客专ZPW-2000轨道电路与列控接口故障分析及处理

孟 琳

(中国铁路上海局集团有限公司徐州电务段，江苏徐州 221007)

随着国内铁路的快速发展，客专ZPW-2000移频轨道电路大面积运用，如何确保轨道电路设备稳定可靠工作，确保行车安全，是电务信号维护技术人员必须面对和思考的问题。针对列控中心和ZPW-2000轨道电路接口原理进行介绍，并对典型故障案例进行分析，总结故障处理流程。

1 接口结构分析

1.1 列控中心TCC与ZPW-2000轨道电路接口规范

TCC与轨道电路通过CAN总线通信，轨道电路通信机笼与TCC就近安装，且CAN总线长度不超过15 m，分支长度不超过0.4 m。

通信介质为双绞线，通信速率为1 Mbit/s。

1.1.1 TCC与轨道电路交互信息

同步帧：不含数据，仅同于系统同步，TCC发送同步帧用于接收轨道电路状态数据。

编码数据帧：由TCC产生，用于控制发送器输出信号的编码命令，包括载频和低频。

状态帧：由接收器产生，用于表示轨道区段当前状态，发送至TCC 。

1.1.2 TCC-轨道电路通信中断判定原则

TCC不能从某一路总线上接收到完整的且通过校验的某移频柜数据，自动采用冗余总线的数据。

TCC持续3 s不能从任一总线接收到完整的且通过校验的数据，判定与该通道中断。

冗余通道全部中断后，TCC将该移频柜内所有区段状态按占用处理。

轨道电路发送器持续3 s不能从TCC接收到编码数据，该发送器发送检测码。

1.2 列控中心TCC与ZPW-2000A轨道电路的接口

1.2.1 接口方式

列控中心通过CAN总线与轨道电路接口。轨道电路通信接口单元安装在列控中心机柜内，用于实现CAN总线通信协议间的互换。轨道电路通信盘与列控中心和轨道电路移频柜组成二乘二取二的冗余安全系统。

轨道电路通信接口板是连接列控中心和轨道电路移频柜的接口板卡，用于列控中心主机和轨道电路设备间的CAN总线通信协议间互换，负责转发列控中心下发轨道电路的编码信息，并将轨道电路的状态信息和监测信息打包发往列控中心和轨道电路监测维护机接口。通信接口板的CAN地址采用双路正反码，奇校验的方式进行设置。系统初始化过程中无通信数据输出；开机自检完成对自身CAN地址的奇偶检查及双CPU的CAN地址一致性检查，当检查未通过时，无通信数据输出；通信数据信息采用带校验的安全协议进行通信并接收轨道电路设备的状态，其中CAN总线（CANA、CANB）用于和列控主机交换数据，CANC 用于发送监测数据给轨道电路监测维护终端，CAND、 CANE用于和轨道电路设备交换数据。

列控中心直接与轨道电路通信盘接口。列控中心最多可以控制10对轨道电路通信盘，每对轨道电路通信盘可以控制1台移频柜（包含20个发送器与10个接收器）。轨道电路通信盘成对双机冗余配置，轨道电路通信盘有两个型号的产品，CI-TC和CITC2。

轨道电路通信盘的通信可以有两层：柜外总线（CANA、CANB、CANC） 和 柜 内 总 线（ 对于CI-TC为CAND、CANE。 对 于CI-TC2为CAND1、CANE1、CAND2、CANE2）。柜外总线是唯一的，整个系统中只有一组。柜内总线不是唯一的，每个机柜内部有一组。

轨道电路通信接口单元机笼母板上都分配有独立的地址编码，轨道电路通信接口板通过读取不同槽位上的地址码来识别自身的通信地址配置。

通信拓扑结构如图1所示。

1）通信接口盘与列控中心双系通过CANA、CANB总线连接，达到冗余通信功能。

2）列控中心通过CAN总线向通信接口盘下发区段编码信息、方向信息等。

3）通信接口盘通过CAN总线向列控中心转发区段设备上传的状态信息等。

图1 列控与轨道电路接口示意图Fig.1 Schematic diagram of interface between train control equipment and track and circuit

4）通信接口盘为冗余工作模式，A、B通信接口盘分别向列控中心上传CANA、CANB信息。

5）列控中心双系分别接收CANA、CANB信息，用于判断轨道状态。

CANA、CANB冗余通信原理如图2所示。

图2 CANA、CANB冗余通信原理图Fig.2 Schematic diagram of CANA and CANB redundancy communication

