CTCS3-300T車載ATP設(shè)備測試系統(tǒng)方案探討

高忠利

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

截止2020 年9 月份，在國內(nèi)15 個鐵路局共30 個段里配屬CTCS3-300T 型車載ATP 設(shè)備的動車組已達(dá)1179 列，市場份額巨大。

根據(jù)規(guī)程，動車組在高級修期間會將超出生命周期的車載設(shè)備單元模塊替換下車，這些替換下來的設(shè)備可用于測試環(huán)境搭建。

同時根據(jù)鐵總[2016]57 號文件第三十二條要求：“列控車載設(shè)備的備品備件應(yīng)定期進(jìn)行檢測，確保狀態(tài)良好”，應(yīng)定期定量對車載設(shè)備的備品備件（包括返修件）進(jìn)行上電檢測、簡單啟機(jī)功能模擬和拷機(jī)測試，確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)性能。

綜合上述現(xiàn)狀和需求，利用超生命周期的替換件搭建一種基于CTCS3-300T 型ATP 車載設(shè)備的測試系統(tǒng)具有很強(qiáng)的必要性和經(jīng)濟(jì)性，也具有廣闊的市場前景。

2 測試系統(tǒng)需求

系統(tǒng)功能需求如下。

1) 支持ATP 單元模塊獨立上電或系統(tǒng)整機(jī)上電運行。設(shè)置整機(jī)的電源開關(guān)和各模塊獨立的電源接口；系統(tǒng)上電后可進(jìn)行狀態(tài)自檢及制動測試；系統(tǒng)正常運行后可以進(jìn)入C2 等級下部分（PS）、目視（OS）、調(diào)車（SH）等運行模式。

2) 模擬必須的車輛信號（包括：休眠、激活、前向、后向、制動反饋等），并配置相應(yīng)的信號開關(guān)及燈顯。

3) 將整機(jī)電源、車輛信號模擬設(shè)備等柜外設(shè)備集成到獨立的測試臺里。

4) 調(diào)整機(jī)柜構(gòu)造及設(shè)備安裝方式，實現(xiàn)單元模塊的便捷快速拆裝功能。

5) 測試臺和機(jī)柜間的電纜使用航插接口，連接簡易，方便維護(hù)。

6) 信號開關(guān)、燈顯及柜間電纜接口考慮了一定的可擴(kuò)展性，可用于后續(xù)產(chǎn)品升級。

3 測試系統(tǒng)方案

本方案將系統(tǒng)分為測試機(jī)柜、測試臺、柜間電纜、CAU 天線支架等部分。

測試機(jī)柜預(yù)裝總線電纜以及設(shè)備單元模塊，單元模塊可以使用備品備件，或者高級修替換件。測試臺集成了DMI 人機(jī)界面交互單元、總電源、車輛模擬信號箱、模擬接口信號按鈕及燈位顯示等功能。柜間電纜提供測試機(jī)柜到測試臺之間的設(shè)備連接，包括MVB 總線、D 電纜、供電電纜、列車接口信號電纜等。CAU 天線支架用于天線單元的安置（CAU 有一定的電磁輻射性，需遠(yuǎn)離人員安置）。

測試系統(tǒng)示意如圖1 所示。

3.1 接口方案設(shè)計

ATP 和車輛接口的可選方式有：總線接口、繼電器接口。

三型車接口方式：總線接口涉及車輛CCU 控制邏輯，現(xiàn)場實施難度大，成本高。

二型車接口方式：繼電器接口，使用110 V 電源通過接口信號開關(guān)和繼電器動作輸出到ATP 內(nèi)部的方式來模擬車輛信號，可靠性以及可控性更高。

各車型CTCS3-300T 車載設(shè)備使用的主要單元模塊一樣，除極個別模塊（如BCT）外，本系統(tǒng)都可以使用。

圖1 測試系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of test system

基于以上所述，綜合經(jīng)濟(jì)成本、施工難度等要求，選擇使用繼電器接口方案。繼電器控制箱采用魏德米勒公司生產(chǎn)的DRM570110LT 繼電器，驅(qū)動電壓為110 V，開關(guān)導(dǎo)通最大電流5 A、最大電壓250 V，符合既有CTCS3-300T 相關(guān)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該設(shè)備用于模擬列車?yán)^電器接口，將列車的接口信息發(fā)送給ATP 機(jī)柜處理。繼電器控制箱如圖2 所示。

