ZPW-2000A軌道電路

計(jì)算機(jī)編碼技術(shù)北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院2006年08月

CTCS2列控系統(tǒng)

計(jì)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(yàn)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(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)。面向提速干線(xiàn)和高速新線(xiàn)，采用車(chē)-地一體化設(shè)計(jì)。適用于各種限速區(qū)段，地面可不設(shè)通過(guò)信號(hào)機(jī)，機(jī)車(chē)乘務(wù)員憑車(chē)載信號(hào)行車(chē)。系統(tǒng)構(gòu)成工作原理地面列控中心通過(guò)軌道電路檢查列車(chē)對(duì)軌道的占用及完整性，并根據(jù)軌道占用、列車(chē)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(xiàn)路參數(shù)通過(guò)軌道電路＋點(diǎn)式應(yīng)答器發(fā)送至列車(chē)，列控車(chē)載設(shè)備通過(guò)對(duì)運(yùn)行許可信息的處理，產(chǎn)生連續(xù)速度監(jiān)控曲線(xiàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控列車(chē)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(chē)進(jìn)路、限速、邊界條件等信息，確定各列車(chē)運(yùn)行許可信息，并通過(guò)軌道電路+點(diǎn)式應(yīng)答器實(shí)時(shí)傳送給管內(nèi)各在線(xiàn)運(yùn)行列車(chē)軌道電路：

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

應(yīng)答器：

為車(chē)載提供一個(gè)完整制動(dòng)距離范圍內(nèi)的線(xiàn)路信息、臨時(shí)限速及軌道電路信息；向移動(dòng)列車(chē)提供其準(zhǔn)確的位置信息；計(jì)算機(jī)編碼技術(shù)的研究概述研發(fā)過(guò)程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能硬件平臺(tái)接口實(shí)現(xiàn)編碼原則系統(tǒng)特點(diǎn)概述

軌道電路計(jì)算機(jī)編碼技術(shù)應(yīng)該在列控中心中實(shí)現(xiàn)列控中心與軌道電路通過(guò)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(jì)算機(jī)編碼方式時(shí)，可以取消軌道繼電器按照車(chē)站管轄范圍，將全線(xiàn)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(guò)通信方式傳輸邊界信息計(jì)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(guò)信號(hào)機(jī)的線(xiàn)路，需要控制區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈研發(fā)過(guò)程（1）自2002年ZPW－2000A軌道電路鑒定以來(lái)，為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編碼進(jìn)行了一系列工作

2002年7月開(kāi)始，對(duì)預(yù)留的CAN總線(xiàn)通信接口進(jìn)行完善，并以增加通信盤(pán)，管理機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與外部的統(tǒng)一接口

2002年9月～2003年10月，與上海廠(chǎng)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(yàn)

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

2004年1月～2005年3月，與北信廠(chǎng)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(yàn)2004年4月～2004年11月，與西門(mén)子合作，繼電器接口方式的計(jì)算機(jī)編碼，并完成聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

