王旭如， 張瑞芳， 延九磊

(中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

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基于電力線列車網(wǎng)絡(luò)的旅客列車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)研究

王旭如， 張瑞芳， 延九磊

(中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

研究基于電力線列車網(wǎng)絡(luò)的鐵路旅客列車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用Lonworks電力線列車網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)普通客車非固定編組的管理模式的需求，在帶寬較窄的電力線通信網(wǎng)絡(luò)上，設(shè)計(jì)了普通客車安全監(jiān)測(cè)列車網(wǎng)絡(luò)解決方案。介紹了系統(tǒng)各主要部分的結(jié)構(gòu)原理及實(shí)現(xiàn)方法，在列車監(jiān)測(cè)仿真試驗(yàn)室的列車監(jiān)測(cè)仿真試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的運(yùn)行考核試驗(yàn)表明，系統(tǒng)本身可以做到工作穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)還做了與列車軸溫集中報(bào)警系統(tǒng)并行布線運(yùn)行試驗(yàn)，目前發(fā)現(xiàn)有一些互相干擾問題，在實(shí)際裝車運(yùn)用時(shí)還需解決該問題。

列車網(wǎng)絡(luò)； 電力線通信； 客車安全監(jiān)測(cè)； Lonworks應(yīng)用

鐵路目前還在使用著數(shù)量龐大的普通客車。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)鐵路運(yùn)輸能力和質(zhì)量的要求不斷提高，用人力保證客車安全運(yùn)行已不能滿足要求。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)智能診斷技術(shù)的應(yīng)用加速了各類客車安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展。近年來，新型客車普遍采用了車載自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)保障列車的運(yùn)行安全。

由于普通客車的技術(shù)條件的限制鐵路科研單位近年來研制的提速客車安全監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)不適合對(duì)25G/K/B型在用普通旅客列車進(jìn)行加裝改造。而鐵路客車中這類客車占有很大的比例。以制動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)為例，普通旅客列車采用傳統(tǒng)的自動(dòng)式空氣制動(dòng)機(jī)，停站多制動(dòng)動(dòng)作頻繁。制動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)有發(fā)生，且發(fā)生的隨機(jī)性強(qiáng)，影響行車安全。特別是給列車運(yùn)行安全帶來嚴(yán)重威脅的抱閘行車故障，已被鐵路列為客車重點(diǎn)慣性故障之一，迫切需要安裝客車安全監(jiān)測(cè)設(shè)備。研制開發(fā)適合普通旅客列車的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)普通旅客列車的運(yùn)行安全進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)報(bào)警，對(duì)鐵路普通客車的運(yùn)行安全具有重要的意義。

在25G/K/B型普通客車上加裝安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，首先需要解決的是在該型客車上建立可靠性高且成本相對(duì)較低的列車通信網(wǎng)絡(luò)的問題。本文介紹了一種適合于普通旅客列車應(yīng)用的電力線列車網(wǎng)絡(luò)及基于該網(wǎng)絡(luò)的旅客列車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 25G/K/B型客車列車通信網(wǎng)絡(luò)問題

1.1 25型客車列車通信控制線纜現(xiàn)狀

構(gòu)建列車網(wǎng)絡(luò)通信的傳統(tǒng)方法是敷設(shè)專用通信電纜，但現(xiàn)車改造中重新敷設(shè)網(wǎng)線改造工程量大，費(fèi)用高。利用列車既有線纜解決通信問題是較好的解決方案。

目前在用的25G/K/B型車上已有的貫通全列的電纜有3種：兩芯廣播線、15芯通信控制線、43芯空調(diào)集控線。兩芯廣播線是各型車的標(biāo)準(zhǔn)配置，15芯通信控制線配置在25K和25G的部分車型上，一般情況下安裝四合一柜子的25G都配有15芯通信控制線。43芯空調(diào)集控線有些25G車沒有配置。

車端部的15芯列車通信連接器芯線占用情況是，13、14號(hào)線為廣播線，同時(shí)用于傳軸溫和廣播音頻。中心的15號(hào)線為75 Ω射頻電纜用于傳送電視信號(hào)。電氣集中監(jiān)控占用4根芯線。15芯通信控制線可供使用的空閑線目前最多只有8根線。大部分既有車這些線纜都敷設(shè)的是普通控制用電纜線。