1）移频柜内接收设备通 过CAND、CANE总 线将信息上传至通信接口盘。

2）通信接口盘将收到的CAND、CANE信 息 直接转发给列控中心，其中A通信盘为列控中心转发的称为CANA数据，B通信盘为列控中心转发的称为CANB数据。

3）列控中心双系同时接收CANA、CANB数据，并将数据作逻辑运算，得出区段状态。

4）当A、B通信接口盘单一故障时，仅缺失CANA或CANB数据。

5）当CANA、CANB数据单一缺失时，不影响列控中心正常判断。

1.2.2 交互的基本信息

发送给轨道电路的信息：载频、低频信息；轨道电路分路不良状态信息。

接收来自轨道电路的信息：轨道电路状态。

CI-TC2用于列控中心主机和轨道电路设备间的CAN总线通信协议间互换，实现列控中心主机向轨道电路设备发生编码命令，并接收轨道电路设备的状态。CI-GS为列控中心与CTC通信接口板。

1.2.3 轨道电路通信接口盘与轨道电路移频柜接口

轨道电路通信接口盘与轨道电路移频柜接口如图3所示。轨道电路通信盘与列控中心通信内容如图4所示。

1）移频柜内主发送器与单数位置接收器设备的CAND环接至A通信盘CAND，CANE环接至B通信盘的CANE，构成设备与通信盘间CAND、CANE总线冗余。

2）移频柜内备发送器与双数位置接收器设备的CAND环接至B通信盘CAND，CANE环接至A通信盘的CANE，构成设备与通信盘间CAND、CANE总线冗余。

图3 轨道电路通信接口盘与轨道电路移频柜接口图Fig.3 Schematic diagram of interface between track circuit communication interface board and track circuit frequency shift cabinet

3）通信盘CAND、CANE端口连接120 Ω终端电阻用于信号传输匹配。

4）当A、B通信接口盘单一故障时，移频柜内设备会仅缺失CAND或CANE信息，仍然能够满足通信信息交互。

5） 当 CAND1、CANE1、CAND2、CANE2总线不完全缺失时，仍然能够满足通信信息交互。

图4 轨道电路通信盘与列控中心通信内容Fig.4 Communication contents of track circuit communication board and TCC

1.2.4 轨道电路监测维护终端与列控监测终端接口

轨道电路监测维护终端与列控维护终端二者之间采用RJ45以太网接口，数据传输采用TCP传输协议。

列控中心维护终端向轨道电路监测维护终端传送区段方向信息及边界闭塞分区状态信息。

轨道电路监测维护终端通过获取到区段方向状态信息以完成分线采集器区分送、受端信号采集的功能及小轨道报警判决，通过获取邻站各边界区段闭塞分区状态信息以完成本站各边界区段小轨道报警判决的问题。

轨道电路监测维护终端与列控维护终端均接入集中监测网络中，二者之间没有物理连接，定义列控维护终端为服务端，轨道电路监测维护终端为客户端。双方的IP地址设定由集中监测统一分配，TCP连接端口号设置为5555。

列控维护终端以大于250 ms、小于1 s的周期向轨道电路监测维护终端发送数据帧。轨道电路监测维护终端则以每3 s向列控维护终端发送一次心跳包，以确定与列控维护终端的连接正常。

2 ZPW-2000A轨道电路接口典型故障案例分析与处理

2.1 因列控中心引起的故障分析及处理

2.1.1 故障现象

XX#中继站，部分轨道区段出现红光带，现场确认出现红光带区段均在一个移频柜内。

2.1.2 分析处理

现场工区人员到达中继站后，测试轨道电路受端信号电压正常，现场观察发现第3个移频柜中主发送器全部倒向备发送器，并且主发送器报警，列控中心中相应的轨道电路通信板也显示红灯报警，监测维护机显示TCC和QY3的CAND和CANE通道通信状态故障，TCC通过与轨道电路设备的CAN通信获取区段状态信息。故障发生时，列控中心与轨道电路设备通信完全中断，TCC判决区段占用并向CTC和联锁发送闭塞分区占用信息。通过重启整个机柜的主发送器后故障恢复。

2.1.3 故障原因

发送器瞬间短路造成CAND和CANE通道通信状态故障，重启后设备恢复正常。分析如下：因ZPW-2000设备通过CAN总线与列控中心互相交换信息，若TCC中心发生故障，将可能导致ZPW-2000A设备出现红光带故障。通信板故障结果：中断TCC与轨道电路机柜、轨道电路机柜与轨道电路监测维护终端间的通信；其所控制的轨道区段仅发送轨道检测码27.9 Hz；区间轨道电路无轨道继电器，故无输出；站内轨道电路因有轨道继电器，所以工作在默认工作状态下；通信板故影响范围：此种情况一般表现为一个轨道电路机柜的所有轨道区段的工作或某站某中继站管辖范围内的所有区段都出现红光带，所管辖的区段发送检测码。

