AF904型数字轨道电路资料.pptx

城市轨道交通智能控制系统第四章第四章 基础设备基础设备主讲教师：轨道教研室车现伟授课章节：4.1数字轨道电路重点：重点：AF-904数字轨道电路的基本原理数字轨道电路的基本原理目的与要求：目的与要求：1、掌握、掌握AF-904数字轨道电路的基本原理数字轨道电路的基本原理2、了解数字轨道电路的应用、了解数字轨道电路的应用难点：难点：数字轨道电路的基本应用数字轨道电路的基本应用 AF-902/904型数字编码轨道电路类型：AF-904型数字（音频）轨道电路厂家：美国USS公司功能：是联锁逻辑处理单元和车载设备之间的通信接口应用：在上海地铁 2 号线和天津滨海线运用。分路灵敏度：0.25(发射端、接收端和中间点)AF-904 系统的主要设备包括控制机箱、轨道耦合单元和轨道连接器（导线体和轨道环线），按地点可分为轨旁设备（图5-4）和信号室内设备（图5-5）两部分。一、AF-904 系统的硬件结构 轨旁设备由轨道耦合单元、500MCM 连接器（S形电缆）和环线 3 部分组成，在轨道之间或沿轨旁安装。采用的是互藕方式。轨道耦合单元将轨道信号连接到控制机箱的接收和发送电路，并调谐到轨道电路的载频频率。它安装在轨旁，包括两个独立的耦合电路。每个耦合电路都由变压器和可调电容器组成槽路，如图下所示。它们也作为轨道电路的端点，并且实现与 S 棒的阻抗匹配。1.轨旁设备轨道耦合单元轨道耦合单元 500MCM 连接器是截面 178 mm2 的电缆制成 S 形，称为“S 棒“。放在两根钢轨中间，两端点被焊接到钢轨上。一匝电线构成的环线与 500MCM 连接器空气耦合，并通过耦合单元、对绞电缆，与轨道电路室内控制柜（TM）的辅助板相连。发送的轨道信号电流在 S 形电缆中形成环流，并感应进入钢轨。接收的信号也从钢轨感应进入电缆。借助其外形尺寸，可提供很强的方向性，以设定轨道信号电流的方向。控制机箱以微处理器为基础，测量轨道信号的幅度以检测列车的存在，发送和接收ATP信息的移频信号，以及进行内部或本地系统的连续诊断等。控制机箱装在 TM 柜内，每个 TM 柜最多可安装 3 个机笼，每个机笼可配置 4 段非冗余轨道电路。2信号室内设备 由于每段轨道电路的应用程序存在一个独立的位于机笼母板上的 EPROM 中，在定期更换控制板时无需重新设置。这样，任何一段轨道电路的单盘都相同，使得轨道电路的故障诊断和维护更便捷。每段轨道电路由两套设备构成“热备用”，备用设备处于“热备用”状态，不需经过启动程序即可转至在线状态。AF-904 的硬件结构框图如图 3-50 所示。图中“TC”指轨道电路。1、2、3、4 分别代表不同的轨道区段。“MT”指轨道联锁，是联锁单元 MI与轨道电路之间的信息通道。AF-904的插件柜（机箱）是由与19英寸(0.4826m）WAF 架兼容的安装在底盘的电子电路板组成的。它安装于设备房，需 110/240V、50/60 Hz 电源输入。每一插件柜（机箱）包括 10 个 PCB 电路板，被配成 4 套独立的轨道电路系统。(1)插件柜（机箱）每个轨道电路包括含 2.5 块 PCB 板：一块轨道电路控制板、一块辅助板、半块电源板（两段轨道电路共用一块电源板）。机箱包含一个可以显示数字及字母的显示器和若干开关，在前面板上就可以对每段轨道电路进行调整，并访问它们的数据。前面板上还有一个串行端口，可以使用一台便携机通过这个端口来获取数据，以进行诊断。通过机箱前面板上的发光二极管显示和开关，可以设置轨道电路速度限制，并且可以访问诊断系统信息。(2)轨道电路控制板 控制板产生具有 ATP 功能的数字编码信息。其核心是 MC68HC1621CMOS 微控制器，除系统集成模块外，还包含几个外围集成块。两个字母数字显示器，上面是红色的，下面是绿色的，用来监视轨道电路的设置和动作。四个瞬间接触开关（SPDT），用来在设置时输入数据。五个 LED，提供有关信息。一个计算机兼容串行口，一个连接器提供 RS-232 终端口，用来详细监视和诊断 AF-904 逻辑和内存。调试端口，用来直接控制 68HC16 微控制器，为工厂使用。(3)辅助板辅助板 对控制板产生的信息放大发送至室外并接收轨道信息。辅助板包含两个轨道数据发送的放大器和轨道电路的接收器的前端部分及条件电源（CPS）分系统。继电器用来故障时切换系统，使它成为一个智能监视点。8 个 LED，用来显示关键参数的状态。11个维修测试点，可提供对控制板和辅助板的电压和信号的测试。(4)电源板 电源板产生控制板和辅助板工作所需要的电源。电源板中有两套独立的供电系统，用于两套独立的轨道电路。每块电源板提供两个工作电源，可调整为内部组成需要的工作电源，电源板与标准 AC 商业电源相接口。