地鐵屏蔽門便攜測試儀實(shí)現(xiàn)方案初探

地鐵屏蔽門 (PSD)是安裝于地鐵站臺(tái)邊緣、在軌道與站臺(tái)公共區(qū)域之間提供安全可靠地隔離、由一系列自動(dòng)控制的滑動(dòng)門組成的屏障。地鐵信號(hào)ATC系統(tǒng)通過發(fā)出“開門”和“關(guān)門”信號(hào)命令控制列車車門和屏蔽門，實(shí)現(xiàn)屏蔽門和列車車門同步動(dòng)作。屏蔽門能夠防止危及行車安全、乘客生命財(cái)產(chǎn)安全的事故發(fā)生。

1 問題的提出

目前我國各地城市軌道交通系統(tǒng)集成了不同制造廠商的設(shè)備，制式也各不相同，如:引進(jìn)的SIEMENS(西門子交通技術(shù)集團(tuán))、美國US＆S、英國WSL(西屋信號(hào)公司)、法國ALSTON等公司的設(shè)備;國內(nèi)的如北京交大、CASCO公司、通號(hào)總公司、和利時(shí)公司等。設(shè)備和制式的多樣性給運(yùn)營維護(hù)工作帶來了不便，同時(shí)設(shè)備備品、備件和測試設(shè)備的種類繁多也制約了城市軌道交通的運(yùn)營質(zhì)量。因此有必要深入研究各種制式和設(shè)備，開發(fā)出自主的測試設(shè)備。

目前，對(duì)于車載ATP/ATO設(shè)備是否正常的測試一般在試車線上進(jìn)行，對(duì)于某一車站的ATP/ATO設(shè)備的開通測試或運(yùn)營后的測試，一般調(diào)用實(shí)際列車，利用車載ATP/ATO設(shè)備模擬測試儀表進(jìn)行測試。這樣做既不經(jīng)濟(jì)又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)干擾正常行車。為了改變這種情況，可以開發(fā)一些便攜測試儀器儀表。

本文針對(duì)地鐵系統(tǒng)的屏蔽門子系統(tǒng)的測試工作要求，以SIEMENS地鐵屏蔽門控制設(shè)備為例，探討便攜式地鐵屏蔽門測試設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案。

2 西門子屏蔽門控制原理

當(dāng)列車到達(dá)車站時(shí)，ATP/ATO車載單元通過車載PTI天線向屏蔽門發(fā)出“打開”或“關(guān)閉”信號(hào)，信號(hào)經(jīng)地面PTI環(huán)線或地面接收天線接收，送至PTI MUX(即PTI室內(nèi)IMU100設(shè)備)，IMU100對(duì)接收的信息進(jìn)行處理，產(chǎn)生屏蔽門控制信號(hào)，控制站臺(tái)屏蔽門的“打開”或“關(guān)閉”，同時(shí)軌旁ATP計(jì)算機(jī)采集屏蔽門的狀態(tài)，以ATP報(bào)文形式由FTGS軌道電路發(fā)送給列車，產(chǎn)生列車運(yùn)行指示。PTI與PSD的接口及信號(hào)流向如圖1所示。

圖1 PTI與PSD接口示意圖

3 西門子PSD控制信號(hào)的分析

從圖1可知，在整個(gè)SIEMENS屏蔽門控制過程中，車-地之間的信息傳輸是整個(gè)控制的連接紐帶。從SIEMENS提供的維護(hù)說明可知，車載ATP/ATO通過車載PTI天線向地面?zhèn)鬏數(shù)男盘?hào)為850 kHz的調(diào)頻信號(hào)。為了分析該信號(hào)，采用高速采集設(shè)備對(duì)車載ATP/ATO設(shè)備的開門、關(guān)門信號(hào)進(jìn)行采集，采集的10μs原始信號(hào)片段如圖2所示。

圖2 車載ATP/ATO設(shè)備輸出的PSD控制信號(hào)圖

采用MATLAB對(duì)圖2采集信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 車載ATP/ATO設(shè)備輸出的PSD控制信號(hào)解調(diào)圖

通過對(duì)采集的信號(hào)分析，車載ATP/ATO發(fā)送的PSD控制文本具有以下特征。

1．信號(hào)載頻頻率為850 kHz，調(diào)制頻偏為26 kHz。每一條開門或關(guān)門命令由3幀數(shù)據(jù)組成，每幀數(shù)據(jù)長約2 ms，每幀數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送約100 ms，3幀數(shù)據(jù)形成循環(huán)依次發(fā)送。

