应答器及地面电子单元(LEU)培训资料.doc
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1、应答器及地面电子单元(应答器及地面电子单元(LEULEU) 培训资料培训资料 20092009 年年 2 2 月月 目 录 1.1.CTCS2CTCS2 级系统描述级系统描述1 1 2.2.应答器及应答器及 LEULEU1 1 2.1. LEU 功能及工作原理1 2.1.1. 报文接收2 2.1.2. 逻辑控制单元2 2.1.3. 功率放大3 2.2. 应答器结构和原理3 2.2.1. 应答器结构3 2.2.2. 应答器机械特性4 2.2.3. 应答器抗杂物理能力4 2.2.4. 应答器运用环境4 2.2.5. 应答器工作原理5 3.3.数据数据8 8 3.1. 用户数据8 3.1.1. 用户
2、数据表基本要求8 3.1.2. 用户数据表格式和填写说明9 3.2. 报文10 3.2.1. 报文格式10 3.2.2. 报文编制原则12 4.4.数据写入数据写入1818 4.1. 应答器数据写入流程18 4.1.1. 设备数据单说明19 4.1.2. 数据写入20 4.1.3. 读取校核21 4.2. LEU 数据写入流程23 4.2.1. 数据写入24 4.2.2. 读取校核24 5.5.LEULEU 亮灯含义亮灯含义2626 5.1. CALE 板26 5.2. CRTE 板26 5.3. SLEB 板27 6.6.试验车检查重点试验车检查重点2828 6.1. 应答器安装28 6.2
3、. 默认报文类型判断28 6.3. 默认报文故障分析29 6.3.1. 应答器默认报文29 6.3.2. LEU 默认报文30 6.3.3. 列控中心默认报文30 7.7.应答器安装及维护应答器安装及维护3030 7.1. 应答器安装轴、角的定义30 7.2. 安装要求32 7.3. 应答器具体的安装步骤如下:34 7.4. 应答器设备的维护34 8.8.结束语结束语3535 图 索 引 图 1-1 既有线列控系统地面设备连接示意图1 图 2-1: LEU 工作原理框图2 图 2-2 天线与应答器之间的作用原理图5 图 2-3 应答器原理框图7 图 3-1:临时限速信息变量含义示意图15 图
4、3-2:临时限速信息管辖范围示意图16 图 3-3:反向运行信息管辖范围示意图16 图 3-4:应答器数据范围示意图17 图 3-5:没有直股发车条件接车进路数据范围示意图17 图 3-6:有直股发车条件接车进路数据范围示意图17 图 3-7:由 CTCS-2 向 CTCS-1/0 转换时数据范围示意图18 图 3-8:进站口无源应答器反向数据管辖范围18 图 3-9:区间反向无源应答器数据管辖范围18 图 4-1 应答器文件结构图19 图 4-2 应答器设备数据单19 图 4-3:应答器写入界面21 图 4-4LEU 文件结构图23 图 4-5:LEU 写入界面24 图 6-1:默认报文标识
5、示意图28 图 7-1:应答器坐标轴定义31 图 7-2: 应答器安装旋转角定义31 图 7-3 应答器安装空间要求32 图 7-4 护轮轨情况下的无金属距离33 图 7-5 在轨道中的允许位置范围33 表 索 引 表 2-1 应答器抗杂物 A 级参数4 表 3-1:用户信息包结构11 表 3-2:变量明前缀及含义11 表 3-3:用户数据包(ETCS-44)与 CTCS 数据包的嵌套使用13 表 7-1 一般情况下应答器安装无金属距离要求32 表 7-2 应答器安装允许的误差33 1 1.1. CTCS2 级系统描述 列列控控系系统统设设备备结结构构图图 地地面面应应答答器器 S ST TM
6、 M 天天线线 B BT TM M 天天线线 车车载载设设备备 C CT TC C 或或 T TD DC CS S 站站机机 车车站站列列控控 中中心心 车车站站 联联锁锁 轨轨道道电电路路 L LE EU U 车车务务终终端端 信信号号楼楼 动动车车组组 微微机机 监监测测 图 1-1 既有线列控系统地面设备连接示意图 1)既有线 CTCS-2 级列控系统是基于轨道电路+点式应答器传输列车运行 许可信息并采用目标距离模式监控列车安全运行的列车运行控制系统(以 下简称列控系统)。系统主要由车站列控中心、轨道电路、应答器、车载 设备等构成,如图 1-1 所示。 2)车站列控中心根据进路状态、线路