目前對(duì)列車既有線纜的組抗特性、衰減特性、干擾特性進(jìn)行全面的分析還比較困難，各種列車既有線纜的信道特性非常復(fù)雜。未設(shè)屏蔽層的線纜電磁干擾較多，電纜特性有一定的隨機(jī)性和時(shí)變性，無法建立線纜特性的精確數(shù)學(xué)模型。

這里我們將列車廣播線也作為一種具有電力線電纜特性的線纜，以列車廣播線為例分析通信信道的特性。列車廣播線上目前已承擔(dān)了列車音頻廣播和軸溫集報(bào)器載波通信兩項(xiàng)任務(wù)。線上并聯(lián)的負(fù)載有每車廂一臺(tái)軸溫報(bào)警器和多個(gè)音頻揚(yáng)聲器。主要傳輸特性是：干擾噪聲大、衰減大、時(shí)變性。

列車廣播線的主要干擾噪聲有3種： 軸溫報(bào)警器電力線載波通信噪聲、 由車內(nèi)電氣設(shè)備輻射產(chǎn)生的窄帶噪聲和廣播音頻信號(hào)噪聲。

列車廣播線對(duì)電力線通信信號(hào)衰減有影響的是線上并聯(lián)的廣播機(jī)、揚(yáng)聲器、軸溫報(bào)警器。當(dāng)電力線通信線路負(fù)載電阻很小時(shí)，發(fā)送耦合電路的內(nèi)阻會(huì)消耗較多功率。

線路衰減也是需要考慮的，在電力線通信時(shí)，若耦合器的內(nèi)阻很小，線路的衰減會(huì)成為主要因素。距離越長(zhǎng)信號(hào)衰減越大。列車廣播線上打開揚(yáng)聲器的數(shù)量的變化會(huì)引起負(fù)載的變化，導(dǎo)致信道特性有一定的時(shí)變性。

1.2 采用二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制解調(diào)技術(shù)的Lonworks電力線網(wǎng)絡(luò)

Lonworks電力線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)適合用于解決25G/K/B型客車列車網(wǎng)絡(luò)通信問題。Lonworks網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一種對(duì)等式工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。是標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3035列車通信網(wǎng)絡(luò)中推薦的L型網(wǎng)絡(luò)， Lonworks電力線網(wǎng)絡(luò)的PL3150智能電力線收發(fā)器。把神經(jīng)元芯片的內(nèi)核和電力線收發(fā)器集成在一起，內(nèi)置基于DSP硬件的二進(jìn)制移相鍵控(BPSK)電力線收發(fā)器，網(wǎng)絡(luò)速率5.4 kb/s。

二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制解調(diào)技術(shù)BPSK具有較高的抗噪聲性能。BPSK調(diào)制解調(diào)通信的處理過程為：數(shù)字信號(hào)對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制→頻帶信號(hào)→接收端解調(diào)恢復(fù)數(shù)字信號(hào)。BPSK信號(hào)的調(diào)制過程表達(dá)式:

s(t)是二進(jìn)制差分脈沖序列。BPSK信號(hào)是差分碼調(diào)相產(chǎn)生的。信號(hào)波形如圖1所示。

圖1 經(jīng)過BPSK調(diào)制過程

BPSK信號(hào)的解調(diào)采用相位比較法，其解調(diào)框圖見圖2。

圖2中①點(diǎn)的信號(hào)是e(t) =Acos(ωt+Φ(t)),乘②點(diǎn)的信號(hào)可得③點(diǎn)處信號(hào)為：

即：

圖2 BPSK解調(diào)流程框圖

④點(diǎn)處信號(hào)為對(duì)上式的低通濾波：

取樣判決算法為：抽樣值大于0判決為0，小于0判決為1。解調(diào)可得到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制碼流。BPSK信號(hào)解調(diào)參考相位不會(huì)出現(xiàn)相位模糊的原因是信號(hào)與相對(duì)相位有關(guān)，與絕對(duì)相位無關(guān)。

