軌道電路計算機(jī)編碼-V013

ZPW-2000A軌道電路

計算機(jī)編碼技術(shù)北京全路通信信號研究設(shè)計院2006年08月

CTCS2列控系統(tǒng)

計算機(jī)編碼技術(shù)的研究

軌道電路與列控中心接口

環(huán)行道試驗準(zhǔn)備目錄CTCS2列控系統(tǒng)總體描述系統(tǒng)構(gòu)成工作原理地面子系統(tǒng)總體描述基于軌道傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。面向提速干線和高速新線，采用車-地一體化設(shè)計。適用于各種限速區(qū)段，地面可不設(shè)通過信號機(jī)，機(jī)車乘務(wù)員憑車載信號行車。系統(tǒng)構(gòu)成工作原理地面列控中心通過軌道電路檢查列車對軌道的占用及完整性，并根據(jù)軌道占用、列車進(jìn)路及限速等信息，處理產(chǎn)生運(yùn)行許可信息，并與相關(guān)線路參數(shù)通過軌道電路＋點式應(yīng)答器發(fā)送至列車，列控車載設(shè)備通過對運(yùn)行許可信息的處理，產(chǎn)生連續(xù)速度監(jiān)控曲線，實時監(jiān)控列車安全運(yùn)行地面子系統(tǒng)

列控中心：根據(jù)其管轄范圍內(nèi)各軌道的軌道占用、列車進(jìn)路、限速、邊界條件等信息，確定各列車運(yùn)行許可信息，并通過軌道電路+點式應(yīng)答器實時傳送給管內(nèi)各在線運(yùn)行列車軌道電路：

檢查列車對軌道的占用；為車載設(shè)備提供連續(xù)運(yùn)行許可信息；檢查列車的完整性。

應(yīng)答器：

為車載提供一個完整制動距離范圍內(nèi)的線路信息、臨時限速及軌道電路信息；向移動列車提供其準(zhǔn)確的位置信息；計算機(jī)編碼技術(shù)的研究概述研發(fā)過程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能硬件平臺接口實現(xiàn)編碼原則系統(tǒng)特點概述

軌道電路計算機(jī)編碼技術(shù)應(yīng)該在列控中心中實現(xiàn)列控中心與軌道電路通過通信接口連接，傳輸編碼控制信息和軌道占用信息軌道電路采用計算機(jī)編碼方式時，可以取消軌道繼電器按照車站管轄范圍，將全線軌道電路分配給相應(yīng)的列控中心管轄列控中心之間通過通信方式傳輸邊界信息計算機(jī)編碼需要考慮軌道電路方向控制在設(shè)置區(qū)間通過信號機(jī)的線路，需要控制區(qū)間信號機(jī)點燈研發(fā)過程（1）自2002年ZPW－2000A軌道電路鑒定以來，為實現(xiàn)計算機(jī)編碼進(jìn)行了一系列工作

2002年7月開始，對預(yù)留的CAN總線通信接口進(jìn)行完善，并以增加通信盤，管理機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備，實現(xiàn)與外部的統(tǒng)一接口

2002年9月～2003年10月，與上海廠合作完成改進(jìn)機(jī)架形式的軌道電路試制，并進(jìn)行了室內(nèi)試驗

2002年8月～2006年6月，實現(xiàn)繼電器接口方式的計算編碼，在北京地鐵實現(xiàn)連續(xù)近四年的試驗

2004年1月～2005年3月，與北信廠合作19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜形式設(shè)備試制，并進(jìn)行了室內(nèi)試驗2004年4月～2004年11月，與西門子合作，繼電器接口方式的計算機(jī)編碼，并完成聯(lián)調(diào)試驗

2005年1月，與北信廠合作既有機(jī)架形式的設(shè)備試制，并完成室內(nèi)試驗，實現(xiàn)與既有線列控中心聯(lián)調(diào)，完成與基于K5B的列控中心的聯(lián)調(diào)研發(fā)過程（2）配合ZPW－2000A軌道電路工作對列控中心和計算機(jī)編碼技術(shù)進(jìn)行研究

