城市軌道交通屏蔽門聯(lián)動系統(tǒng)車載子系統(tǒng)的設計與創(chuàng)新

賓海豐，陳寧寧

（中國鐵道科學研究院 通信信號研究所，北京 100081）

車站屏蔽門的作用是增加車站節(jié)能性、舒適性及安全性。其中安全性是最重要的，也是由屏蔽門聯(lián)動系統(tǒng)實現(xiàn)的。由鐵科院通號所研制的TKCG06型站臺屏蔽門車地聯(lián)控系統(tǒng)，滿足了廣州地鐵1號線信號系統(tǒng)加裝屏蔽門系統(tǒng)改造的國產(chǎn)化需求。

TKCG06型站臺屏蔽門聯(lián)動控制系統(tǒng)設計基于2.4 GHz無線通信建立車地雙向通路。系統(tǒng)利用軌旁子系統(tǒng)與列車自動控制 (Autom atic Train Control，ATC）系統(tǒng)的緊停電路接口，確保列車在屏蔽門出現(xiàn)故障的條件下安全運行。車載子系統(tǒng)采集車門門控電路狀態(tài)，同時結(jié)合屏蔽門的實際狀態(tài)，在不變更其他相關(guān)信號系統(tǒng)安全功能的前提下、“無損”地實現(xiàn)車門與屏蔽門的安全聯(lián)動控制。

基于廣州地鐵1號線屏蔽門運營實踐及業(yè)主對系統(tǒng)新功能的需求，設計了全新的TKCG06-II型車載子系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

車載部分主機由以下板塊組成，前面從左至右，依次為：1塊電源板、1塊CPU板、3塊驅(qū)動板和1塊采集板，如圖1所示。

圖 1 車載部分硬件構(gòu)成圖

（1）CPU板

CPU板的設計思想為通用可擴展列車信號控制平臺。采用高性能的處理芯片，板卡功能模塊化設計。可以根據(jù)不同的客戶需求，選擇不同的模塊組合搭建高性能的板卡。能提供RS232、RS485、CAN、SPI、SSP等多種對外接口，滿足客戶對完善列車控制信號功能的需求。板載高性能、高速存儲設備，能實時存儲各種列車運行參數(shù)及聯(lián)動系統(tǒng)采集驅(qū)動數(shù)據(jù)。板卡帶有網(wǎng)口可以提供在線數(shù)據(jù)讀取及監(jiān)控。

（2）采集板和驅(qū)動板

采集板和驅(qū)動板采用高可靠性、高速率、傳輸距離長的CAN通信接口，并具有2取2安全結(jié)構(gòu)，是一種安全輸入輸出設備。由于采用CAN通信總線，采集板及驅(qū)動板的配置數(shù)量有較強的可擴展性。

1.2 軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件設計采用多任務方式運行，不同任務優(yōu)先級不同。高優(yōu)先級任務能夠搶占低優(yōu)先級任務的處理時間。為了保證軟件的可靠運行，系統(tǒng)設計了軟件看門狗和硬件看門狗。TKCG06-II型聯(lián)控系統(tǒng)車載部分的軟件構(gòu)架如圖2所示。

圖 2 TKCG06-II型聯(lián)控系統(tǒng)車載部分的軟件構(gòu)架

（1）初始化模塊

主要是完成對硬件設備的初始化。讀取存儲的列車ID信息并與無線通訊設備校核，確保通信信道安全。采集驅(qū)動板校核，確保輸入輸出設備通信穩(wěn)定。

（2）采集驅(qū)動模塊

主要是完成與采集板、驅(qū)動板的數(shù)據(jù)交換。確保采集數(shù)據(jù)的時效性、完整性、準確性。確保驅(qū)動命令的正確性。

（3）數(shù)據(jù)存儲模塊

主要是完成與存儲設備的信息交換。確保存儲數(shù)據(jù)的完整性及準確性。實現(xiàn)存儲格式簡單、查找快速、信息完整。

（4）數(shù)據(jù)傳輸模塊

主要是完成與上位機軟件的通信。以命令幀、數(shù)據(jù)幀、應答幀的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)命令信息的無歧義傳輸。實現(xiàn)重傳機制、校驗機制、批量處理機制、加密機制。使上位機能方便的讀取和寫入信息，同時保證信息的安全性。

（5）無線通信模塊

主要是完成與無線通信單元的數(shù)據(jù)交換。解析無線數(shù)據(jù)，搜尋完整數(shù)據(jù)幀。實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理快速、準確、抗干擾。

（6）邏輯處理模塊

主要是解析無線數(shù)據(jù)及采集數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)內(nèi)容的時效性。結(jié)合聯(lián)動系統(tǒng)邏輯算法，生成新的無線數(shù)據(jù)及驅(qū)動數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的異常情況產(chǎn)生不同的報警信息。

6個模塊各有分工，需要有不同的運行時間及運行等級。總原則是保證邏輯處理的輸入輸出快速準確。

2 主要功能

2.1 車門屏蔽門聯(lián)動功能

車載部分除了上述車載主機外，還有顯示無線通信單元及列車的硬件接口。車載設備通過無線信道與軌旁設備的信息交換，實現(xiàn)了屏蔽門與車門的聯(lián)動控制及異常情況下的安全防護。主要功能特點如下：

（1）多列車同時與軌旁設備間無干擾通信。（2）正常運行模式與后備維修模式、旁路模式的自由切換。

（3）特殊站臺形式的優(yōu)化處理。

（4）車輛進站、站內(nèi)、出站等多種情況下屏蔽門異常動作的安全處理。

（5）故障-安全原則的實現(xiàn)。

2.2 車載主機數(shù)據(jù)的讀取設置功能

相對于TKCG06型車載主機，新型主機完善了信息記錄與異常報警功能。使業(yè)主日常維護、維修更加方便。數(shù)據(jù)的讀取功能由車載主機與安裝在筆記本電腦中的上位機軟件共同實現(xiàn)。上位機軟件如圖3所示。

圖 3 數(shù)據(jù)讀取軟件

站臺安全門聯(lián)動控制系統(tǒng)車載維護終端軟件的功能主要包括：

（1）查詢記錄數(shù)目

（2）刪除所有記錄

（3）下載所有記錄到本地硬盤，數(shù)據(jù)加密

（4）對時并初始化存儲空間

（5）查詢列車ID

（6）從本地硬盤讀取并顯示下載的記錄文件

軟件對上傳數(shù)據(jù)進行加密處理，并帶有檢驗碼。保證數(shù)據(jù)不會被隨意修改。讀取記錄顯示界面如圖4所示：

讀取車載數(shù)據(jù)可以更好地分析故障發(fā)生的原因，對于實現(xiàn)設備快速維修、維護具有重要實際意義。

圖 4 數(shù)據(jù)讀取記錄的顯示界面

3 結(jié)束語

TKCG06-II型聯(lián)控系統(tǒng)車載主機以通用化、模塊化作為設計理念，具有很強的適應性和擴展性，可以作為列車信號控制方面的通用平臺。該設備已經(jīng)在廣州地鐵1號線投入運營，效果良好。

[1] 尹遜政. 基于2.4G無線擴頻通信的PSD聯(lián)動控制系統(tǒng)的研究[D]. 北京：北京交通大學，2007.

[2] 艾文偉.城市軌道交通屏蔽門系統(tǒng)的應用與思考[J].都市快軌交通，2005（2）.