2005年1月，與北信廠(chǎng)合作既有機(jī)架形式的設(shè)備試制，并完成室內(nèi)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)與既有線(xiàn)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(guò)程（2）配合ZPW－2000A軌道電路工作對(duì)列控中心和計(jì)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(xiàn)的方式，開(kāi)始研究計(jì)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(jì)算機(jī)平臺(tái)的列控中心，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)聯(lián)調(diào)，并在地鐵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2004年1月～2006年4月，完成基于K5B－MC計(jì)算機(jī)平臺(tái)的列控中心，并實(shí)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(xiàn)列控中心平臺(tái)的計(jì)算機(jī)編碼，并完成室內(nèi)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)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(jì)算控制范圍內(nèi)各個(gè)閉塞分區(qū)，前方閉塞分區(qū)數(shù)，并通過(guò)軌道電路低頻碼，傳送給車(chē)載設(shè)備根據(jù)列車(chē)進(jìn)路、信號(hào)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(chē)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(guò)信號(hào)機(jī)點(diǎn)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(tái)（1）硬件平臺(tái)（2）計(jì)算機(jī)編碼技術(shù)的研究－接口實(shí)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(hào)名稱(chēng)接口類(lèi)型屬性1與軌道電路接口CAN總線(xiàn)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(chē)站聯(lián)鎖接口125MLAN或RS422安全通信接口7與CTC車(chē)站分機(jī)接口RS422非安全通信接口8與微機(jī)監(jiān)測(cè)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(yàn)外，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包增加16位CRC校驗(yàn)；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(duì)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(jì)，編碼發(fā)送采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)；雙CPU采用不同的設(shè)備地址線(xiàn)，設(shè)備地址線(xiàn)有校驗(yàn)。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(hào)信息名稱(chēng)頻率Hz含義F1H碼29.0要求立即采取緊急停車(chē)措施F2B碼27.9表示按站間閉塞反向運(yùn)行，機(jī)車(chē)信號(hào)機(jī)顯示一個(gè)白色閃光燈光F3HU碼26.8要求及時(shí)采取停車(chē)措施F4L7碼25.7準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方9個(gè)及以上閉塞分區(qū)空閑F5HB碼24.6表示列車(chē)接近的進(jìn)站或接車(chē)進(jìn)路信號(hào)機(jī)開(kāi)放引導(dǎo)信號(hào)或通過(guò)信號(hào)機(jī)顯示容許信號(hào)F6L4碼23.5準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方6個(gè)閉塞分區(qū)空閑F7L6碼22.4準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方8個(gè)及以上閉塞分區(qū)空閑F8L5碼21.3準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方7個(gè)閉塞分區(qū)空閑F9U2S碼20.2要求列車(chē)減速到規(guī)定的速度等級(jí)越過(guò)接近的地面信號(hào)機(jī)，并預(yù)告次一架地面信號(hào)機(jī)顯示一個(gè)黃色閃光和一個(gè)黃色燈光編碼原則（2）序號(hào)信息名稱(chēng)頻率Hz含義F10UUS碼19.1要求列車(chē)限速運(yùn)行（默認(rèn)限速值：80km/h），表示列車(chē)接近的地面信號(hào)機(jī)開(kāi)放經(jīng)18號(hào)及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路，且次一架信號(hào)機(jī)開(kāi)放經(jīng)道岔的直向或18號(hào)及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路；或表示列車(chē)接近設(shè)有分歧道岔線(xiàn)路所的地面信號(hào)機(jī)開(kāi)放經(jīng)18號(hào)及以上道岔側(cè)向位置進(jìn)路F11UU碼18.0要求列車(chē)限速運(yùn)行（默認(rèn)限速值：45km/h），表示列車(chē)接近的地面信號(hào)機(jī)開(kāi)放經(jīng)道岔側(cè)向位置的進(jìn)路F12U碼16.9要求列車(chē)減速到規(guī)定的速度等級(jí)越過(guò)接近的地面信號(hào)機(jī)，表示運(yùn)行前方1個(gè)閉塞分區(qū)空閑F13LU2碼15.8要求列車(chē)減速到規(guī)定的速度等級(jí)越過(guò)接近的地面信號(hào)機(jī)，并預(yù)告次一架地面信號(hào)機(jī)顯示一個(gè)黃色燈光F14U2碼14.7要求列車(chē)減速到規(guī)定的速度等級(jí)越過(guò)接近的地面信號(hào)機(jī)，并預(yù)告次一架地面信號(hào)機(jī)顯示兩個(gè)黃色燈光編碼原則（3）序號(hào)信息名稱(chēng)頻率Hz含義F15LU碼13.6準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度注意運(yùn)行，表示運(yùn)行前方2個(gè)閉塞分區(qū)空閑F16L2碼12.5準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方4個(gè)閉塞分區(qū)空閑F17L碼11.4準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方3個(gè)閉塞分區(qū)空閑F18L3碼10.3準(zhǔn)許列車(chē)按規(guī)定速度運(yùn)行，表示運(yùn)行前方5個(gè)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(chē)編碼原則（6）正線(xiàn)停車(chē)編碼原則（7）側(cè)線(xiàn)接車(chē)（12號(hào)道岔）編碼原則（8）側(cè)線(xiàn)接車(chē)（18號(hào)道岔）編碼原則（9）正線(xiàn)發(fā)車(chē)編碼原則（10）側(cè)線(xiàn)發(fā)車(chē)（12號(hào)道岔）編碼原則（11）側(cè)線(xiàn)發(fā)車(chē)（18號(hào)道岔）計(jì)算機(jī)編碼技術(shù)的研究－系統(tǒng)特點(diǎn)安全性可靠性可維護(hù)性工程設(shè)計(jì)工程施工工程造價(jià)安全性（1）計(jì)算機(jī)編碼基于2×2取2的高可靠安全型專(zhuān)用計(jì)算機(jī)平臺(tái)，單系統(tǒng)為總線(xiàn)同步比較的故障－安全雙重CPU