为了在从插件柜中取出电源板时的安全，防止短路，加了焊点罩。14 个 LED,7 个用来监视主电源，7 个用来监视备用电源。两个独立的电源开关，上面的给右边两块 PCB 供电，下面的给左边的两块 PCB 供电。开关是锁闭性开关，必须先拔出再扳。4 个电压测试点，用来测试两个分系统供电。AF902/904 轨道耦合单元将轨道信号和组匣上的发送和接收单元连接起来。AF-904 系统与联锁系统之间通过 RS-485 接口进行通信。AF-904 系统与轨道逻辑处理器（轨道MICROLOK）的接口是一个双向的串行数据链路，与列车之间的通信接口是一个单向的链路，只有列车接收的功能。二、AF-904 系统的工作原理 每一个 AF-904 系统都必须实时安全地检测轨道电路的状态。在轨道电路一端传送，并在另一端接收的 FSK 信号，不仅用来传送数字机车信号数据，而且用于列车检测。接收器通过监测载波电平和一部分数字信息来判定轨道是否空闲。车载 ATP 设备通过感应器接收和解码该数据帧，完成列车控制功能。该数据帧中包含以下信息：线路限速、目标速度、区段长度、坡度、运行方向、门控信号、下一区段载频、编组解编组信息等，轨道电路采用 BFSK 调制方式向列车不间断地发送经过数字编码的数据帧。安全轨道区段逻辑控制由“轨道 MICROLOKII”系统完成，车站内联锁逻辑以及转辙机和信号机的控制由“联锁 MICROLOKII”系统完成。非安全逻辑控制由“非安全逻辑模拟器 NVLE“单元完成。正线轨道电路的布置如下图所示 AF-904 系统接收来自联锁系统的串行信息（目标速度、目标距离等），再加上本轨道区段信息（轨道电路 ID 号、线路速度等），形成复合信息；然后将复合信息用 NRZI格式编码形成报文帧，结合机笼后面的方向继电器以 FSK 调制方式把报文送至相应的藕合电路，经单匝环线与“S”棒耦合；然后由车载 ATP 接收、解码并校验信息的正确性，验证完毕执行 ATP 功能，完成数字车载信号的传输功能。NRZI格式为不归零倒置格式，是适用于串行数据传输的一项常用编码技术。其逻辑“1”用信号的无变化来表示，逻辑“0”是用信号的变化来表示。打破常“0”和常“1”的运行，使“1”和“0”的比值非常接近 1，为信号提取提供了丰富的时钟信息，防止接收时得不到时钟校正而误码。1.AF-904 对列车的检测 利用 AF-904 信息的标题位（前8位）作为列车检测的信号，其固定为 01111110。当轨道电路空闲时，被检测到的信号幅度在门限值以上，该门限值由 AF-904 接收器电路设置。列车进入轨道电路，所接收到的信号被分路，其幅度降至门限值以下，表示轨道电路被占用。由于其他原因造成的轨道短路、断路等故障时，也会使接收到的信号低于预定的阈值或是错误的轨道 ID 号。根据故障-安全原则，上述两种情况都会使AF-904控制板关掉其直流输出，向联锁单元传递“占用”信息，否则传递“空闲”信息，从而完成列车检测功能。2.AF-904的ATP信息 AF-904 采用 BFSK 方式。8个载频：9.5 kHz、10.5 kHz、11.5 kHz、12.5 kHz、13.5 kHz、14.5 kHz、15.5 kHz、16.5 kHz。这 8 种频率依次命名为 F0F7。奇数载频 F1、F3、F5和偶数载频 F2、F4、F6 分配给不同的运行方向，交错配置。相邻每个轨道电路采用不同载频，以提高抗干扰能力。F1、F3、F5配置在西向或是北向的轨道电路，而 F2、F4、F6被配置在东向或是南向的轨道电路，剩余的 2 种频率（F0、F7）被保留，用在特殊的工作区域。相邻轨道电路采用不同状态频率组合状态，可有效地防止相邻轨道电路的串音。频偏200 Hz。比特率为200bit/s。每一段 AF-904 轨道电路采用 8 个载频中的一个，比特位由 SPACES（空号），MARKS（占号）组成。相应的中心频率、空号频率和占号频率如下：中心频率（kHz)SPACE 频率（kHz)MARK 频率（kHz)10.5 10.3 10.7 11.5 11.3 11.7 12.5 12.3 12.7 13.5 13.3 13.7 14.5 14.3 14.7 15.5 15.3 15.7 16.5 16.3 16.7 BFSK（二进制频移键控）调制方式是采用两个分离的频率调制一个中心频率来实现信息传递的。在一个给定的时间仅存在两个频率中的一个，并且是唯一的。这两个频率的间隔为400Hz，当采用NRZI方式编码后，结果成为一个信号，如果该信号在每一个比特的时间内改换着频率，则表示逻辑“0”；如果在持续的时间里连续发送一个频率，表示逻辑“1”。