圖2 繼電器控制箱Fig.2 Control box of the relay

測試機(jī)柜及測試臺之間，相關(guān)連線十分復(fù)雜，如總線、D 電纜、供電電纜、列車接口信號電纜等。為便于維護(hù)，因此需優(yōu)化設(shè)計柜間電纜的連接方式，以便于測試機(jī)柜與測試臺間的位置調(diào)整，同時有利于測試系統(tǒng)隨空間的變化而調(diào)整。

3.2 測試臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

CTCS-300T 車載ATP 設(shè)備主機(jī)柜安裝于動車組1 車或8 車，而人機(jī)交互（DMI）單元及部分系統(tǒng)電源開關(guān)安裝于駕駛室內(nèi)，兩者相隔一定距離，同時考慮應(yīng)答器傳輸子系統(tǒng)（BTM）單元及車底相關(guān)設(shè)備安裝較為離散。為了節(jié)省空間，需研究設(shè)計一款新型測試臺，同時集成DMI、BTM 單元、車底設(shè)備、系統(tǒng)電源開關(guān)等設(shè)備。

ATP 系統(tǒng)測試臺主要由柜體、直流穩(wěn)壓電源、繼電器控制箱、DMI 顯示屏、按鈕及指示燈、空開等組成，實現(xiàn)為300T 車載柜提供電源、信號反饋、操作輸入界面等功能。

測試臺如圖3 所示。

3.3 接口模擬信號設(shè)計

為實現(xiàn)ATP 設(shè)備正常啟動的工作條件，在車下無法獲得車輛提供的列車接口相關(guān)信號，包括激活、前后向、休眠、牽引、制動反饋信號等，需設(shè)計車輛模擬信號產(chǎn)生裝置，以達(dá)到ATP 系統(tǒng)正常啟動目的。

圖3 測試臺Fig.3 Test desk

車輛信號模擬通過測試系統(tǒng)實現(xiàn)制動反饋和激活、前向等信號模擬的功能，并加裝LED 指示燈，分別用于顯示激活信號、前向信號、常用制動施加、常用制動反饋、緊急制動施加、緊急制動反饋。供電部分由恒流恒壓開關(guān)電源通過萬可端子排轉(zhuǎn)接實現(xiàn)對機(jī)柜、繼電器、LED 狀態(tài)顯示燈的供電。

其中，萬可端子排接直流恒壓恒流電源110 V電源正電、負(fù)電，測試系統(tǒng)通過激活和前向按鈕可以分別對激活和前向繼電器供電,實現(xiàn)激活和前向信號模擬；機(jī)柜常用制動經(jīng)測試系統(tǒng)萬可端子排供電驅(qū)動常用制動繼電器，經(jīng)常用制動反饋繼電器反饋給ATP 機(jī)柜，實現(xiàn)常用制動信號的模擬；機(jī)柜緊急制動經(jīng)測試系統(tǒng)萬可端子排供電驅(qū)動緊急制動繼電器，經(jīng)緊急制動反饋繼電器反饋給ATP 機(jī)柜，實現(xiàn)緊急制動信號的模擬。另外，通過控制模擬信號回路的開關(guān)，可以模擬對應(yīng)車輛接口信號故障時的場景。