總線(xiàn)比較器以時(shí)鐘為單位，對(duì)雙重CPU的處理經(jīng)過(guò)、處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)照檢查，可以做到對(duì)CPU及周邊器件故障的早期發(fā)現(xiàn)，屏蔽對(duì)外輸出或停止CPU動(dòng)作，對(duì)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(huì)全部被訪(fǎng)問(wèn)到，對(duì)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(guò)程中將輸出交變的定時(shí)監(jiān)視信號(hào)WDT，標(biāo)志所有處理按照規(guī)定周期正確執(zhí)行

WDT信號(hào)接受故障－安全驅(qū)動(dòng)電路（FSD）監(jiān)視安全性（2）軟件診斷程序，對(duì)總線(xiàn)比較器檢查不使用的部分（如未使用的內(nèi)存等），以及實(shí)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€(xiàn)比較器在雙重CPU比較一致時(shí)輸出交變信號(hào)。發(fā)生不一致時(shí)，停止輸出交變信號(hào)。故障－安全驅(qū)動(dòng)電路對(duì)總線(xiàn)比較器輸出的交變信號(hào)和WDT交變信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)有一方停止變化時(shí)，將從物理上（切斷輸出電路電源）屏蔽對(duì)外輸出。對(duì)輸入信息以單重故障為單位進(jìn)行故障檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，對(duì)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(cè)和安全檢查程序。檢測(cè)程序在系統(tǒng)初始化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的資源進(jìn)行檢測(cè)，運(yùn)行中對(duì)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(cè)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(duì)關(guān)鍵信息代碼的合法性進(jìn)行檢查。發(fā)生錯(cuò)誤給出報(bào)警和錯(cuò)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(duì)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(chē)有關(guān)的信息在主機(jī)內(nèi)部采用冗余編碼方式存儲(chǔ)，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(yàn)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(tái)選用2×2取2的高可靠專(zhuān)用計(jì)算機(jī)平臺(tái)，該平臺(tái)中安全性計(jì)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(jì)。為保證單系統(tǒng)設(shè)備的高可靠性，對(duì)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(yàn)。

采用降額設(shè)計(jì)，保證元器件或設(shè)備工作時(shí)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(jì)，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(tái)；計(jì)算機(jī)編碼軟件開(kāi)發(fā)，運(yùn)用軟件工程方法，嚴(yán)格控制軟件開(kāi)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(jì)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(jì)，并采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具生成工程數(shù)據(jù)，減少人工輸入造成的錯(cuò)誤。變更線(xiàn)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(yǔ)言，制定并遵循統(tǒng)一的編程規(guī)則建立完整的軟件測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行全面系統(tǒng)的測(cè)試

可維護(hù)性

設(shè)置檢測(cè)維護(hù)終端，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視檢測(cè)維護(hù)終端具有實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警、記錄、歷史恢復(fù)、統(tǒng)計(jì)分析、維修建議等功能檢測(cè)維護(hù)終端可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能檢測(cè)維護(hù)終端可以通過(guò)RS422或CAN總線(xiàn)與集中監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)接口降低維護(hù)難度，實(shí)現(xiàn)板級(jí)更換維修所有連接線(xiàn)，均采用插接、壓接方式工程設(shè)計(jì)大大降低工程設(shè)計(jì)的工作量采用自動(dòng)＋人工測(cè)試的方法，降低設(shè)計(jì)審核的工作量提高工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量簡(jiǎn)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(xiàn)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(kāi)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(duì)施工人員的要求，減少施工所使用的設(shè)備工程造價(jià)可以在一定程度上節(jié)省工程造價(jià)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