1.3 列車通信系統(tǒng)解決方案

由以上的分析可知，BPSK技術(shù)不會(huì)出現(xiàn)相位模糊，有較強(qiáng)的抗干擾性能。目前的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很多，其中Lonworks電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)采用了BPSK技術(shù)，用于25G/K/B型客車列車網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)特性復(fù)雜的列車各種既有電纜線，能夠利用現(xiàn)車既有的非專用通信線纜實(shí)現(xiàn)列車網(wǎng)絡(luò)通信，包括各類電氣控制線、雙絞通信線、同軸電纜、廣播線、空調(diào)集控線等。對(duì)25G/K/B型客車的現(xiàn)車改造提供極大的方便。

采用Lonworks電力線載波通信技術(shù)構(gòu)建的列車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，網(wǎng)絡(luò)通信模式為對(duì)等式，適應(yīng)非固定編組列車需求，列車編組輛數(shù)范圍1～20輛編組。

Lonworks電力線列車總線無需配置終端電阻。每車廂配置兩塊電力線網(wǎng)卡時(shí)可實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)冗余通信。網(wǎng)絡(luò)的可傳輸距離10 km，網(wǎng)絡(luò)傳輸波特率5.4 kb/s，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為對(duì)等式，有自動(dòng)組網(wǎng)功能。

2 基于電力線通信的客車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

基于Lonworks電力線列車網(wǎng)絡(luò)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種普通客車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它是一種分布式智能診斷系統(tǒng)，包括電力線列車網(wǎng)絡(luò)和車廂監(jiān)測(cè)報(bào)警主機(jī)(以下稱車廂主機(jī))。在設(shè)計(jì)中為了滿足普通客車的需求，突出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在全列每個(gè)車廂安裝一臺(tái)車廂主機(jī)，全列的車廂主機(jī)通過電力線列車網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)并共享監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和診斷報(bào)警信息。車廂主機(jī)通過電力線列車網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全列聯(lián)網(wǎng)。可在任意車廂查看全列各車廂的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。任一車廂發(fā)生報(bào)警時(shí)，全列所有車廂都同時(shí)顯示報(bào)警信息。并可通過列車網(wǎng)絡(luò)對(duì)各車廂的主機(jī)預(yù)置參數(shù)進(jìn)行集中控制修改。

車廂主機(jī)整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊之間通過RS-485車廂總線通信，列車網(wǎng)絡(luò)為對(duì)等模式，每一車廂主機(jī)都可接收全列車的監(jiān)測(cè)信息。通過該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)列車各車廂設(shè)備運(yùn)行故障的實(shí)時(shí)在線診斷報(bào)警、列車運(yùn)行過程工況參數(shù)的全程記錄和下載。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

在裝有TCDS主機(jī)的車廂，車廂主機(jī)可通過RS-232串行接口與TCDS主機(jī)通信連接全路TCDS系統(tǒng)，將全列車的運(yùn)行監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)信息通過TCDS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絋CDS地面專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全路列車運(yùn)行狀態(tài)的集中實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.1 車廂主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

客車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)車廂主機(jī)是集采集、診斷、報(bào)警、通信、顯示、記錄為一體的智能報(bào)警裝置。整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，車廂主機(jī)原理框圖如圖4所示。包括：列車網(wǎng)絡(luò)通信模塊(U1),顯示記錄模塊(U2)，監(jiān)測(cè)診斷模塊(U3)3個(gè)模塊，并留有無線監(jiān)測(cè)終端接口、TCDS主機(jī)接口等擴(kuò)展接口。各模塊之間的通信采用RS-485總線通信。具有全列監(jiān)測(cè)報(bào)警、過程數(shù)據(jù)顯示記錄、列車網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

圖4 車廂主機(jī)原理框圖

(1)監(jiān)測(cè)診斷模塊

目前本系統(tǒng)車廂級(jí)主要設(shè)計(jì)了車廂制動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊，制動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷模塊對(duì)本車制動(dòng)機(jī)的在線監(jiān)測(cè)診斷主要是依據(jù)制動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)特征和工作過程中的列車制動(dòng)管、制動(dòng)缸壓力變化動(dòng)態(tài)曲線特征進(jìn)行故障識(shí)別判斷。本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象是目前鐵路客車使用最廣泛的104空氣制動(dòng)機(jī)，同時(shí)也能監(jiān)測(cè)F8制動(dòng)機(jī)。TB/T 1492-2002中規(guī)定的104空氣制動(dòng)機(jī)主要特性指標(biāo)和104空氣制動(dòng)機(jī)的單車試驗(yàn)數(shù)據(jù)是診斷模型中確定故障判據(jù)的主要依據(jù)。