2002年6月至今，ZPW－2000A軌道電路鑒定后，以地鐵ATP數(shù)字軌道電路編碼為基礎(chǔ)，借鑒秦沈線的方式，開始研究計算機(jī)編碼技術(shù)

2002年8月～2004年10月，完成基于DS6－11的雙機(jī)熱備計算機(jī)平臺的列控中心，實現(xiàn)室內(nèi)聯(lián)調(diào)，并在地鐵進(jìn)行現(xiàn)場試驗

2004年1月～2006年4月，完成基于K5B－MC計算機(jī)平臺的列控中心，并實現(xiàn)與軌道電路的室內(nèi)聯(lián)調(diào)

2005年5月～2005年10月，完成基于既有線列控中心平臺的計算機(jī)編碼，并完成室內(nèi)聯(lián)調(diào)試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能根據(jù)軌道電路提供的基礎(chǔ)信息，產(chǎn)生軌道占用信息計算控制范圍內(nèi)各個閉塞分區(qū)，前方閉塞分區(qū)數(shù)，并通過軌道電路低頻碼，傳送給車載設(shè)備根據(jù)列車進(jìn)路、信號顯示、區(qū)間狀態(tài)，控制站內(nèi)軌道電路低頻發(fā)碼根據(jù)區(qū)間方向、列車進(jìn)路，控制軌道電路方向繼電器根據(jù)軌道電路低頻信息，控制區(qū)間通過信號機(jī)點燈為微機(jī)聯(lián)鎖提供軌道占用信息為鄰站列控中心提供編碼用邊界條件硬件平臺（1）硬件平臺（2）計算機(jī)編碼技術(shù)的研究－接口實現(xiàn)概述與軌道電路接口與LEU（CTC分機(jī)、非K5B聯(lián)鎖）接口非數(shù)據(jù)通信方式接口

125MLAN接口概述（1）序號名稱接口類型屬性1與軌道電路接口CAN總線安全通信接口2與LEU接口RS422或電子終端安全通信接口3非數(shù)據(jù)通信接口方式電子終端安全通信接口4與相鄰列控中心接口125MLAN安全通信接口5與分（主）列控中心接口125MLAN安全通信接口6與車站聯(lián)鎖接口125MLAN或RS422安全通信接口7與CTC車站分機(jī)接口RS422非安全通信接口8與微機(jī)監(jiān)測接口CAN或RS422非安全通信接口概述（2）與軌道電路接口（1）采用安全通信協(xié)議信息編碼采用冗余編碼方式，增加碼距；數(shù)據(jù)幀中，除CAN通信控制器的16位CRC校驗外，對每個數(shù)據(jù)包增加16位CRC校驗；在數(shù)據(jù)幀中增加隨機(jī)碼，保證數(shù)據(jù)更新；

