CTCS3-300T車載ATP設備測試系統方案探討

高忠利

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 概述

截止2020 年9 月份，在國內15 個鐵路局共30 個段里配屬CTCS3-300T 型車載ATP 設備的動車組已達1179 列，市場份額巨大。

根據規程，動車組在高級修期間會將超出生命周期的車載設備單元模塊替換下車，這些替換下來的設備可用于測試環境搭建。

同時根據鐵總[2016]57 號文件第三十二條要求：“列控車載設備的備品備件應定期進行檢測，確保狀態良好”，應定期定量對車載設備的備品備件（包括返修件）進行上電檢測、簡單啟機功能模擬和拷機測試，確認設備狀態性能。

綜合上述現狀和需求，利用超生命周期的替換件搭建一種基于CTCS3-300T 型ATP 車載設備的測試系統具有很強的必要性和經濟性，也具有廣闊的市場前景。

2 測試系統需求

系統功能需求如下。

1) 支持ATP 單元模塊獨立上電或系統整機上電運行。設置整機的電源開關和各模塊獨立的電源接口；系統上電后可進行狀態自檢及制動測試；系統正常運行后可以進入C2 等級下部分（PS）、目視（OS）、調車（SH）等運行模式。

2) 模擬必須的車輛信號（包括：休眠、激活、前向、后向、制動反饋等），并配置相應的信號開關及燈顯。

3) 將整機電源、車輛信號模擬設備等柜外設備集成到獨立的測試臺里。

4) 調整機柜構造及設備安裝方式，實現單元模塊的便捷快速拆裝功能。

5) 測試臺和機柜間的電纜使用航插接口，連接簡易，方便維護。

6) 信號開關、燈顯及柜間電纜接口考慮了一定的可擴展性，可用于后續產品升級。

3 測試系統方案

本方案將系統分為測試機柜、測試臺、柜間電纜、CAU 天線支架等部分。

測試機柜預裝總線電纜以及設備單元模塊，單元模塊可以使用備品備件，或者高級修替換件。測試臺集成了DMI 人機界面交互單元、總電源、車輛模擬信號箱、模擬接口信號按鈕及燈位顯示等功能。柜間電纜提供測試機柜到測試臺之間的設備連接，包括MVB 總線、D 電纜、供電電纜、列車接口信號電纜等。CAU 天線支架用于天線單元的安置（CAU 有一定的電磁輻射性，需遠離人員安置）。

測試系統示意如圖1 所示。

3.1 接口方案設計

ATP 和車輛接口的可選方式有：總線接口、繼電器接口。

三型車接口方式：總線接口涉及車輛CCU 控制邏輯，現場實施難度大，成本高。

二型車接口方式：繼電器接口，使用110 V 電源通過接口信號開關和繼電器動作輸出到ATP 內部的方式來模擬車輛信號，可靠性以及可控性更高。

各車型CTCS3-300T 車載設備使用的主要單元模塊一樣，除極個別模塊（如BCT）外，本系統都可以使用。

圖1 測試系統示意圖Fig.1 Schematic diagram of test system

基于以上所述，綜合經濟成本、施工難度等要求，選擇使用繼電器接口方案。繼電器控制箱采用魏德米勒公司生產的DRM570110LT 繼電器，驅動電壓為110 V，開關導通最大電流5 A、最大電壓250 V，符合既有CTCS3-300T 相關參數標準。該設備用于模擬列車繼電器接口，將列車的接口信息發送給ATP 機柜處理。繼電器控制箱如圖2 所示。

圖2 繼電器控制箱Fig.2 Control box of the relay

測試機柜及測試臺之間，相關連線十分復雜，如總線、D 電纜、供電電纜、列車接口信號電纜等。為便于維護，因此需優化設計柜間電纜的連接方式，以便于測試機柜與測試臺間的位置調整，同時有利于測試系統隨空間的變化而調整。

3.2 測試臺結構設計

CTCS-300T 車載ATP 設備主機柜安裝于動車組1 車或8 車，而人機交互（DMI）單元及部分系統電源開關安裝于駕駛室內，兩者相隔一定距離，同時考慮應答器傳輸子系統（BTM）單元及車底相關設備安裝較為離散。為了節省空間，需研究設計一款新型測試臺，同時集成DMI、BTM 單元、車底設備、系統電源開關等設備。

ATP 系統測試臺主要由柜體、直流穩壓電源、繼電器控制箱、DMI 顯示屏、按鈕及指示燈、空開等組成，實現為300T 車載柜提供電源、信號反饋、操作輸入界面等功能。

