鄭-西客專信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)答器性能分析

鄭福林

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710014）

鄭州—西安客運(yùn)專線（以下簡(jiǎn)稱鄭—西客專）信號(hào)系統(tǒng)采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)（兼容CTCS-2功能），CTCS-3級(jí)為主用列控系統(tǒng)，CTCS-2級(jí)為備用列控系統(tǒng)。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，滿足最高運(yùn)行速度350 km/h,列車正向運(yùn)行追蹤間隔時(shí)間3分鐘的要求，CTCS-2級(jí)滿足最高運(yùn)行速度300 km/h要求。不管是CTCS-3還是CTCS-2都是通過應(yīng)答器向車載設(shè)備傳遞信息，下面對(duì)應(yīng)答器的作用及性能作以分析。

1 應(yīng)答器的結(jié)構(gòu)和原理

1.1 基本原理

應(yīng)答器的主要用途是向列控車載設(shè)備提供可靠的地面固定信息和可變信息。應(yīng)答器系統(tǒng)是一種采用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成的高速點(diǎn)式數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于在特定地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地面與列車間的相互通信。安裝于兩根鋼軌中心枕木上的地面應(yīng)答器不要求外加電源，平時(shí)處于休眠狀態(tài)，僅靠瞬時(shí)接收車載天線的功率而工作，并能在接收到車載天線功率的同時(shí)，向車載天線發(fā)送大量的編碼信息。

當(dāng)列車經(jīng)過無源應(yīng)答器上方時(shí)，無源應(yīng)答器接收到車載天線發(fā)射的電磁能量后，將其轉(zhuǎn)換成電能，使地面應(yīng)答器中的電子電路工作，把存儲(chǔ)在地面應(yīng)答器中的報(bào)文循環(huán)發(fā)送出去。

有源應(yīng)答器通過與LEU的連接，可實(shí)時(shí)改變傳送掉的數(shù)據(jù)報(bào)文。當(dāng)與LEU通信故障時(shí)，有源應(yīng)答器可以自動(dòng)切換到無源應(yīng)答器工作模式，發(fā)送預(yù)先存儲(chǔ)在應(yīng)答器中的默認(rèn)報(bào)文[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)框圖

應(yīng)答器的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該電路主要由C接口電路、A接口電路、制造信息存儲(chǔ)、報(bào)文存儲(chǔ)應(yīng)答器控制模塊組成。應(yīng)答器控制模塊是整個(gè)電路的控制核心，當(dāng)電源建立后，它首先判斷由C接口發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有效，若該數(shù)據(jù)無效或無數(shù)據(jù)，控制模塊使用存儲(chǔ)在報(bào)文存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行FSK調(diào)制后，輸出到數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，經(jīng)功率放大后，由耦合線圈發(fā)送。當(dāng)控制模塊上電時(shí)，判斷C接口的數(shù)據(jù)有效，則控制模塊將發(fā)送C接口傳來的數(shù)據(jù)。一旦數(shù)控模塊做出報(bào)文選擇，在這次上電的工作周期內(nèi)，無論C接口的數(shù)據(jù)有效與否，應(yīng)答器都不改變發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)車載天線離開應(yīng)答器上方后，應(yīng)答器掉電，停止數(shù)據(jù)發(fā)送[1-2]。

圖1 應(yīng)答器電路結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Block diagram of transponder circuit

2 鄭—西客專應(yīng)答器的設(shè)置

鄭—西客專在列車控制系統(tǒng)中，車-地信息的傳遞是靠應(yīng)答器來完成的。分為有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器，向列車傳遞大量的固定信息和可變信息，其中包括：1）線路基本參數(shù)，如線路坡度，軌道區(qū)段參數(shù)；2）線路速度信息，如線路最大允許速度，列車最高允許速度；3）臨時(shí)限速信息；4）車站進(jìn)路信息；5）道岔信息；6）特殊定位信息；7）其他信息。