(2)列車網(wǎng)絡(luò)通信模塊

列車網(wǎng)絡(luò)通信模塊是一塊獨(dú)立的電力線網(wǎng)卡。主芯片為PL3150智能收發(fā)器，載波主頻率為132 kHz，備用第2頻率為115 kHz。通信方式為帶有DSP增強(qiáng)接收器的雙頻BPSK，通信速率5.4 kb/s，工作溫度范圍 -40℃～+85℃。列車網(wǎng)絡(luò)通信模塊主要由電力線通信耦合器、PL3150智能收發(fā)器、SRAM、Flash、時(shí)鐘、模塊電源等電路組成。

因PL3150的0.5 KB EEPROM和2 KB RAM不能滿足列車網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的需求，網(wǎng)卡電路在一般參考設(shè)計(jì)電路的基礎(chǔ)上增加了24 KB的SRAM和32 KB Flash。為此，復(fù)位芯片采用Dallas DS1813-5產(chǎn)生大于10 ms的脈沖拉升電平滿足擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)的使用要求。網(wǎng)卡晶振頻率為10 MHz。

在通信模塊設(shè)計(jì)中，列車網(wǎng)絡(luò)電力線耦合電路的設(shè)計(jì)對(duì)網(wǎng)卡的通信性能影響較大，耦合電路是智能收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)電纜線之間的高通濾波器。該電路在提供浪涌和線路瞬變保護(hù)的同時(shí)還可以阻止電力線常見的50/60 Hz的工頻交流信號(hào)的干擾。列車網(wǎng)絡(luò)電力線耦合器參照Lonworks廠家推薦的電力線耦合器參數(shù)定制，適合列車電力線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用條件。經(jīng)過列車實(shí)車網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試，效果良好。

系統(tǒng)可采用兩塊上述的電力線網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)列車通信網(wǎng)雙網(wǎng)冗余的通信方式，提高傳輸?shù)目煽啃?，?dāng)一條網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切換到另一網(wǎng)絡(luò)工作。

(3)TCDS主機(jī)、無線監(jiān)測(cè)終端接口

系統(tǒng)可通過全列任意車廂的車廂主機(jī)的RS-232串行接口與TCDS主機(jī)連接(如圖 5 連接TCDS主機(jī)和無線監(jiān)測(cè)終端所示)。車廂主機(jī)提供被動(dòng)觸發(fā)的通信接口協(xié)議，可自動(dòng)識(shí)別、響應(yīng)TCDS的接入。TCDS主機(jī)通過通信接口接受報(bào)文可獲得全列各車廂實(shí)時(shí)工況參數(shù)、監(jiān)測(cè)診斷報(bào)告，全列各車廂主機(jī)編組信息、主機(jī)配置信息。TCDS主機(jī)通過通信接口發(fā)送報(bào)文可向本車車廂主機(jī)提供列車速度，GPS時(shí)間等信息并由本車車廂主機(jī)向全列轉(zhuǎn)發(fā)。

通過全列任意車廂的車廂主機(jī)還可以連接無線監(jiān)測(cè)終端，車廂主機(jī)可自動(dòng)識(shí)別無線監(jiān)測(cè)終端的接入。在無法連接列車網(wǎng)線時(shí)，可通過無線監(jiān)測(cè)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)全列監(jiān)測(cè)報(bào)警。TCDS主機(jī)和無線監(jiān)測(cè)終端接口與車廂主機(jī)間采用統(tǒng)一的通信報(bào)文格式。