測試系統(tǒng)內(nèi)的6 個繼電器和6 片端子片安裝在機(jī)柜的左下側(cè)導(dǎo)軌上，其內(nèi)部端子片和繼電器之間，端子片、繼電器和機(jī)柜之間接線采用單芯線進(jìn)行連接。其中LED 顯示燈和開關(guān)按鈕安裝操作臺上，與繼電器和端子片之間的接線采用16 芯電纜通過航插進(jìn)行連接，其中線纜分為兩部分，兩部分通過航插連接，便于拆卸。

3.4 測試機(jī)柜設(shè)計

ATP 測試機(jī)柜基于最新二型車載ATP 機(jī)柜進(jìn)行改制而成，為方便系統(tǒng)上電運行，采用單系配置。柜內(nèi)布置一套完整的機(jī)柜線纜，加裝所需模塊后就可以滿足運行條件。為方便模塊隨時插拔，在原來300T上固定黑盒模塊的位置用支柱代替螺釘。上電時，可以只加裝一系、也可以同時加裝A/B 兩系。

其中：cs為單次維修活動的基本費用，cd為單部件單位時間的風(fēng)險損失費用，cl為小修費用，cAn_A(cAn_M)和cBn_A(cBn_M)分別為團(tuán)隊A和B的單位AC(MC)的PM費用，cAf_A(cAf_M)和cBf_A(cBf_M)分別為團(tuán)隊A和B的單位AC(MC)的CM費用，cAr_A(cAr_M)和cBr_A(cBr_M)分別為團(tuán)隊A和B的單位AC(MC)的替換費用。

測試機(jī)柜現(xiàn)場實物如圖4 所示。

圖4 測試機(jī)柜Fig.4 Test cabinet

4 功能升級方向探討

本測試系統(tǒng)的接口和功能還具有一定的擴(kuò)展性。比如測試臺的接口信號電纜、燈顯、測試臺內(nèi)部安裝空間等都做了預(yù)留。

在本測試系統(tǒng)的硬件平臺上拓展更多應(yīng)用場景和功能，可以考慮以下幾個方向。

1) 增加應(yīng)答器滑軌。應(yīng)答器在CAU 天線下通過后，可驗證BTM 子系統(tǒng)的應(yīng)答器報文接收功能；有了應(yīng)答器提供的行車許可，C2 等級下系統(tǒng)運行模式可增加完全（FS）模式。

2) 增加軌道電路發(fā)碼環(huán)線。使用便攜式軌道電路發(fā)碼器，通過一根導(dǎo)線即可模擬軌道電路發(fā)碼，驗證TCR 子系統(tǒng)軌道電路接收功能；收碼后，C2等級下系統(tǒng)運行模式可增加機(jī)信（CS）模式。

3) 增加速度接口模擬信號。通過程序軟件模擬速度信息（甚至線路數(shù)據(jù)），通過MVB 總線傳送到系統(tǒng)里?？稍谀M的動態(tài)情況下測試模塊的應(yīng)用軟件燒寫是否正確。

在增加上述功能后，響應(yīng)的培訓(xùn)及測試場景也會增加。

5 結(jié)論

主要優(yōu)點如下。

1) 硬件拷機(jī)和故障處理

可用于新品備件定期拷機(jī)、返修件維修結(jié)果驗證、故障件的故障復(fù)現(xiàn)和驗證等，有效提升用戶狀態(tài)修和故障修的水平。

2) 軟件燒寫和參數(shù)讀取

可用于備件程序預(yù)寫，有效節(jié)省在動車上的故障處理時間；滿足用戶線下鍛煉數(shù)據(jù)查看和數(shù)據(jù)下載的能力。

3) 培訓(xùn)

結(jié)合本測試平臺，用戶可以進(jìn)行300T 系統(tǒng)的實物培訓(xùn)，包括故障模擬考試、維護(hù)作業(yè)水平測試等。

4) 經(jīng)濟(jì)性和市場前景

本測試平臺方案簡便易行，充分考慮經(jīng)濟(jì)性，目前已在多個鐵路局站段取得訂單，市場前景廣闊。