2.1 有源應(yīng)答器設(shè)置

客專在進(jìn)站口（包括反方向的進(jìn)站口）設(shè)置了有源應(yīng)答器。正方向進(jìn)站口的應(yīng)答器用于提供列車正方向進(jìn)站所需的信息，如正向鏈接、線路坡道、軌道區(qū)段、臨時(shí)限速信息。反方向進(jìn)站口的應(yīng)答器，按列車正向運(yùn)行，該處的有源應(yīng)答器，當(dāng)排列正向發(fā)車時(shí)，有源應(yīng)答器發(fā)送正向鏈接信息包，臨時(shí)限速信息包。當(dāng)排列反向接車時(shí)，發(fā)送線路坡度、線路速度、軌道區(qū)段、臨時(shí)限速、反向運(yùn)行信息包[3-4]。

2.2 無源應(yīng)答器設(shè)置

客專在進(jìn)站口（包括反方向的進(jìn)站口）設(shè)置了無源應(yīng)答器，進(jìn)站口的第一個(gè)應(yīng)答器為無源應(yīng)答器，用于提供反方向行車時(shí)所需的數(shù)據(jù)，如反方向的鏈接，反向運(yùn)行、反向運(yùn)行的軌道區(qū)段和調(diào)車危險(xiǎn)信息包。反方向進(jìn)站口第二個(gè)應(yīng)答器也為無源應(yīng)答器，提供正向運(yùn)行的線路坡度、軌道區(qū)段和調(diào)車危險(xiǎn)信息包。

區(qū)間設(shè)有無源應(yīng)答器（組），用于提供線路固定參數(shù)，如線路的坡度、線路的允許速度、軌道區(qū)段、鏈接信息等[5-6]。

3 應(yīng)答器性能分析

客專的車載設(shè)備根據(jù)地面設(shè)備提供的動(dòng)態(tài)信息、線路靜態(tài)參數(shù)、臨時(shí)限速信息及有關(guān)動(dòng)車組數(shù)據(jù)，生成控制速度和目標(biāo)距離的一次模式曲線，控制列車運(yùn)行，為司機(jī)提供機(jī)車信號(hào)與行車監(jiān)督服務(wù)（列車司機(jī)遵守行車規(guī)程駕駛），同時(shí)，記錄單元對(duì)ATP有關(guān)數(shù)據(jù)及操作狀態(tài)信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)記錄。

3.1 兼顧C(jī)TCS-3級(jí)與CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)要求

鄭—西客專正線 （新滎陽—新臨潼—西安北）采用CTCS-3級(jí)（兼顧C(jī)TCS-2級(jí)功能）列控系統(tǒng)。鄭州西站—鄭州站—五里堡客整所，窯村站—西安站采用CTCS-2列控系統(tǒng)。CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)滿足列車運(yùn)行速度350 km/h，行車間隔3分鐘的要求，最高設(shè)計(jì)速度和驗(yàn)收速度達(dá)到350 km/h。當(dāng)列車由CTCS-3級(jí)控制模式操控時(shí)，車載設(shè)備將于RBC保持通信會(huì)話，并讀取應(yīng)答器的數(shù)據(jù)。當(dāng)列車由CTCS-2級(jí)控制模式操控時(shí)，列車將采集軌道編碼數(shù)據(jù)，并讀取應(yīng)答器。在CTCS-2級(jí)時(shí)，車載設(shè)備將切斷與RBC的連接，如果車載設(shè)備此時(shí)接收的應(yīng)答器信息包括CTCS-3級(jí)信息，車載設(shè)備將忽略該信息。

CTCS-3級(jí)與CTCS-2級(jí)之間的切換可由地面設(shè)備控制實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)切換，也可由司機(jī)人工切換。由應(yīng)答器RBC向EVC發(fā)出的信息或司機(jī)通過DMJ的選擇控制[7]。

3.2 信息包數(shù)據(jù)信息明確

前面提及應(yīng)答器向列控車載設(shè)備傳遞動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)數(shù)據(jù)，分有源和無源應(yīng)答器，有源應(yīng)答器與LEU鏈接，用于發(fā)送來自LEU的報(bào)文，主要發(fā)送進(jìn)路信息和臨時(shí)限速信息。無源應(yīng)答器用于發(fā)送固定不變的數(shù)據(jù)，如線路坡度、最大運(yùn)行速度、軌道電路參數(shù)、列控等級(jí)切換等信息。這些信息都是以包的形式出現(xiàn)，且信息數(shù)據(jù)明確。