CPU1和CPU2采用不同通信地址，其數(shù)據(jù)分別傳送，由接收端對分別接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理；通信邏輯地址冗余設(shè)計，編碼發(fā)送采用點對點；雙CPU采用不同的設(shè)備地址線，設(shè)備地址線有校驗。與軌道電路接口（2）與LEU（CTC分機(jī)、非K5B聯(lián)鎖）接口非數(shù)據(jù)通信接口方式（1）非數(shù)據(jù)通信接口方式（2）非數(shù)據(jù)通信接口方式（3）125MLAN接口編碼原則（1）序號信息名稱頻率Hz含義F1H碼29.0要求立即采取緊急停車措施F2B碼27.9表示按站間閉塞反向運(yùn)行，機(jī)車信號機(jī)顯示一個白色閃光燈光F3HU碼26.8要求及時采取停車措施F4L7碼25.7準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方9個及以上閉塞分區(qū)空閑F5HB碼24.6表示列車接近的進(jìn)站或接車進(jìn)路信號機(jī)開放引導(dǎo)信號或通過信號機(jī)顯示容許信號F6L4碼23.5準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方6個閉塞分區(qū)空閑F7L6碼22.4準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方8個及以上閉塞分區(qū)空閑F8L5碼21.3準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方7個閉塞分區(qū)空閑F9U2S碼20.2要求列車減速到規(guī)定的速度等級越過接近的地面信號機(jī)，并預(yù)告次一架地面信號機(jī)顯示一個黃色閃光和一個黃色燈光編碼原則（2）序號信息名稱頻率Hz含義F10UUS碼19.1要求列車限速運(yùn)行（默認(rèn)限速值：80km/h），表示列車接近的地面信號機(jī)開放經(jīng)18號及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路，且次一架信號機(jī)開放經(jīng)道岔的直向或18號及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路；或表示列車接近設(shè)有分歧道岔線路所的地面信號機(jī)開放經(jīng)18號及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路F11UU碼18.0要求列車限速運(yùn)行（默認(rèn)限速值：45km/h），表示列車接近的地面信號機(jī)開放經(jīng)道岔側(cè)向位置的進(jìn)路F12U碼16.9要求列車減速到規(guī)定的速度等級越過接近的地面信號機(jī)，表示運(yùn)行前方1個閉塞分區(qū)空閑F13LU2碼15.8要求列車減速到規(guī)定的速度等級越過接近的地面信號機(jī)，并預(yù)告次一架地面信號機(jī)顯示一個黃色燈光F14U2碼14.7要求列車減速到規(guī)定的速度等級越過接近的地面信號機(jī)，并預(yù)告次一架地面信號機(jī)顯示兩個黃色燈光編碼原則（3）序號信息名稱頻率Hz含義F15LU碼13.6準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度注意運(yùn)行，表示運(yùn)行前方2個閉塞分區(qū)空閑F16L2碼12.5準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方4個閉塞分區(qū)空閑F17L碼11.4準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方3個閉塞分區(qū)空閑F18L3碼10.3準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方5個閉塞分區(qū)空閑編碼原則（4）追蹤運(yùn)行編碼原則（5）機(jī)外停車編碼原則（6）正線停車編碼原則（7）側(cè)線接車（12號道岔）編碼原則（8）側(cè)線接車（18號道岔）編碼原則（9）正線發(fā)車編碼原則（10）側(cè)線發(fā)車（12號道岔）編碼原則（11）側(cè)線發(fā)車（18號道岔）計算機(jī)編碼技術(shù)的研究－系統(tǒng)特點安全性可靠性可維護(hù)性工程設(shè)計工程施工工程造價安全性（1）計算機(jī)編碼基于2×2取2的高可靠安全型專用計算機(jī)平臺，單系統(tǒng)為總線同步比較的故障－安全雙重CPU

總線比較器以時鐘為單位，對雙重CPU的處理經(jīng)過、處理結(jié)果進(jìn)行對照檢查，可以做到對CPU及周邊器件故障的早期發(fā)現(xiàn)，屏蔽對外輸出或停止CPU動作，對輸出做安全側(cè)處理。處理器以一定周期執(zhí)行所有的處理，必要的硬件資源在規(guī)定的周期內(nèi)會全部被訪問到，對外部的輸入和輸出在規(guī)定的周期內(nèi)全部進(jìn)行更新，軟件在執(zhí)行過程中將輸出交變的定時監(jiān)視信號WDT，標(biāo)志所有處理按照規(guī)定周期正確執(zhí)行

WDT信號接受故障－安全驅(qū)動電路（FSD）監(jiān)視安全性（2）軟件診斷程序，對總線比較器檢查不使用的部分（如未使用的內(nèi)存等），以及實現(xiàn)故障－安全功能，和完成冗余系統(tǒng)管理用到的特定的硬件資源進(jìn)行診斷監(jiān)視?？偩€比較器在雙重CPU比較一致時輸出交變信號。發(fā)生不一致時，停止輸出交變信號。故障－安全驅(qū)動電路對總線比較器輸出的交變信號和WDT交變信號進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)有一方停止變化時，將從物理上（切斷輸出電路電源）屏蔽對外輸出。對輸入信息以單重故障為單位進(jìn)行故障檢測，發(fā)現(xiàn)異常時，對該裝置的輸入信息做固定為“0”的安全側(cè)處理安全性（3）