2．解調(diào)后的PSD控制報(bào)文原始信息中的一幀數(shù)據(jù)如下:846位 “0”、188位 “1”、282位“0”、188位 “1”、188位 “0”、376位 “1”、564位 “0”、752位 “1”、376位 “0”、……、376位“0”、188位 “1”、188位 “0”和282位 “1”。

3．PSD控制報(bào)文信息包括:開關(guān)屏蔽門命令、列車的車次號(hào)、司機(jī)代碼、目的地碼、列車車底碼等與運(yùn)營相關(guān)的信息。

4．PSD控制報(bào)文必須持續(xù)動(dòng)態(tài)更新才能保證控制命令正常輸出，PTIMUX最大的容錯(cuò)時(shí)間為1 s，PSD控制報(bào)文超過1 s未動(dòng)態(tài)更新或輸出，PTIMUX將結(jié)束PSD控制命令輸出。

4 PSD便攜測試儀的實(shí)現(xiàn)方案

根據(jù)對(duì)SIEMENS地鐵系統(tǒng)車載ATP/ATO設(shè)備屏蔽門控制原理和PSD控制信號(hào)分析，設(shè)計(jì)一款便攜式測試儀代替車載ATP/ATO設(shè)備，模擬產(chǎn)生開門、關(guān)門信號(hào)。PSD便攜測試儀的組成框圖如圖4虛線框所示。

PSD便攜測試儀由控制板、人機(jī)操作界面(MMI)、PTI發(fā)送天線、LZB接收天線 (可選)4部分組成。便攜測試儀控制板根據(jù)PSD控制報(bào)文產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，調(diào)頻信號(hào)經(jīng)高速DA輸出到PTI發(fā)送天線;PTI發(fā)送天線利用既有車載PTI發(fā)送天線，用來發(fā)送PSD控制調(diào)頻信號(hào);人機(jī)操作界面由5.7吋LCD和工控板組成，實(shí)現(xiàn)屏蔽門測試時(shí)的人機(jī)交互操作;可選的LZB接收天線實(shí)現(xiàn)接收軌道電路中傳輸?shù)腁TP報(bào)文，LZB接收天線采用既有的車載LZB接收天線。

圖4 PSD便攜測試儀組成及原理框圖

PSD測試儀控制板基于TI公司TMS320DM6437數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制板的原理框圖如圖5所示。

控制板采用TMS320DM6437數(shù)字信號(hào)處理器，該芯片峰值運(yùn)算能力高達(dá)5600MIPS，完全勝任PSD控制信號(hào)的產(chǎn)生和高速輸出要求;高速DAC用于輸出850kHz調(diào)頻信號(hào);MAX3232進(jìn)行串行通信電平轉(zhuǎn)換，提供與測試儀人機(jī)操作界面的通信接口;預(yù)留高速ADC對(duì)LZB接收天線信號(hào)進(jìn)行高速采樣，用來獲得PSD的狀態(tài)信息。

圖5 PSD便攜測試儀控制板原理框圖

PSD便攜測試儀的工作原理為:MMI選擇測試命令——開左門、開右門、開左右門、關(guān)門命令、選擇PSD報(bào)文信息調(diào)制方式 (如MSK、FM、ASK等)，并將命令信息通過串口下傳到控制板，控制板根據(jù)接收到的命令，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)PSD控制報(bào)文的波形信息，這些波形信息通過高速DAC循環(huán)輸出到PTI發(fā)送天線。PSD測試儀可以自動(dòng)確認(rèn)車站被測試PSD設(shè)備是否正常，通過增加可選的LZB接收天線，接收軌道電路疊加傳輸?shù)腁TP報(bào)文，從接收的ATP報(bào)文中獲得車站PSD狀態(tài)，若PSD狀態(tài)與測試發(fā)送命令要求一致，則車站PSD控制正常。

5 應(yīng)用前景

目前我國各城市使用的地鐵控制系統(tǒng)設(shè)備制式多樣，但不管PSD控制報(bào)文采用何種調(diào)制方式，只要根據(jù)具體的車載ATP/ATO設(shè)備，選擇對(duì)應(yīng)的PSD控制信號(hào)的算法和疊加的ATP報(bào)文解調(diào)算法，可以適應(yīng)各種地鐵屏蔽門子系統(tǒng)測試的要求。［1］ Maintenance Manual IMU 100 － PTI MUX．SIEMENS.2004，3．

［2］ LZB 700M列車自動(dòng)控制車載單元維護(hù)手冊(cè)．SIEMENS．2002．

［3］ TMS320DM6437 Digital Media Processor．Texas Instru

ments．2008，7．

(責(zé)任編輯:張 利)