7、参数、临时限速命令等产生进路及临 时限速等相关控车信息,通过有源应答器传送给列车。 3)采用 ZPW-2000(UM)系列轨道电路,按自动闭塞、站内电码化方式, 完成列车占用检测、产生列车运行许可并连续向列车传送。 4)采用应答器,设于各进站端、出站端、区间适当位置及特殊地点,向车 载设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速信息等。 5)列控车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路参数、临时限速 信息及有关动车组信息生成控制速度和目标距离模式曲线,监控列车安全 运行。 2.2. 应答器及 LEU 2.1. LEU 功能功能及工作原理及工作原理 LEU 是故障安全型设备,为信号系统与应答器
8、之间提供接口,主要有以下功 能: 1)接收外部发送的应答器报文并连续向应答器转发。 2)当输入通道故障或 LEU 内部有故障时,向应答器发送预先存储的默认报 文。 2 3)当有车载天线经过有源应答器上方时,LEU 不转换新的报文。 4)一台 LEU 可以同时向 4 台有源应答器发送 4 种不同的报文。 5)设备自检及事件记录,并向外部设备上传。 LEU 工作原理如图 2-1 所示。 通 信 接 口 微处 理器 程序 存储 报文 存储 检测 记录 逻 辑 控 制 DBPL编码 8k正弦波生成 功率放大 功率放大 合成 输出 DBPL编码 8k正弦波生成 功率放大 功率放大 合成 输出 DBPL编
9、码 8k正弦波生成 功率放大 功率放大 合成 输出 DBPL编码 8k正弦波生成 功率放大 功率放大 合成 输出 电源 通道1 通道2 输出1 输出2 输出3 输出4 图 2-1: LEU 工作原理框图 2.1.1.2.1.1.报文接收报文接收 微处理器通过通信接口周期性地从 TCC 接收报文,并把报文传送到逻辑控制 单元,由逻辑控制单元把周期性的报文输入变为连续的报文输出。 如果由于通道故障或 LEU 内部故障,微处理器无法接收到正确的报文,此时, 便从报文存储器中选择出相应的默认报文,并传送到逻辑控制单元。 在采用透明传输模式时,报文存储器只存储 LEU 的默认报文,即对每一路输 出只存储
10、一条默认报文。 输入通道和接口单元是双套同时工作的,即使有一路通道或接口电路发生故障, 也不会影响 LEU 与 TCC 之间的通信。 安全通信协议保证了通信的可靠性,除采用常见的编码、帧结构定义和 CRC 校验外,其最大的特点是引入时间戳概念,从而确保了通信信息的正确性、实时性、 完整性以及信息顺序的正确性。 2.1.2.2.1.2.逻辑控制单元逻辑控制单元 微处理器收到报文后,把报文转储在逻辑控制单元中,逻辑控制单元相当于 发送缓冲器,以 564.48kbps 的速率把这个 1023 位的报文循环地输出。 3 逻辑控制单元中采用了现场可编程门阵列 FPGA,因此最大程度上减少了元件 数量、缩
11、小了体积、提高了可靠性和抗干扰能力。 逻辑控制单元除输出报文数据外,还产生 C6 接口所需要的 8.82kHz 方波。 2.1.3.2.1.3.功率放大功率放大 由于 C 接口定义的报文数据 C1 和接口供电信号 C6 在频率上相差很大,需要 分别进行功率放大。 将经过放大后的 C1 和 C6 信号偶合到一个变压器内,从而实现了在一对传输 线上传送两种信号。 2.2. 应答器结构和原理应答器结构和原理 2.2.1.2.2.1.应答器结构应答器结构 应答器的主要用途是向车载 ATP 控制设备提供可靠的地面固定信息和可变信 息。 应答器系统是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备,用于在特
12、 定地点实现地面与机车间的相互通信。安装于两根钢轨中心枕木上的地面应答器不 要求外加电源,平时处于休眠状态,仅靠瞬时接收车载天线的功率而工作,并能在 接收到车载天线功率的同时向车载天线发送大量的编码信息。安装于机车底部的车 载天线不断向地面发送功率并在机车通过地面应答器时接收来自应答器的编码信息。 当列车经过无源应答器上方时,无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后, 将其转换成电能,使地面应答器中的电子电路工作,把存储在地面应答器中的 1023 位数据报文循环发送出去,直至电能消失(即车载天线已经离去)。 通过报文读写工具 BEPT 可以向改写无源应答器的数据报文。 通过 BEPT 可以对无
