轨道交通昌平线工程、长春轻轨三期信号系统工程等项目。

1.2 高温拷机测试的目的

本文的高温拷机测试，是针对车载ATC系统输入输出接口的有效性与系统的稳定性进行的测试。整个系统在特定的循环测试场景下连续运行规定的时间（一般为72 h），最终通过分析测试记录，统计并发现车载各个系统输入输出的接口有效性与系统的稳定性是否满足要求。通过高温拷机测试后的设备方可进行系统测试及出厂的办理，确保合格的设备在列车上使用。

2 高温拷机测试方案的实现

2.1 硬件设备组成

搭建高温拷机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。

2.2 测试环境搭建

高温拷机测试环境搭建方案中，模拟数轨发码设备的输出端直接连接到JC8航插，模拟TWC发码设备的射出段直接连接到JC1航插，速度和部分开关量输入和输出采用通号设计院自主研制的STS，剩余的开关量输入和输出由开关量板提供。

高温拷机测试环境搭建连接如图2所示。

2.3 软件方案

2.3.1 总体方案

高温拷机测试的ATC各子系统应确保均处于统一的循环测试场景中（统一的地理线路信息）。各子系统均应具备完备的输出功能，并实现AM模式建立/退出、ATO自动驾驶等功能。虚拟列车控制平台根据ATO的控车输出接口产生控车效果（主要表现为速度变化、门状态变化等），同时从CAN总线发送数轨信息给模拟数轨发码器、发送TWC信息给模拟TWC发码器，实现自动发车、自动运行、自动停车、自动开关门等功能。

对于交叉点信号的产生，当虚拟列车控制平台的线路模型计算出列车走到交叉点位置时，会通过CAN总线向模拟TWC发码器发送一帧信号变相命令帧，模拟TWC发码器接收到命令后产生相位相反的模拟信号，TWC车载接收板根据相位相反的信号提取出交叉点信号后转发给ATP和ATO。

2.3.2 详细方案

高温拷机的测试场景为列车行驶于一段首尾相接的环形线路上（无坡度），该线路至少具有3站3区间。软件控制时序如图3所示。

1）上电初始化与RM模式

各系统上电后，列车处于RM模式，初始发车位置在站台区内。STS平台输出ATP/ATO所需的IO量（钥匙、门状态闭锁、手柄前进位等）。

此时由STS输出数轨信息，并通过模拟数轨发码器发送给车载ATP/ATO设备，同时由STS给出牵引1档级位。STS模拟列车以牵引1档位（同时给出牵引手柄零位）向前慢速行驶，经过一个轨道边界后升级为SM模式，ATO满足条件后车载ATP模式升为AM。

2）SM模式的建立

当列车经过轨道边界时，STS平台中的线路模型发出新轨道信息，数轨发码器将新轨道信息发给车载ATP，之后ATP完成RM到SM的升级过程。

STS在检测到列车过环线边界后，继续给出牵引制动手柄零位、ATO位。

3）AM模式的建立与自动发车

ATP处于SM模式后，ATO/ATP检测I/O量输入，若相关条件满足，则由ATP与ATO交互，交互成功后给出ATO允许。

ATO检测当前I/O量以及相应发车条件，当条件满足时，ATO点亮发车灯使之闪烁。

当检测到发车指示灯闪烁时，STS输出“ATO启动按钮”，车载设备处于AM模式，ATO输出给出“ATO模式位”。

4）ATO自动驾驶

车载ATO系统检测到“ATO启动按钮”后，给出控车输出。

STS在测到“ATO模式”的前提下，将执行ATO输出的控车级位，实现列车的加速减速。

STS平台中的线路模型根据所存地图信息，通过数轨模拟发送器向ATP发送数轨信息。

站台区，STS平台中的线路模型发送定位交叉点信息，并通过TTL-485电平转换模块发送给车载各子系统。

站台区，ATO控制列车停准停稳后，STS需要根据采集的ATO门控动作实现门状态变化，同时STS通过模拟TWC发码器将信息发送给ATP/ATO。

STS在检测到“ATO自动关门”，实现门状态闭锁后，同时给出ATO自动发车命令，实现ATO全线自动发车与自动驾驶。

ATO系统在未停准（或ATP未给出开门允许）时，应自动发车。

5）紧急制动缓解

如果系统发生紧急制动，STS在检测到ATP的紧急制动输出时，控制列车减速。STS优先采信ATP的紧急制动输出。当列车速度降为零速后，ATP应自动缓解紧急制动状态，系统处于RM模式，并按照“1）上电初始化与RM模式”阶段重新开始，循环执行整个流程。

3 测试要求

为适应高温拷机测试要求，各子系统应满足：

ATO与ATP应能够从调试记录中，充分详实的反应各接口的状态变化与故障现象；

ATP与ATO需要存储一张相同的环形地图（无坡度）；

ATP应具备紧急制动的自动缓解功能；

ATO系统在未停准（或ATP未给出开门允许）时，应自动发车；

STS控车档位优先级顺序：紧急制动＞ATO控车级位＞牵引制动手柄零位；

STS当采集到ATO发车灯闪烁时，输出ATO发车按钮；

STS如果没有采集到“ATO模式位”，始终输出为牵引1档；

STS始终给出3个O量：方向手柄前进位、牵引制动手柄零位、ATO位。

4 结束语

本文所述的通号设计院FZL·Z20型车载ATC设备的高温拷机测试方案，已应用于指导工厂进行实际产品的测试，通过测试合格的车载ATC产品已分批次发至长春轻轨三期工程现场，目前正在进行现场的安装、调试工作。

[1]北京全路通信信号研究设计院有限公司 长春轻轨三期Z20型车载ATC设备工厂系统测试方案.2011.