有源應答器監測裝置

朱衛華 張 奇 張建平

隨著高速鐵路的不斷發展，大量動車組投入日常運營，列車運行間隙逐漸縮短，對信號設備的可靠度要求不斷增高。應答器是列控系統控車數據的主要來源，特別是進、出站口的有源應答器數據，由于包含臨時限速信息，其數據的可靠性與安全性直接決定著動車組的安全。因此結合列控設備對進、出站口有源應答器進行監測，達到故障的預判斷和處理。

按照鐵道部計劃司、運輸局 《關于加快安裝有源應答器監測裝置有關要求的通知》［2008］0141號的要求，全路既有C2級列控區段均需要安裝有源應答器監測裝置，從而加強對有源應答器通道和臨時限速命令進行監測和校核。為滿足用戶需求，西門子信號有限公司結合既有應答器和車載設備產品技術經驗，成立聯合研發小組，完成了產品的開發和設計工作。

1 監測裝置構成

有源應答器監測裝置 （縮寫TBM）主要由室內主機、室外終端、天線和監測軟件4部分構成，如圖1所示。通過安裝在應答器底部的天線，發送27MHz能量信號，從而激活應答器，讀取報文后將報文傳送給室內設備，由室內設備將報文內的關鍵數據與TDCS／CTC數據相比較，并將比較結果反饋給TDCS／CTC和微機監測系統。

圖1 監測裝置構成

1．室內主機安裝在室內，采用19英寸3U的標準插件箱，自左至右依次為邏輯板、CPU板、電源板和終端控制板。負責采集站內聯鎖的繼電器狀態，結合預設的監測機制，適時通過供電電纜和數據電纜，分別給室外終端供電和發送啟動查詢指令，完成監測動作。

2．室外終端安裝在軌旁箱中，由數字板、模擬板和電源板構成。平時處于斷電狀態，當室內主機對其供電后，處于待機狀態，接收室內主機的查詢命令，并且根據命令對指定天線發送27MHz的能量信號，從而激活應答器完成報文的解碼工作，最終室外終端將讀取到的報文傳輸給室內主機。室內主機接收到報文后，切斷室外終端的供電電源。

3．天線安裝在有源應答器底部，是無線發射和接收單元。

4．監測軟件安裝在室內工控機內，通過串口連接室內主機的監測端口。監測軟件可以直觀的顯示設備狀態和監測結果。使用手動監測功能可以即時對指定應答器進行監測；使用報文回放功能，可以查看讀取報文的歷史記錄和報文的詳細內容。

2 主要功能

1．接收有源應答器報文，根據報文內M＿MCOUNT變量值判斷其工作狀態。

2．接收臨時限速命令，按照一定的邏輯關系和時機，校核臨時限速報文。

3．將有源應答器工作狀態、臨時限速命令的校核結果傳送給TDCS／CTC、微機監測系統。

4．監測裝置本身出現故障，及時將故障信息傳送至TDCS／CTC、微機監測系統。

5．監測裝置與TDCS／CTC系統、微機監測系統通信中斷后，能在各系統中分別輸出報警提示信息。

6．具有監視、記錄、日志、自檢、自診斷功能及故障報警提示功能。

3 監測時機

監測時機由站內聯鎖信息和信號開放狀態決定。當接收到由TDCS／CTC發送的臨時限速命令后，對發車方向的有源應答器進行讀取、校核；當進站信號開放時，對接車方向的有源應答器進行讀取、校核。平時對有源應答器進行周期監測，測試應答器、電纜、LEU工作狀態。

室內主機對室外終端供電5s即可完成對一個應答器的監測。同時室內主機采集站內聯鎖信息，在列車接近有源應答器前30s，禁止自動監測和手動監測功能，確保室外終端處于斷電狀態，不能進行監測。

4 關鍵技術

4．1 天線切換設計

室內主機采取分時依次監測的方式，對各個有源應答器進行監測。而且，進站口有源應答器和反向進站有源應答器在安裝位置上比較接近 （出站口也相同），因此對于以上車站可以采取如圖2所示的切換電路，來降低終端使用數量。增加切換電路使得一個終端可以連接多個天線，具體監測哪個有源應答器由室內主機發送命令進行選擇。此方法可以節省終端數量，降低設備成本。

圖2 天線切換設計

可以使用繼電器來實現切換，如圖3所示。默認情況下，主機監測Ant1對應的應答器；當發出繼電器切換信號時，主機監測Ant2對應的應答器。使用切換電路和控制電路完成了對天線的選擇。

圖3 天線選擇

4．2 室內室外通信設計

室內主機需要對室外終端進行供電，并且與室外終端交換數據。供電電纜可以使用普通的雙絞線，站內電纜槽內一般情況下都會有備用電纜，因此不用重新鋪設。依據 《應答器技術條件》LEU到有源應答器的最大距離為3．5km，為最大程度的節省施工成本，通信電纜需要結合通信距離進行優化選擇。

當通信距離小于2km時，可以使用電力載波進行數據通信。該方法采用FSK調制技術，信號或數據用50～350kHz之間的載波頻率進行調頻，利用現成的電力線路 （包括低壓電力線和中壓、高壓電力線）或者其他線路進行數據傳送。它的最大優點是使供電電纜和通信電纜合并，不需要新鋪通信線路，不占用無線通信頻道，從而降低施工成本。但電力線數據載波容易受到外界干擾，通信距離大于2km后無法保證通信數據的準確性，因此當通信距離小于2km時，推薦使用電力載波通信方式。

當通信距離大于2km時，可以使用光纖通信方式。光纖通信是利用光波在光導纖維中傳輸信息，具有通信容量大、傳輸距離遠的優點。但是站內一般沒有備用的光纜，需要重新鋪設光纜，對于既有站點，工程施工量大，施工費用高。

隨著現場總線通信方式的不斷發展，為解決長距離通信提供了可能。LonWorks總線是近年來迅速發展的一種工業數據總線，一些芯片廠商推出了基于LonWorks總線的電力線傳輸芯片，同時支持雙絞線、同軸電纜、電源線等多種通信介質。筆者參與研發的TBM產品即配備不同類型的通信板從而滿足現場各種總線和距離的要求。

5 應用前景

目前，西門子信號有限公司與總部聯合研發的監測裝置樣機已經完成了功能試驗和型式試驗，正在信號演示區進行模擬運行試驗，并積極聯系用戶進行上道試驗的準備工作。

有源應答器監測可以對應答器報文和臨時限速進行閉環反饋，對于消除安全隱患十分必要。裝置采用非接觸式的監測方式，在監測設備自身故障的情況下，不會對被監測設備造成影響。其功能和機制優于現有的有源應答器斷纜監測模塊。如果能與微機監測系統或列控系統進行集成，將監測裝置納入相應的系統中，則能最大程度上代替人工檢查，做到故障預判斷、預處理，消除設備故障導致的行車安全隱患。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．科技運［2008］144號．CTCS－3級列控系統應答器應用原則［S］．2008．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．運基信號［2008］63號．有源應答器監測裝置技術條件（暫行）［S］．2008．

［3］ 中華人民共和國鐵道部．科技運［2004］114號．應答器技術條件（暫行）［S］．2004．

［4］ 王立文，趙紅衛．LonWorks技術在鐵路行業的應用［J］．鐵道機車車輛，2009．