13、源应答器存储的数据报文进行读出、校核。 有源应答器通过与 LEU 的连接,可实时改变传送的数据报文。 当与 LEU 通信故障时(接口“C”故障),有源应答器可以自动切换到无源 应答器工作模式,发送缺省报文。 阿尔斯通的有源应答器和无源应答器完全相同,通过电缆及插接件与 LEU 连 接,就做为有源应答器使用; 4 下面主要描述阿尔斯通应答器。 2.2.2.2.2.2. 应答器机械特性应答器机械特性 应答器由壳体(黄盒子)、电路板、灌封材料构成。壳体是玻璃纤维类材料热 压而成;电路板厚度为 3.2mm,安装在壳体内,它包含了用于发送和接收的电磁 感应耦合线圈。 应答器外部尺寸:长 480 mm 宽
14、 350 mm 高 70 mm 重量:约 7 公斤 2.2.3.2.2.3. 应答器抗杂物理能力应答器抗杂物理能力 欧洲标准中,对应答器定义了 2 个等级的抗杂物能力,A 级和 B 级,A 级更 为严格,其指标如表 2-1 所示。 表 2-1 应答器抗杂物 A 级参数 应答器的顶层(mm) 材料规格 A 级 清澈的200 水 含 0.1 %的 NaCl(重量)100 新鲜的,0300 雪 潮湿的,含 20 %的水份300 冰无孔100 道碴石头100 干燥的20 沙子 潮湿的 Wet20 不含盐50 泥浆 含盐,0.5 %的 NaCl(重量)50 赤铁矿(Fe2O3)20 铁矿石 磁铁矿(Fe
15、3O4)20 铁尘 制动产生的铁粉10 煤尘含 8 %的硫磺10 油和油脂50 2.2.4.2.2.4. 应答器运用环境应答器运用环境 运行温度范围: -40到+70 冷却 :自然对流 储存:-40到+70,在最后的检查和测试之后小于 5 年 5 震动:符合 EN50125-3(表 5) 抗震:根据标准 EN60068-2-75,符合摆锤打桩机冲击试验,根据标准的表 格 2,最高级别是 20 J 抵抗行人踩踏以 2000 N 的最大力在安装的应答器上行走的可能性 湿度范围:根据 EN60721-3-4 表格 1,为等级 4K3 压力范围:根据 EN60721-3-4 表格 1,为等级 4K3
16、风:根据标准 EN60721-3-4 表 2(50m/s)等级为 4Z5 防护等级:根据标准 EN 60529,为 IP68 太阳辐射:根据 EN 60721-3-4 表 1 分类,为 4K3 生物:根据 EN 60721-3-4 表 3 分类,为 4B2 机械:根据 EN 60721-3-4 表 5 分类,为 4S4 MTBF: = 2,869.10-6/h / +40 使用年限:大于 20 年 安全:根据 EN50129,为 SIL4(电气系统) 2.2.5.2.2.5.应答器工作原理应答器工作原理 一、电磁感应的基本原理 车载天线与应答器之间是按电感耦合的原理进行工作的,如图 2-2 所
17、示,当 能量频率30MHz 时,磁场起着主导作用,电场起着次要作用 。 图 2-2 天线与应答器之间的作用原理图 为便于分析,将矩形线圈按面积等效成圆型线圈计算。 如果被测线圈沿 X 轴方向运动,那么场强 H 随着距离 X 的增加不断减弱。当 被测线圈沿线圈 X 轴方向移动距离超过圆半径 R 时,场强急剧下降,为 60dB/每 10 6 倍距离;当移动距离超过圆半径 3R 时,场强的衰减变得比较平缓约为 20dB/每 10 倍距离。 当天线与应答器线圈垂直作用时,安装高度 Y 方向的场强曲线(H)可用下式计 算: 322 2 )(2YR YNI H 式中 N=线圈匝数;R:圆半径;Y=Y 轴偏
18、离线圈中心的距离。 二应答器的工作电源 应答器的电源是由感应电压获取,在应答器线圈中,应答器最小动作磁场强度 Hmin,由下列公式求出: NA R R CLCR R L H LL 0 2 2 22 2 2 22 2 2 min 1 式中: R2=输入电阻,RL=线圈电阻,N=1 匝;A=面积;0=1。 上述两个公式是应答器设计的基础,在频率、线圈结构一定的条件下,可计算 出应答器临界动作的最小磁场强度,进而得出天线发射功率。 三应答器工作方式及功能 接收电能信号:探测、解调远程能量信号 上行链路信号产生,该功能是应答器通过接口 A1 向车传载传送报文 启动时的方式选择,是发送自身存储的报文还是