故障的原因有可能是：

1) 列控中心双系均故障或PIO板故障；

2) 通道质量误码率较高或信息拥堵；

3) 信号安全数据网中断（交换机故障）

4) 区间综合柜的LKZ电源断路器跳起；

5) 地震继电器落下，吸起相关条件不满足；

6) 异物继电器YWJ落下，造成轨道电路红光带。

此时可通过列控维护机的网络通信状态拓扑图查找处理，可通过重启列控中心或检查信号安全数据网通道、检查LKZ电源等尝试解决。

2.2 列控编码错误造成车站多区段同时闪红光带

案例：某站连续发生同一时段内主备发送器功出电压突降，并发出设备故障报警，多个区段2.5 s时长红光带故障。调阅监测数据发现，主备发送器故障前其载频编码出现无效值情况。

分析：对轨道电路监测数据进行分析，发现红光带现象是由于列控下发无效载频编码信息造成。

在收到错误载频编码时间段2.5 s内，主/备发送电压同时下降为0。12.5 s后，备发送电压恢复。错误载频编码恢复后，主发送电压恢复。

在收到错误载频编码时间段2.5 s内，主发送功出电流下降为0。12.5 s后备发送工作，功出电流。错误载频编码恢复后，主发送功出电流恢复，备发送功出电流消失。

分析轨道电路设备工作逻辑关系如图5所示。

图5 轨道电路设备工作逻辑关系图Fig.5 Working logic diagram of track circuit equipment

整个轨道电路红光带故障过程可以做如下描述：

1）列控中心给轨道电路设备下发错误载频编码，时长25 s；

2）主/备发送器、接收器收到错误载频编码2.5 s后，主备发送器功出电压下降为0，之后4 s后GJ落下，出现红光带；

3）主/备发送器、接收器收到错误载频编码12.5 s后，备发送处于工作状态，主发送不工作。15 s后GJ吸起，红光带消失，此时，功出低频为27.9 Hz；

4）列控中心给轨道电路设备下发的错误载频编码条件恢复后0.25 s，主发送恢复工作。

3 轨道电路与列控中心接口判断方法

列控中心与轨道电路接口故障主要有收到无效数据和未收到数据两种情况。在这两种情况下，列控中心不能立刻判定与轨道电路接口故障，可能使轨道电路闪红，影响整个系统的可用性和稳定性。列控中心应等待一定的时间以确认主通道是否永久故障，当列控中心与轨道电路接口发生故障时，列控中心等待一定的时间，如在该时间内收到有效数据，则继续正常工作；如未收到有效数据，则进行双系切换。切换完成后，重新与轨道电路建立通信，如通信建立，则切系后正常工作；如失败，则轨道电路发27.9 Hz占用检测码。轨道电路与列控中心接口示意如图6所示。

工作原理：轨道电路通信接口组匣内的通信接口板，将列控中心 (CANA、CANB 总线) 发出的低频、载频编码信息转发给接收器和发送器(CAND、CANE 总线)，把轨道占用及空闲信息发给列控中心，并将接收器和发送器监测信息(CANC 总线) 转发给监测维护终端。

当接收器通信功能故障无法正常上传通信数据帧信息而轨道继电器正常吸起时，列控中心判定为通信故障，判定相应区段轨道状态为占用。

图6 轨道电路与列控中心接口示意图Fig.6 Schematic diagram of interface between track circuit and TCC

当接收器通信功能正常而轨道继电器由于断线等原因落下时，列控中心PIO采集轨道继电器为落下，判定相应区段轨道状态为占用。

轨道区段发生红光带故障时，首先应根据轨道电路自身工作状态、与列控中心通信状态及列控中心对轨道电路采集状态，判断红光带是否由于轨道电路自身故障导致。

判断流程如图7所示。

图7 轨道电路与列控中心接口故障判断流程图Fig.7 Interface fault diagnosis flow diagram of track circuit and TCC

4 结束语

设备维保单位应规范和加强高铁基础管理，从设备标识、技术资料归档等细节入手，逐站抓好对标整治，切实抓好高铁标准化建设。完善预案，增强高铁应急处置能力，对电务段高铁应急抢险预案进行完善，重点完善数据通信、软件故障的分析判断和处置流程。定期开展应急演练，结合高铁设备故障案例，利用天窗时间组织故障模拟演练，提高职工应急处置实战能力。理解、掌握ZPW-2000轨道电路接口及监测维护机柜中轨道电路维修机数据表示的含义，有效地利用数据分析指导排查故障。为现场增配常发故障易耗器材、偶发故障关键器材，确保应急备品齐全、良好。