FZL300車載板卡檢測系統的研制

李 智

(通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070)

1 系統架構、特點及功能組成

隨著全國地鐵線路開通里程的迅速增長，各地運營公司對信號系統的維護要求越來越高。就列車自動控制系統（Automatic Train Control，ATC）自身的功能組成而言，列車自動防護系統（Automatic Train Protection，ATP）、列車自動運 行 系 統（Automatic Train Operation，ATO）系統通過無線設備的通信，與列車自動監督系統（Automatic Train Supervision，ATS）、地面聯鎖系統（Computer Interlocking，CI）及區域控制器（Zone Controller，ZC）共同實現系統功能，并直接對列車的超速、車門狀態、列車退行等關鍵點進行防護，車載ATC單盤的穩定性直接關系到系統的可用性及用戶體驗。由于車載ATP設備涉及的板卡類型繁多且其電氣性能及功能各異。如何能夠迅速提升車載ATC產品的維護時效性及準確性，已經成為提高產品可用性的一大問題。

1.1 系統架構

車載ATC綜合測試系統根據待測設備的功能及接口特點，在系統結構設計上根據被測對象的功能特性，采用模塊化的設計理念，由電源系統、工控機、驅采單元、可編程儀表、測試母板及被測設備組成。根據待測對象的結構及電氣性能，對ATP/ATO及車地通信設備（Train to Wayside Communication，TWC）/應 答 器 傳 輸 模 塊（Balise Transfer Module，BTM）采取了獨立機柜設計。

ATP/ATO檢測平臺結構如圖1所示。

圖1 ATP/ATO檢測平臺Fig.1 ATP/ATO detection platform

TWC/BTM檢測平臺結構如圖2所示。

1.2 系統特點

為實現人身及設備的安全，電源系統使用雙重安全設計，由機箱式AC/DC模塊及空開陣列組成，用來實現AC 220 V到DC 110 V/DC 24 V的電源轉以及電源輸入保護。

為防止應答器天線電離輻射對人員的傷害，設計了電磁屏蔽柜，內置可旋轉安裝組件，在保證電磁隔離的同時，自動控制天線的扭轉角度，實現對功放板的功率測試。

圖2 TWC/BTM檢測平臺Fig.2 TWC/BTM detection platform

測試系統內的工控機運行測試軟件，接收用戶輸入的測試指令，根據測試對象及測試內容的不同，實現人機界面交互、中斷控制、測試結果的接收和判斷等測試功能，以及用戶管理、設備參數管理及測試記錄管理等通用功能。

驅采單元使用繼電器陣列實現指令接收與采集節點的可靠隔離及有效跳轉。

為實現有源器件的電壓、電流及頻率測量，保障測試結果的可信度及提高系統的可用性，采用可編程儀表（可編程萬用表、信號發生器、示波器），在上位機軟件內部實現測試指令的下達及測試數據的采集。

測試母板采用與待測單盤同平臺、同型號硬件設計的印制電路板，實現對被測對象的測試命令與測試數據的同步同頻傳輸。

1.3 功能組成及劃分

軟件流程如圖3所示。

1.4 功能劃分

檢測系統功能劃分如表1所示。

以對GSSAP平臺輸入板的數字電平通道測試的測試過程為例，描述針對該功能的設計方案；介紹對輸入板數字量輸入通道功能的測試。最后以實際送檢的輸入板測試為例，描述待測板卡的測試過程，并展示其實際測試結果。

圖3 軟件流程圖Fig.3 Software flow chart

表1 功能列表Tab.1 Function list

2 GSSAP平臺輸入板測試方案

2.1 輸入板性能指標

GSSAP平臺輸入板由輸入采集單元、比較單元及處理單元組成，兩套采集單元中，每個采集單元分別接收兩套隔離接口電路隔離后的輸入信息，進行抖動消除、穩定判定和脈沖計數后，分別將兩套表決結果傳輸至對應CPU，兩個CPU對采集數據進行安全處理并將結果通過SBP通信送給主控板。

