客專ZPW-2000軌道電路與列控接口故障分析及處理

孟 琳

(中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司徐州電務(wù)段，江蘇徐州 221007)

隨著國內(nèi)鐵路的快速發(fā)展，客專ZPW-2000移頻軌道電路大面積運(yùn)用，如何確保軌道電路設(shè)備穩(wěn)定可靠工作，確保行車安全，是電務(wù)信號維護(hù)技術(shù)人員必須面對和思考的問題。針對列控中心和ZPW-2000軌道電路接口原理進(jìn)行介紹，并對典型故障案例進(jìn)行分析，總結(jié)故障處理流程。

1 接口結(jié)構(gòu)分析

1.1 列控中心TCC與ZPW-2000軌道電路接口規(guī)范

TCC與軌道電路通過CAN總線通信，軌道電路通信機(jī)籠與TCC就近安裝，且CAN總線長度不超過15 m，分支長度不超過0.4 m。

通信介質(zhì)為雙絞線，通信速率為1 Mbit/s。

1.1.1 TCC與軌道電路交互信息

同步幀：不含數(shù)據(jù)，僅同于系統(tǒng)同步，TCC發(fā)送同步幀用于接收軌道電路狀態(tài)數(shù)據(jù)。

編碼數(shù)據(jù)幀：由TCC產(chǎn)生，用于控制發(fā)送器輸出信號的編碼命令，包括載頻和低頻。

狀態(tài)幀：由接收器產(chǎn)生，用于表示軌道區(qū)段當(dāng)前狀態(tài)，發(fā)送至TCC 。

1.1.2 TCC-軌道電路通信中斷判定原則

TCC不能從某一路總線上接收到完整的且通過校驗(yàn)的某移頻柜數(shù)據(jù)，自動采用冗余總線的數(shù)據(jù)。

TCC持續(xù)3 s不能從任一總線接收到完整的且通過校驗(yàn)的數(shù)據(jù)，判定與該通道中斷。

冗余通道全部中斷后，TCC將該移頻柜內(nèi)所有區(qū)段狀態(tài)按占用處理。

軌道電路發(fā)送器持續(xù)3 s不能從TCC接收到編碼數(shù)據(jù)，該發(fā)送器發(fā)送檢測碼。

1.2 列控中心TCC與ZPW-2000A軌道電路的接口

1.2.1 接口方式

列控中心通過CAN總線與軌道電路接口。軌道電路通信接口單元安裝在列控中心機(jī)柜內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議間的互換。軌道電路通信盤與列控中心和軌道電路移頻柜組成二乘二取二的冗余安全系統(tǒng)。

軌道電路通信接口板是連接列控中心和軌道電路移頻柜的接口板卡，用于列控中心主機(jī)和軌道電路設(shè)備間的CAN總線通信協(xié)議間互換，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)列控中心下發(fā)軌道電路的編碼信息，并將軌道電路的狀態(tài)信息和監(jiān)測信息打包發(fā)往列控中心和軌道電路監(jiān)測維護(hù)機(jī)接口。通信接口板的CAN地址采用雙路正反碼，奇校驗(yàn)的方式進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)初始化過程中無通信數(shù)據(jù)輸出；開機(jī)自檢完成對自身CAN地址的奇偶檢查及雙CPU的CAN地址一致性檢查，當(dāng)檢查未通過時(shí)，無通信數(shù)據(jù)輸出；通信數(shù)據(jù)信息采用帶校驗(yàn)的安全協(xié)議進(jìn)行通信并接收軌道電路設(shè)備的狀態(tài)，其中CAN總線（CANA、CANB）用于和列控主機(jī)交換數(shù)據(jù)，CANC 用于發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)給軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端，CAND、 CANE用于和軌道電路設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

列控中心直接與軌道電路通信盤接口。列控中心最多可以控制10對軌道電路通信盤，每對軌道電路通信盤可以控制1臺移頻柜（包含20個(gè)發(fā)送器與10個(gè)接收器）。軌道電路通信盤成對雙機(jī)冗余配置，軌道電路通信盤有兩個(gè)型號的產(chǎn)品，CI-TC和CITC2。

軌道電路通信盤的通信可以有兩層：柜外總線（CANA、CANB、CANC） 和 柜 內(nèi) 總 線（ 對于CI-TC為CAND、CANE。 對 于CI-TC2為CAND1、CANE1、CAND2、CANE2）。柜外總線是唯一的，整個(gè)系統(tǒng)中只有一組。柜內(nèi)總線不是唯一的，每個(gè)機(jī)柜內(nèi)部有一組。