这就意味着，如果5ms内，信号在MARK和SPACE之间交替，表示一个“0”字符串，如果发送6个“1”，则信号在6比特时间（30ms)里保持在MARK或SPACE上不变（发送哪一个信号取决于在第一个“1”之前的最后一个比特时间里的频率）AF-904 传输信息的报文中含有 37 位的数据位。发送到车上的信息共 71 位，首 8 位为标题位，固定为 01111110，并用来同步译码功能，同时作为列车检测信号。接下的 37 位是数据位，用于 ATP 指令包括各种信息，具体信息设置如表 3-5 所列。最后 16 位是周期冗余检查位，用于检查错误。另有 10 位 0 插入（信息中有连续 5 个“1”时就插入一个“0”）或附加填充位构成，以便固定报文的长度。译码时，删除插入的“0”。信息的数据位：一部分由轨道 MieroLok II编码，一部分是通过前面板的开关配置形成的。这些数据通过安全的串行通信链路传送到一个轨道电路。数据信息包括：轨道电路编号、方向控制、下一频率、目标距离制器 PCB 的前面板选择最大速度。AF-904 返回 轨道MicroLokII 的信息有：轨道占用、设置的闭塞分区速度、方向校核、AF-904 速度命令传送。速度命令是通过 AF-904 型轨道电路由轨旁传送给机车的数字数据的一部分。（见表5-2）每个轨道电路的载频是通过耦合单元内的跳线连接来调谐。列车总是朝着轨道电路的发送器运行的，发送器连续传送数据信息。在正常条件下，已将滤波器调谐到正确频率的车载 ATC 单元都能接收到发送的数据。与轨道电路 ID 相对应的12位告知车辆正运行在哪一个轨道电路。12位，可识别 4096 个轨道电路。车载 ATP 系统的存储器储存各个轨道电路的信息，包括线路坡度和车站数据等。控制列车速度的参数是：线路速度、目标速度和目标距离。线路速度是该轨道电路允许的最高运行速度。目标速度是期望列车在控制速度曲线末端的速度。目标距离是达到目标速度可用的距离。速度指令 065英里小时，步长 5 英里小时，附加 1 英里小时、8 英里小时，分段速度（英里小时）为：0,1,5,8,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65。1 英里约等于 1.6 km。频率位告知车辆下一个轨道电路的载频，车载 ATP 使用两个带调谐滤波的接收器，一个调谐在本轨道电路的载频，另一个调谐在下一轨道电路的载频，做好接收准备。这样就使得列车从一个轨道电路运行到下一个轨道电路时连续地接收信息。耦合非耦合位用于命令车辆藕合器动作。停站位在站台轨道电路内被发送，告诉列车处于站台的限制范围内，决定是否停车，并打开车门。1功能模块 AF-904 系统是以微处理器为核心，与处理器相连的信号流程可分为 4 大功能模块：信息采集和输出模块、微处理器、人机接口模块、通信模块，如图 3-51 所示。三、AF-904 系统的信号处理过程 信息采集和输出模块主要是位于室外的无源器件，完成发送与接收的阻抗匹配；微处理器完成信息的生成、编码、调制以及解调和通信功能；人机接口模块提供一个界面，为人工操作以及监督用；通信模块完成系统内部以及和其他系统的通信。2信息处理 微处理器应具有以下能力：(1)信息编码能力 其信息协议为8位报头，37位数据信息，16位循环校验位，010 位的填充位（全零），形成 6171 位的信息。(2)信息接收处理能力 AF-904 以 200 bit/s 波特率传送信息。若列车速度 100 km/h，那么 1s内列车运行 28m，这样即使在最小的区段（30m）内列车能也收到 23 帧信息，确保列车持续地把该轨道的状态、相关的参数读取进程序中，并能结合其他相关的信息做出正确的处理和操作。(3)能够提供人机接口界面 这便于工程技术人员参与操作。此外，处理器程序还具备升级能力，具有扩展性。把便携机与 AF-904 系统控制板上的 9 芯通信接口（RS-232）相连，可进行处理器程序升级。轨旁地一车处理程序流程如图 3-52所示，程序会分析数据，判断是否是由于列车占用引起的，如果是就中断响应，进入相应的处理程序进行处理。如果不是，就判断为设备故障，而启动报警程序。列车对接收到的信息的处理程序如图 3-53 所示。当接收到轨旁传来的信息时，先进行数据校验，如不合法，抛弃该数据；如合法，则进行处理，并记录合法的标志。当接收不到合法数据时，2.75s 倒计时计数器开始计数；若计数完毕尚未收到合法的数据，则进入紧急制动处理程序。小结与作业：小结：小结：本节课我们主要以本节课我们主要以AF-904数字轨道数字轨道电路为例讲述了数字轨道电路的应用电路为例讲述了数字轨道电路的应用和特点。和特点。作业：作业：课后习题课后习题