測試臺如圖3 所示。

3.3 接口模擬信號設計

為實現ATP 設備正常啟動的工作條件，在車下無法獲得車輛提供的列車接口相關信號，包括激活、前后向、休眠、牽引、制動反饋信號等，需設計車輛模擬信號產生裝置，以達到ATP 系統正常啟動目的。

圖3 測試臺Fig.3 Test desk

車輛信號模擬通過測試系統實現制動反饋和激活、前向等信號模擬的功能，并加裝LED 指示燈，分別用于顯示激活信號、前向信號、常用制動施加、常用制動反饋、緊急制動施加、緊急制動反饋。供電部分由恒流恒壓開關電源通過萬可端子排轉接實現對機柜、繼電器、LED 狀態顯示燈的供電。

其中，萬可端子排接直流恒壓恒流電源110 V電源正電、負電，測試系統通過激活和前向按鈕可以分別對激活和前向繼電器供電,實現激活和前向信號模擬；機柜常用制動經測試系統萬可端子排供電驅動常用制動繼電器，經常用制動反饋繼電器反饋給ATP 機柜，實現常用制動信號的模擬；機柜緊急制動經測試系統萬可端子排供電驅動緊急制動繼電器，經緊急制動反饋繼電器反饋給ATP 機柜，實現緊急制動信號的模擬。另外，通過控制模擬信號回路的開關，可以模擬對應車輛接口信號故障時的場景。

測試系統內的6 個繼電器和6 片端子片安裝在機柜的左下側導軌上，其內部端子片和繼電器之間，端子片、繼電器和機柜之間接線采用單芯線進行連接。其中LED 顯示燈和開關按鈕安裝操作臺上，與繼電器和端子片之間的接線采用16 芯電纜通過航插進行連接，其中線纜分為兩部分，兩部分通過航插連接，便于拆卸。

3.4 測試機柜設計

ATP 測試機柜基于最新二型車載ATP 機柜進行改制而成，為方便系統上電運行，采用單系配置。柜內布置一套完整的機柜線纜，加裝所需模塊后就可以滿足運行條件。為方便模塊隨時插拔，在原來300T上固定黑盒模塊的位置用支柱代替螺釘。上電時，可以只加裝一系、也可以同時加裝A/B 兩系。

其中：cs為單次維修活動的基本費用，cd為單部件單位時間的風險損失費用，cl為小修費用，cAn_A(cAn_M)和cBn_A(cBn_M)分別為團隊A和B的單位AC(MC)的PM費用，cAf_A(cAf_M)和cBf_A(cBf_M)分別為團隊A和B的單位AC(MC)的CM費用，cAr_A(cAr_M)和cBr_A(cBr_M)分別為團隊A和B的單位AC(MC)的替換費用。

測試機柜現場實物如圖4 所示。

圖4 測試機柜Fig.4 Test cabinet

4 功能升級方向探討

本測試系統的接口和功能還具有一定的擴展性。比如測試臺的接口信號電纜、燈顯、測試臺內部安裝空間等都做了預留。

在本測試系統的硬件平臺上拓展更多應用場景和功能，可以考慮以下幾個方向。

1) 增加應答器滑軌。應答器在CAU 天線下通過后，可驗證BTM 子系統的應答器報文接收功能；有了應答器提供的行車許可，C2 等級下系統運行模式可增加完全（FS）模式。

2) 增加軌道電路發碼環線。使用便攜式軌道電路發碼器，通過一根導線即可模擬軌道電路發碼，驗證TCR 子系統軌道電路接收功能；收碼后，C2等級下系統運行模式可增加機信（CS）模式。

3) 增加速度接口模擬信號。通過程序軟件模擬速度信息（甚至線路數據），通過MVB 總線傳送到系統里?？稍谀M的動態情況下測試模塊的應用軟件燒寫是否正確。

在增加上述功能后，響應的培訓及測試場景也會增加。

5 結論

主要優點如下。

1) 硬件拷機和故障處理

可用于新品備件定期拷機、返修件維修結果驗證、故障件的故障復現和驗證等，有效提升用戶狀態修和故障修的水平。

2) 軟件燒寫和參數讀取

可用于備件程序預寫，有效節省在動車上的故障處理時間；滿足用戶線下鍛煉數據查看和數據下載的能力。

3) 培訓

結合本測試平臺，用戶可以進行300T 系統的實物培訓，包括故障模擬考試、維護作業水平測試等。

4) 經濟性和市場前景

本測試平臺方案簡便易行，充分考慮經濟性，目前已在多個鐵路局站段取得訂單，市場前景廣闊。