軌道電路通信接口單元機(jī)籠母板上都分配有獨(dú)立的地址編碼，軌道電路通信接口板通過讀取不同槽位上的地址碼來識別自身的通信地址配置。

通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）通信接口盤與列控中心雙系通過CANA、CANB總線連接，達(dá)到冗余通信功能。

2）列控中心通過CAN總線向通信接口盤下發(fā)區(qū)段編碼信息、方向信息等。

3）通信接口盤通過CAN總線向列控中心轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)段設(shè)備上傳的狀態(tài)信息等。

圖1 列控與軌道電路接口示意圖Fig.1 Schematic diagram of interface between train control equipment and track and circuit

4）通信接口盤為冗余工作模式，A、B通信接口盤分別向列控中心上傳CANA、CANB信息。

5）列控中心雙系分別接收CANA、CANB信息，用于判斷軌道狀態(tài)。

CANA、CANB冗余通信原理如圖2所示。

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

1）移頻柜內(nèi)接收設(shè)備通 過CAND、CANE總 線將信息上傳至通信接口盤。

2）通信接口盤將收到的CAND、CANE信 息 直接轉(zhuǎn)發(fā)給列控中心，其中A通信盤為列控中心轉(zhuǎn)發(fā)的稱為CANA數(shù)據(jù)，B通信盤為列控中心轉(zhuǎn)發(fā)的稱為CANB數(shù)據(jù)。

3）列控中心雙系同時(shí)接收CANA、CANB數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)作邏輯運(yùn)算，得出區(qū)段狀態(tài)。

4）當(dāng)A、B通信接口盤單一故障時(shí)，僅缺失CANA或CANB數(shù)據(jù)。

5）當(dāng)CANA、CANB數(shù)據(jù)單一缺失時(shí)，不影響列控中心正常判斷。

1.2.2 交互的基本信息

發(fā)送給軌道電路的信息：載頻、低頻信息；軌道電路分路不良狀態(tài)信息。

接收來自軌道電路的信息：軌道電路狀態(tài)。

CI-TC2用于列控中心主機(jī)和軌道電路設(shè)備間的CAN總線通信協(xié)議間互換，實(shí)現(xiàn)列控中心主機(jī)向軌道電路設(shè)備發(fā)生編碼命令，并接收軌道電路設(shè)備的狀態(tài)。CI-GS為列控中心與CTC通信接口板。

1.2.3 軌道電路通信接口盤與軌道電路移頻柜接口

軌道電路通信接口盤與軌道電路移頻柜接口如圖3所示。軌道電路通信盤與列控中心通信內(nèi)容如圖4所示。

1）移頻柜內(nèi)主發(fā)送器與單數(shù)位置接收器設(shè)備的CAND環(huán)接至A通信盤CAND，CANE環(huán)接至B通信盤的CANE，構(gòu)成設(shè)備與通信盤間CAND、CANE總線冗余。

2）移頻柜內(nèi)備發(fā)送器與雙數(shù)位置接收器設(shè)備的CAND環(huán)接至B通信盤CAND，CANE環(huán)接至A通信盤的CANE，構(gòu)成設(shè)備與通信盤間CAND、CANE總線冗余。

圖3 軌道電路通信接口盤與軌道電路移頻柜接口圖Fig.3 Schematic diagram of interface between track circuit communication interface board and track circuit frequency shift cabinet

3）通信盤CAND、CANE端口連接120 Ω終端電阻用于信號傳輸匹配。

4）當(dāng)A、B通信接口盤單一故障時(shí)，移頻柜內(nèi)設(shè)備會僅缺失CAND或CANE信息，仍然能夠滿足通信信息交互。

5） 當(dāng) CAND1、CANE1、CAND2、CANE2總線不完全缺失時(shí)，仍然能夠滿足通信信息交互。

圖4 軌道電路通信盤與列控中心通信內(nèi)容Fig.4 Communication contents of track circuit communication board and TCC

1.2.4 軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端與列控監(jiān)測終端接口

軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端與列控維護(hù)終端二者之間采用RJ45以太網(wǎng)接口，數(shù)據(jù)傳輸采用TCP傳輸協(xié)議。

列控中心維護(hù)終端向軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端傳送區(qū)段方向信息及邊界閉塞分區(qū)狀態(tài)信息。

軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端通過獲取到區(qū)段方向狀態(tài)信息以完成分線采集器區(qū)分送、受端信號采集的功能及小軌道報(bào)警判決，通過獲取鄰站各邊界區(qū)段閉塞分區(qū)狀態(tài)信息以完成本站各邊界區(qū)段小軌道報(bào)警判決的問題。

軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端與列控維護(hù)終端均接入集中監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，二者之間沒有物理連接，定義列控維護(hù)終端為服務(wù)端，軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端為客戶端。雙方的IP地址設(shè)定由集中監(jiān)測統(tǒng)一分配，TCP連接端口號設(shè)置為5555。