圖5 連接TCDS主機(jī)和無線監(jiān)測(cè)終端

(4)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文

Lonworks電力線網(wǎng)絡(luò)的通信波特率5.4 kb/s，車廂RS-485總線的通信波特率11.52 kb/s，傳輸速率都很低，需要設(shè)計(jì)適合在低傳輸波特率上傳輸全列車的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)管理信息的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文。在報(bào)文設(shè)計(jì)中主要采用了短報(bào)文的設(shè)計(jì)，減少單個(gè)報(bào)文的通信資源占用，非周期性的數(shù)據(jù)采用事件觸發(fā)方式發(fā)送報(bào)文。報(bào)文設(shè)計(jì)采用按位占用的數(shù)據(jù)定義方式，避免了按字節(jié)占用的數(shù)據(jù)定義方式的位空置，提高了位資源的利用率。

車廂主機(jī)各模塊之間的信息流如圖 6所示。

圖6 車廂主機(jī)系統(tǒng)信息流圖

3 模擬通信網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)

在客車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)研制完成后，我們首先在模擬的列車廣播線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行BPSK載波通信試驗(yàn)(圖7)。在試驗(yàn)室搭建相當(dāng)于20輛客車聯(lián)網(wǎng)的列車網(wǎng)絡(luò)。列車廣播線上的負(fù)載有每輛車2個(gè)揚(yáng)聲器,一個(gè)軸溫報(bào)警器，一個(gè)客車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)。

圖7 模擬的列車廣播線網(wǎng)絡(luò)

在1號(hào)車注入頻率為132 kHz 的BPSK波形信號(hào)，測(cè)量1號(hào)車、4號(hào)車、8號(hào)車、12號(hào)車、15號(hào)車、20號(hào)車電力線通信板卡入口信號(hào)BPSK信號(hào)在列車廣播線上傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生衰減。線路衰減、耦合衰減和介質(zhì)反射衰減是3種主要的衰減。

線路衰減是電力線本身的直流電阻、輻射造成的載波信號(hào)衰減；耦合衰減是發(fā)射機(jī)與廣播線的阻抗不匹配可造成發(fā)射信號(hào)衰減，接收機(jī)與電力線的阻抗不匹配也可造成信號(hào)衰減。介質(zhì)反射衰減是因列車各車廂由于制造年代不同可能使用不同的電纜，電纜阻抗存在差異，信號(hào)在連接點(diǎn)發(fā)生反射造成信號(hào)衰減。

雖然各車廂廣播線有可能有差異，但差異不大，介質(zhì)反射衰減通常在列車上不會(huì)很大?？烧{(diào)整耦合器的內(nèi)阻來與線路阻抗匹配，耦合衰減也是可以控制的。由于列車長(zhǎng)度較長(zhǎng)，線路衰減是列車廣播線的主要衰減形式。因此我們重點(diǎn)做了列車廣播線的線路衰減測(cè)試。

圖8為列車廣播線的等效分布參數(shù)模型,可據(jù)此分析列車廣播線電纜的直流電阻造成的在傳輸過程中的信號(hào)衰減。

圖8 列車廣播線的等效分布參數(shù)模型

列車廣播線可以等效為由電阻Rz、電容Cz、電感Lz和電導(dǎo)Gz組成的分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)模型可推導(dǎo)出傳輸線的傳輸常數(shù)y：

A為衰減系數(shù);B相移系數(shù);傳輸常數(shù)y是單位長(zhǎng)度傳輸線上入射波和反射波的衰減及相位變化的參數(shù)。BPSK信號(hào)應(yīng)隨傳輸距離的增長(zhǎng)衰減增大。

試驗(yàn)中我們采用頻點(diǎn)電壓比較法，使用信號(hào)發(fā)生器、示波器對(duì)BPSK信號(hào)的衰減進(jìn)行測(cè)量。比較波形的變化得出信號(hào)在傳輸過程中的衰減量。

通過廣播線傳輸后的BPSK信號(hào)逐漸衰減過程如圖11所示，圖9為1號(hào)車發(fā)送輸出的波形，圖10為20號(hào)車位置的波形。從圖中看到BPSK信號(hào)衰減量，試驗(yàn)中廣播線線路可以滿足正常通信要求。但是本試驗(yàn)是試驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行的，在列車上的實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖9 1號(hào)車信號(hào)波形