輸入板性能指標如下：

采用RISC16位處理器，處理能力最大可到40 MIPS；

同時采樣24路電平輸入、6路電平脈沖輸入及2路差分脈沖輸入；

脈沖輸入工作頻率：0～10 kHz，占空比35%～65%；

輸入電平額定24 V時，高電平12 ～36 V有效，低電平0～5 V有效；

差分脈沖輸入，高電平A-B≥200 mV時有效，低電平A-B ≤-200 mV時有效；

獨立供電，額定隔離電壓≥500 V；

內部通信速率2 Mbit/s。

2.2 輸入板功能定義

以北京地鐵8號線為例，根據與車輛的接口要求，ATP需采集安全輸入（如鑰匙、門狀態、完整性等）、非安全輸入（開關左右門按鈕、折返按鈕、模式按鈕）。

以上功能由輸入1板完成。由于ATP需要對輸出量進行回采，回采的信號有安全輸出信號有（緊急制動、切除牽引等）、非安全輸出（ATP激活和折返指示）。

2.3 輸入板的測試項定義

根據輸入板的性能指標及功能要求，設置如下測試項。

1）輸入板電源功能測試項。

a.第一路24 V上電測試；

b.第二路24 V上電測試。

2）底層通信功能測試。

3）固件版本檢測。

4）脈沖輸入通道（1～6）功能測試。

5）數字量輸入通道（1～24）測試。

6）斷線檢測功能測試。

7）差分脈沖測試。

8）故障測試。

2.4 數字量輸入通道功能結構

根據輸入板的實際功能要求，結合上述測試需求，輸入板的數字量通道測試模塊的功能結構如圖4所示。

圖4 功能結構圖Fig.4 Function block diagram

上位機軟件根據測試項目向功能測試板輸入測試指令，由功能測試板的控制模塊完成為對待測通道的選擇和相對應輸入信息的轉換，形成激勵信號發送給待測板卡。核心電路板根據激勵信號進行濾波及輸入顯示，將輸入結果返回給功能測試板，同時將輸入與實際回采進行判定，向上位機反饋，由上位機進行測試結果的匯總和顯示。

2.5 待測參數的判定過程

檢測系統對待測輸入板的數字量輸入通道依次進行測試，分別對每個通道進行100次電平輸入回采判斷。對該功能模塊設計的參數通過閾值為100%。

3 GSSAP平臺輸入板測試過程

3.1 人員操作

維護人員根據現場返回的待測板卡，經過登記及外觀檢查后進行測試。在維護人員使用獨立的賬戶登錄后，進入測試信息輸入界面。

板卡編號由維護人員使用掃碼槍或手動輸入，系統根據條碼信息判斷待測板類型、指定插槽供電并在軟件界面給出板卡插入提示。維護人員確認后，點擊 “開始測試”按鈕，開始測試。測試完成后，彈出PDF版的測試報告，供用戶查看、打印。

3.2 測試結果

根據本次測試項目的執行結果，測試人員可通過上位機的測試記錄管理選項查看本次測試結果。現場某輸入板進行實際檢測后的測試記錄如圖5所示。

圖5 測試記錄Fig.5 Test record

4 結語

本文設計一套車載板卡測試系統，完成對FZL300型車載設備的測試。目前該測試系統成功用于北京地鐵8號線車載維護人員的日常維護作業之中。其中被該測試系統判定為測試通過的板卡均能正常上線運營，未產生硬件故障。

測試系統的軟件功能分配合理，硬件結構清晰可維護，通過較小的硬件修改，即可適配不同制式、不同項目的車載板卡的維護要求。

隨著公司產品的快速推廣，可預計本測試系統將會在使用FZL300型車載設備的其他城市軌道交通系統的車載維護工作發揮更重要的作用。