列控維護(hù)終端以大于250 ms、小于1 s的周期向軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端發(fā)送數(shù)據(jù)幀。軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端則以每3 s向列控維護(hù)終端發(fā)送一次心跳包，以確定與列控維護(hù)終端的連接正常。

2 ZPW-2000A軌道電路接口典型故障案例分析與處理

2.1 因列控中心引起的故障分析及處理

2.1.1 故障現(xiàn)象

XX#中繼站，部分軌道區(qū)段出現(xiàn)紅光帶，現(xiàn)場確認(rèn)出現(xiàn)紅光帶區(qū)段均在一個(gè)移頻柜內(nèi)。

2.1.2 分析處理

現(xiàn)場工區(qū)人員到達(dá)中繼站后，測試軌道電路受端信號電壓正常，現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)第3個(gè)移頻柜中主發(fā)送器全部倒向備發(fā)送器，并且主發(fā)送器報(bào)警，列控中心中相應(yīng)的軌道電路通信板也顯示紅燈報(bào)警，監(jiān)測維護(hù)機(jī)顯示TCC和QY3的CAND和CANE通道通信狀態(tài)故障，TCC通過與軌道電路設(shè)備的CAN通信獲取區(qū)段狀態(tài)信息。故障發(fā)生時(shí)，列控中心與軌道電路設(shè)備通信完全中斷，TCC判決區(qū)段占用并向CTC和聯(lián)鎖發(fā)送閉塞分區(qū)占用信息。通過重啟整個(gè)機(jī)柜的主發(fā)送器后故障恢復(fù)。

2.1.3 故障原因

發(fā)送器瞬間短路造成CAND和CANE通道通信狀態(tài)故障，重啟后設(shè)備恢復(fù)正常。分析如下：因ZPW-2000設(shè)備通過CAN總線與列控中心互相交換信息，若TCC中心發(fā)生故障，將可能導(dǎo)致ZPW-2000A設(shè)備出現(xiàn)紅光帶故障。通信板故障結(jié)果：中斷TCC與軌道電路機(jī)柜、軌道電路機(jī)柜與軌道電路監(jiān)測維護(hù)終端間的通信；其所控制的軌道區(qū)段僅發(fā)送軌道檢測碼27.9 Hz；區(qū)間軌道電路無軌道繼電器，故無輸出；站內(nèi)軌道電路因有軌道繼電器，所以工作在默認(rèn)工作狀態(tài)下；通信板故影響范圍：此種情況一般表現(xiàn)為一個(gè)軌道電路機(jī)柜的所有軌道區(qū)段的工作或某站某中繼站管轄范圍內(nèi)的所有區(qū)段都出現(xiàn)紅光帶，所管轄的區(qū)段發(fā)送檢測碼。

故障的原因有可能是：

1) 列控中心雙系均故障或PIO板故障；

2) 通道質(zhì)量誤碼率較高或信息擁堵；

3) 信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)中斷（交換機(jī)故障）

4) 區(qū)間綜合柜的LKZ電源斷路器跳起；

5) 地震繼電器落下，吸起相關(guān)條件不滿足；

6) 異物繼電器YWJ落下，造成軌道電路紅光帶。

此時(shí)可通過列控維護(hù)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)拓?fù)鋱D查找處理，可通過重啟列控中心或檢查信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)通道、檢查LKZ電源等嘗試解決。

2.2 列控編碼錯(cuò)誤造成車站多區(qū)段同時(shí)閃紅光帶

案例：某站連續(xù)發(fā)生同一時(shí)段內(nèi)主備發(fā)送器功出電壓突降，并發(fā)出設(shè)備故障報(bào)警，多個(gè)區(qū)段2.5 s時(shí)長紅光帶故障。調(diào)閱監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，主備發(fā)送器故障前其載頻編碼出現(xiàn)無效值情況。

分析：對軌道電路監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)紅光帶現(xiàn)象是由于列控下發(fā)無效載頻編碼信息造成。

在收到錯(cuò)誤載頻編碼時(shí)間段2.5 s內(nèi)，主/備發(fā)送電壓同時(shí)下降為0。12.5 s后，備發(fā)送電壓恢復(fù)。錯(cuò)誤載頻編碼恢復(fù)后，主發(fā)送電壓恢復(fù)。

在收到錯(cuò)誤載頻編碼時(shí)間段2.5 s內(nèi)，主發(fā)送功出電流下降為0。12.5 s后備發(fā)送工作，功出電流。錯(cuò)誤載頻編碼恢復(fù)后，主發(fā)送功出電流恢復(fù)，備發(fā)送功出電流消失。