19、发送接口 C 来的报文 串音防护:对上行链路的限制 操作/编程模式的管理 接收来自接口 C 的数据 I/O 接口特性的控制 产生“列车通过”信号 四无线编程 此功能允许对应答器进行无线编程和维护。执行这个过程不需要任何电缆的插 拔,这就保证了安全等级。 无线编程具有下列功能: 7 应答器报文的读写 编写的报文长度可以是 1023 或 341 位(分别有 830 和 210 位用户位)。报 文可以改写。 应答器制造商数据的读出。 包括制造商认证、序列号、制造日期等数据 电路板原理框图 耦合线圈 过流保护 27M高频接 收滤波器 数据收发 A接口 工作电源 应答器 控制模块 报文存储 制造数据 存
20、储 C接口 工作电源 数据提取 (DBPL解码) EMC 防护 带通 滤波器 A接口部分C接口部分 输入 C6 C1 图 2-3 应答器原理框图 电路板原理框图 2-3 如所示,其工作过程如下: 当车载天线接近应答器时,应答器的耦合线圈感应到 27MHz 的磁场,能量接 收电路将其转化为电能,从而建立起应答器工作所需要的电源,此时,应答器开始 工作。 应答器控制模块是整个电路的控制核心,当电源建立后,它首先判断由 C 接 口来的数据是否有效,若该数据无效或无数据,控制模块使用存储在报文存储器中 的数据,将其进行 FSK 调制后,输出到数据收发模块,经功率放大后,由耦合线 圈发送。只要电源存在,
21、控制模块就不间断地发送,这意味着车载天线一直在应答 器上方。 当控制模块上电时,判断出 C 接口的数据有效,则控制模块将发送 C 接口传 来的数据。 一旦控制模块作出报文选择(选择存储的数据还是 C 接口传来的数据),在 这次上电的工作周期内,无论 C 接口数据有效与否,应答器都不会改变发送的数 据。 当车载天线离开应答器上方后,应答器失去了电源,便停止数据发送。 8 C 接口工作电源仅用于该接口电路部分,不给控制模块和数据收发供电,因此, 有源应答器也只有在车载天线出现时才发送数据。 制造数据存储器的数据只能被报文读写工具读取。 3.3. 数据 3.1. 用户数据用户数据 本节内容的详细说明
22、参见“列控系统工程数据表编制规定(V1.0)-铁道部运 基信号2008499 号。”,并以此为准。 3.1.1.3.1.1.用户数据表基本要求用户数据表基本要求 (一)应答器用户数据表主要作用及内容: 在 CTCS-2 级列控系统中,地面线路的参数,如坡道,速度,轨道区段长度 等信息,均是在列车经过安装在线路上的应答器上方时,利用应答器车载设备激活 应答器,并接收应答器发送的报文,经过解码处理后,获得列车运行的线路参数, 根据轨道电路等信息,生成列车控制曲线,控制列车安全运行。 应答器报文是根据应答器用户数据表中描述的线路参数,利用规定的应答器信 息包格式,根据控车需要,组合编制成应答器用户报
23、文,描述相应的线路参数。 应答器用户数据表是根据 CTCS-2 级应答器的报文定义及列车控制需要,对 线路信息利用一套数据表格进行描述,其内容主要包括应答器位置表;正向区间信 号点、轨道区段数据表;反向区间信号点、轨道区段数据表;区间线路坡度表;区 间线路速度表;铁路线路里程断链明细表;车站列车进路数据表等。 (二)应答器用户数据表基本要求: 1、数据准确性 在 CTCS-2 级列车控制系统中,列车控制方式采用的是速度距离模式,在数 据表格当中,长度信息对列车的控制至关重要,如果长度信息与线路实际情况误差 较大,将直接影响行车安全。 2、数据完整性 应答器用户数据主要是编制 CTCS-2 级列
24、控区段的线路数据,为了在 ATP 与 LKJ 切换后,保证切换后的列车能够安全运行,在 ATP 与 LKJ 的切换点往外,均 9 应是切换前设备的控制范围,因此该范围内的线路坡度,速度,轨道区段等信息, 均应编制在应答器用户数据表中。 3、文字及格式规范性 应答器用户数据表是应答器报文及列控中心设备的输入数据,因此,在应答器 用户数据表编制中,应注意各种类型数据的规范性,如信号机名称的规范,长度数 据的精度,公里标的表示等,都应该采用标准的格式,做到文字及格式的统一规范 4、可追溯性 应答器数据的准确性及正确性,直接影响着列车的控制安全,因此,为了文件 的归档管理及责任划分,应答器用户数据表格
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