1）軌道區(qū)段信息包 軌道區(qū)段信息包主要描述軌道區(qū)段的長度載頻及信號(hào)機(jī)類型，如表1所示列車車載設(shè)備根據(jù)信號(hào)機(jī)類型判斷閉塞分區(qū)，利用頻率信息并根據(jù)列車運(yùn)行位置，鎖定接收應(yīng)答器描述的當(dāng)前載頻，接收低頻信號(hào)，根據(jù)低頻信號(hào)信息及軌道區(qū)段長度確定目標(biāo)點(diǎn)，生成控速模式曲線[1]。

2）線路坡度信息包 應(yīng)答器的線路坡度信息包主要用來描述線路的坡度參數(shù)，分別描述了坡度的起點(diǎn)、終點(diǎn)、坡道的類型及坡度值，如表2所示。

3）線路速度信息包 應(yīng)答器線路速度信息包用來描述線路的速度參數(shù)，其中存入應(yīng)答器的速度數(shù)據(jù)是按5 km/h精度取整后的線路速度數(shù)據(jù)。線路速度數(shù)據(jù)包與線路坡度信息包數(shù)據(jù)相似，用來描述速度的頭尾有效性，當(dāng)列車由高速區(qū)段進(jìn)入一個(gè)低速區(qū)段時(shí)，該線路區(qū)段允許運(yùn)行速度對(duì)列車頭部有效，反之對(duì)列車尾部有效。同一線路區(qū)段對(duì)某些特殊列車可有不同的列車允許運(yùn)行速度，分別用變量給出列車類型及相應(yīng)的速度。

表1 區(qū)間信號(hào)點(diǎn)、軌道區(qū)段數(shù)據(jù)表舉例Tab.1 Interval signal point,track segment data table example

表2 線路坡度表舉例Tab.2 Line slope table example

3.3 信息數(shù)據(jù)規(guī)范、準(zhǔn)確、安全

應(yīng)答器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，直接影響著列車的控制安全。在CTCS-3(CTCS-2)級(jí)列控系統(tǒng)中，應(yīng)答器用戶數(shù)據(jù)表的編制，嚴(yán)格各種數(shù)據(jù)類型的規(guī)范性，如信號(hào)機(jī)名稱，長度數(shù)據(jù)的精度、里程表的表示等，都采用標(biāo)準(zhǔn)的格式，做到了文字及格式的統(tǒng)一規(guī)范。另外，列車控制方式采用速度-距離方式，提高了長度信息與線路實(shí)際距離的精度，是列車控制更準(zhǔn)確。還有就是在特殊情況下，當(dāng)應(yīng)答器丟失或故障導(dǎo)致鏈接失敗后，列控車載設(shè)備會(huì)采用相應(yīng)的措施控制列車安全運(yùn)行，從而保證行車安全。

4 結(jié)束語

在CTCS-3（CTCS-2）級(jí)列控系統(tǒng)中，信息的傳遞是靠應(yīng)答器完成的。應(yīng)答器性能的好壞，直接影響著列車運(yùn)行的安全。在實(shí)際應(yīng)用中，不僅要選用高性能的應(yīng)答器，同時(shí)還應(yīng)注意日常的維護(hù)和維修，使設(shè)備處于良好的工作長態(tài)，以保證信道的暢通，從而為安全行車提供保證。

[1]徐嘯明.列控地面設(shè)備[M].北京：中國鐵道出版社，2007：24-27.

[2]徐嘯明.列控車載設(shè)備[M].北京：中國鐵道出版社，2007：25.

[3]張鐵増.列車運(yùn)行控制系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2009：107-108.

[4]曹小清，王長林，張樹京.基于通信的軌道交通運(yùn)行控制[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2007：74-75.

[5]付又新.信號(hào)工 [M].北京：中國鐵道出版社，2009：222-223.

[6]林瑜筠.機(jī)車信號(hào)車載系統(tǒng)和站內(nèi)電碼化[M].北京：中國鐵道出版社，2008：67.

[7]西安鐵路局職工教育處.鄭西客運(yùn)專線新技術(shù)新裝備[M].2009：24-25.