分析軌道電路設(shè)備工作邏輯關(guān)系如圖5所示。

圖5 軌道電路設(shè)備工作邏輯關(guān)系圖Fig.5 Working logic diagram of track circuit equipment

整個(gè)軌道電路紅光帶故障過程可以做如下描述：

1）列控中心給軌道電路設(shè)備下發(fā)錯(cuò)誤載頻編碼，時(shí)長25 s；

2）主/備發(fā)送器、接收器收到錯(cuò)誤載頻編碼2.5 s后，主備發(fā)送器功出電壓下降為0，之后4 s后GJ落下，出現(xiàn)紅光帶；

3）主/備發(fā)送器、接收器收到錯(cuò)誤載頻編碼12.5 s后，備發(fā)送處于工作狀態(tài)，主發(fā)送不工作。15 s后GJ吸起，紅光帶消失，此時(shí)，功出低頻為27.9 Hz；

4）列控中心給軌道電路設(shè)備下發(fā)的錯(cuò)誤載頻編碼條件恢復(fù)后0.25 s，主發(fā)送恢復(fù)工作。

3 軌道電路與列控中心接口判斷方法

列控中心與軌道電路接口故障主要有收到無效數(shù)據(jù)和未收到數(shù)據(jù)兩種情況。在這兩種情況下，列控中心不能立刻判定與軌道電路接口故障，可能使軌道電路閃紅，影響整個(gè)系統(tǒng)的可用性和穩(wěn)定性。列控中心應(yīng)等待一定的時(shí)間以確認(rèn)主通道是否永久故障，當(dāng)列控中心與軌道電路接口發(fā)生故障時(shí)，列控中心等待一定的時(shí)間，如在該時(shí)間內(nèi)收到有效數(shù)據(jù)，則繼續(xù)正常工作；如未收到有效數(shù)據(jù)，則進(jìn)行雙系切換。切換完成后，重新與軌道電路建立通信，如通信建立，則切系后正常工作；如失敗，則軌道電路發(fā)27.9 Hz占用檢測碼。軌道電路與列控中心接口示意如圖6所示。

工作原理：軌道電路通信接口組匣內(nèi)的通信接口板，將列控中心 (CANA、CANB 總線) 發(fā)出的低頻、載頻編碼信息轉(zhuǎn)發(fā)給接收器和發(fā)送器(CAND、CANE 總線)，把軌道占用及空閑信息發(fā)給列控中心，并將接收器和發(fā)送器監(jiān)測信息(CANC 總線) 轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)測維護(hù)終端。

當(dāng)接收器通信功能故障無法正常上傳通信數(shù)據(jù)幀信息而軌道繼電器正常吸起時(shí)，列控中心判定為通信故障，判定相應(yīng)區(qū)段軌道狀態(tài)為占用。

圖6 軌道電路與列控中心接口示意圖Fig.6 Schematic diagram of interface between track circuit and TCC

當(dāng)接收器通信功能正常而軌道繼電器由于斷線等原因落下時(shí)，列控中心PIO采集軌道繼電器為落下，判定相應(yīng)區(qū)段軌道狀態(tài)為占用。

軌道區(qū)段發(fā)生紅光帶故障時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)軌道電路自身工作狀態(tài)、與列控中心通信狀態(tài)及列控中心對軌道電路采集狀態(tài)，判斷紅光帶是否由于軌道電路自身故障導(dǎo)致。

判斷流程如圖7所示。

圖7 軌道電路與列控中心接口故障判斷流程圖Fig.7 Interface fault diagnosis flow diagram of track circuit and TCC

4 結(jié)束語

設(shè)備維保單位應(yīng)規(guī)范和加強(qiáng)高鐵基礎(chǔ)管理，從設(shè)備標(biāo)識、技術(shù)資料歸檔等細(xì)節(jié)入手，逐站抓好對標(biāo)整治，切實(shí)抓好高鐵標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。完善預(yù)案，增強(qiáng)高鐵應(yīng)急處置能力，對電務(wù)段高鐵應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案進(jìn)行完善，重點(diǎn)完善數(shù)據(jù)通信、軟件故障的分析判斷和處置流程。定期開展應(yīng)急演練，結(jié)合高鐵設(shè)備故障案例，利用天窗時(shí)間組織故障模擬演練，提高職工應(yīng)急處置實(shí)戰(zhàn)能力。理解、掌握ZPW-2000軌道電路接口及監(jiān)測維護(hù)機(jī)柜中軌道電路維修機(jī)數(shù)據(jù)表示的含義，有效地利用數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)排查故障。為現(xiàn)場增配常發(fā)故障易耗器材、偶發(fā)故障關(guān)鍵器材，確保應(yīng)急備品齊全、良好。