圖10 20號(hào)車信號(hào)波形

信號(hào)衰減/dB1號(hào)車04號(hào)車-2．442198號(hào)車-2．3301112號(hào)車-3．2700415號(hào)車-6．8229420號(hào)車-7．60422

圖11 BPSK信號(hào)衰減

4 系統(tǒng)功能驗(yàn)證仿真試驗(yàn)

本系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能仿真試驗(yàn)是在列車安全監(jiān)測(cè)仿真試驗(yàn)室的列車安全監(jiān)測(cè)仿真試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，試驗(yàn)項(xiàng)目有以下3項(xiàng)：

(1)預(yù)置各種正常工況參數(shù)，進(jìn)行正常情況下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行考核，測(cè)試正常情況下的動(dòng)態(tài)參數(shù)、曲線顯示，列車編組顯示等。

(2)預(yù)置故障仿真工況參數(shù)，進(jìn)行故障情況下的動(dòng)態(tài)運(yùn)行考核，測(cè)試故障診斷報(bào)警、顯示、記錄功能。

(3)在列車安全監(jiān)測(cè)仿真試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上導(dǎo)入了已有的客車安全監(jiān)測(cè)實(shí)車運(yùn)行過程數(shù)據(jù)記錄。通過信號(hào)仿真器生成全列安全監(jiān)測(cè)仿真測(cè)試信號(hào)。對(duì)18輛車的車廂主機(jī)進(jìn)行一周的仿實(shí)車運(yùn)行考核試驗(yàn)。

在一周的仿實(shí)車運(yùn)行考核試驗(yàn)中，系統(tǒng)能夠診斷產(chǎn)生出與客車安全監(jiān)測(cè)實(shí)車運(yùn)行過程數(shù)據(jù)記錄中相符的報(bào)警記錄，各項(xiàng)功能正常。

5 目前存在的問題

因目前在列車上使用電力線載波通信的系統(tǒng)還有軸溫集中報(bào)警系統(tǒng)，在進(jìn)行系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行考核后與軸溫集中報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了共用線纜的運(yùn)行考核試驗(yàn)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兩系統(tǒng)有互相干擾，因此本系統(tǒng)在實(shí)際裝車運(yùn)用時(shí)，需解決與其他現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的互相干擾問題。

列車網(wǎng)絡(luò)的通信速率與現(xiàn)已裝車運(yùn)用的雙絞線列車網(wǎng)絡(luò)相比還有較大差距，若需要擴(kuò)展監(jiān)測(cè)功能，需研究進(jìn)一步提升列車網(wǎng)絡(luò)通信速率的方法。

6 結(jié)束語

針對(duì)普通客車安全監(jiān)測(cè)需求，利用車內(nèi)現(xiàn)有的線纜解決列車網(wǎng)絡(luò)通信問題。設(shè)計(jì)了適合普通客車的安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)解決方案——基于電力線通信的客車安全監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Lonworks電力線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，試驗(yàn)室試驗(yàn)證明Lonworks電力線的BPSK載波信號(hào)在現(xiàn)有列車播線上可以正常通信。已在列車安全監(jiān)測(cè)仿真試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上進(jìn)行了連續(xù)一周的仿真運(yùn)行考核。試驗(yàn)證明系統(tǒng)工作穩(wěn)定，各項(xiàng)功能正常。

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Experimental Study on Power Line Communication Based Alarm System for Monitoring Passenger Train Safety Monitoring System

WANGXuru,ZHANGRuifang,YANJiulei

( Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

In this article, we describe an alarm system designed for monitoring the railway trains. The monitoring system relies on network communication over the power lines and can be adapted to regular passenger coach cars. Using PL3150 power line smart transceiver we achieved network communication over existing control cables that offers high reliability and cost-reduction. This system is compatible with random grouping of passenger cars, therefore provides a complete network solution for monitoring of safety through the narrow bandwidth in the power line communication network. This paper introduces each of the principal components of the system, architectural principles and implementation methods. We have conducted simulated train operation tests in the simulation laboratory and demonstrated that the overall design is rational and the system is stable and reliable.

train communication network; power line communication; passenger train safety monitoring system; Lonworks application

1008-7842 (2015) 03-0036-06

??)男，副研究員(

2015-01-15)

U284.48+2

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.03.09