系統(tǒng)設(shè)備具有自檢測和安全檢查程序。檢測程序在系統(tǒng)初始化時對系統(tǒng)的資源進(jìn)行檢測，運(yùn)行中對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信和輸入輸出接口工作狀態(tài)進(jìn)行測試。安全檢查程序?qū)?yīng)用程序任務(wù)模塊的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對關(guān)鍵信息代碼的合法性進(jìn)行檢查。發(fā)生錯誤給出報警和錯誤指示，停止執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，直到停止運(yùn)行單機(jī)的應(yīng)用軟件對以不同方式得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行與處理，保證輸入數(shù)據(jù)的安全性與安全行車有關(guān)的信息在主機(jī)內(nèi)部采用冗余編碼方式存儲，在自由狀態(tài)下安全側(cè)碼與非安全側(cè)碼出現(xiàn)的比率不小于255:1

通信傳輸中采用冗余編碼、正反碼多重傳輸控制和CRC校驗等多種手段，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘玫匠浞直ＷC。

可靠性（1）硬件運(yùn)行平臺選用2×2取2的高可靠專用計算機(jī)平臺，該平臺中安全性計算機(jī)、輸入輸出接口、系統(tǒng)內(nèi)通信接口、系統(tǒng)間通信接口，均為二重冗余設(shè)計。為保證單系統(tǒng)設(shè)備的高可靠性，對元器件的選擇和使用進(jìn)行控制，提高印制電路板的加工質(zhì)量，嚴(yán)格控制設(shè)備生產(chǎn)的工藝、流程和檢驗。

采用降額設(shè)計，保證元器件或設(shè)備工作時所承受的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谠骷蛟O(shè)備的額定值，從而達(dá)到降低故障率，提供可靠性。進(jìn)行完善的結(jié)構(gòu)和熱設(shè)計，減少環(huán)境限制（例如：加裝空調(diào)），保證設(shè)備運(yùn)行于良好的環(huán)境。

可靠性（2）使用成熟、可靠的操作系統(tǒng)作為軟件平臺；計算機(jī)編碼軟件開發(fā)，運(yùn)用軟件工程方法，嚴(yán)格控制軟件開發(fā)流程，按照軟件工程規(guī)范執(zhí)行軟件文檔的編制和審核，提高軟件質(zhì)量；計算機(jī)編碼軟件做到模塊化、結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，并采用計算機(jī)輔助設(shè)計工具生成工程數(shù)據(jù)，減少人工輸入造成的錯誤。變更線路不需要修改軟件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，保證軟件的穩(wěn)定性；使用成熟可靠的編譯器，選用可信的編程語言，制定并遵循統(tǒng)一的編程規(guī)則建立完整的軟件測試系統(tǒng)，對應(yīng)用軟件進(jìn)行全面系統(tǒng)的測試

可維護(hù)性

設(shè)置檢測維護(hù)終端，對系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實時監(jiān)視檢測維護(hù)終端具有實時顯示、報警、記錄、歷史恢復(fù)、統(tǒng)計分析、維修建議等功能檢測維護(hù)終端可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測功能檢測維護(hù)終端可以通過RS422或CAN總線與集中監(jiān)測實現(xiàn)接口降低維護(hù)難度，實現(xiàn)板級更換維修所有連接線，均采用插接、壓接方式工程設(shè)計大大降低工程設(shè)計的工作量采用自動＋人工測試的方法，降低設(shè)計審核的工作量提高工程設(shè)計的質(zhì)量簡化閉塞系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口為使用站內(nèi)一體化軌道電路，全線區(qū)段有碼降低難度工程施工降低室內(nèi)工程施工工作量和難度提高工程開通的效率

設(shè)備占用空間大大減少大量采用標(biāo)準(zhǔn)件，采用插接、壓接技術(shù)，降低對施工人員的要求，減少施工所使用的設(shè)備工程造價可以在一定程度上節(jié)省工程造價取消站間聯(lián)系電纜，采用光纖通信進(jìn)行站間聯(lián)系節(jié)省一定的房屋空間和