付 斌

隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，屏蔽門(mén)的應(yīng)用已十分廣泛，但是屏蔽門(mén)和車(chē)門(mén)不能聯(lián)動(dòng)的故障時(shí)有發(fā)生。屏蔽門(mén)和車(chē)門(mén)聯(lián)動(dòng)涉及信號(hào)、車(chē)輛、屏蔽門(mén)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)，如何快速準(zhǔn)確排查故障是一項(xiàng)難題。廣州地鐵2／8號(hào)線(xiàn)的屏蔽門(mén)和車(chē)門(mén)聯(lián)動(dòng)是由PTI設(shè)備完成，安裝在ATO單元的感應(yīng)信息傳輸系統(tǒng)IMU單元，將車(chē)載信息數(shù)據(jù)通過(guò)PTI設(shè)備傳給地面設(shè)備，經(jīng)處理后發(fā)送到ATS系統(tǒng)和PSD系統(tǒng)，來(lái)控制相應(yīng)列車(chē)的行駛和屏蔽門(mén)的開(kāi)關(guān)。因此，利用鎖相環(huán)技術(shù)跟蹤特性，對(duì)車(chē)載PTI天線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并對(duì)解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以檢測(cè)PTI設(shè)備工作情況。

1 PTI設(shè)備

PTI設(shè)備主要用于車(chē)－地之間的單向通信，列車(chē)每個(gè)駕駛室安裝有PTI天線(xiàn)，位于列車(chē)下部，將車(chē)載PTI報(bào)文信息傳至軌旁。車(chē)載PTI設(shè)備由PTI處理板、電源板、車(chē)載K12繼電器、PTI天線(xiàn)組成，如圖1所示。

列車(chē)正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，到站后屏蔽門(mén)的開(kāi)關(guān)通過(guò)車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)中ATO發(fā)出數(shù)據(jù)，經(jīng)K12繼電器閉合后發(fā)給PTI天線(xiàn)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸至地面信號(hào)系統(tǒng)的PTI機(jī)柜；PTI地面設(shè)備將數(shù)據(jù)解調(diào)后向屏蔽門(mén)系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)，整個(gè)流程經(jīng)過(guò)信號(hào)系統(tǒng)和屏蔽門(mén)系統(tǒng)。

圖1 車(chē)載PTI設(shè)備示意圖

列車(chē)進(jìn)站后，屏蔽門(mén)和車(chē)門(mén)不能聯(lián)動(dòng)的常見(jiàn)原因：①ATO設(shè)備故障，ATO沒(méi)有發(fā)出開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)；②K12繼電器故障不能閉合，PTI天線(xiàn)沒(méi)有發(fā)送信號(hào)；③PTI天線(xiàn)脫落或故障，地面PTI設(shè)備沒(méi)有接收到信號(hào)；④PTI地面設(shè)備故障，屏蔽門(mén)系統(tǒng)沒(méi)有接收到開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)。這些都表現(xiàn)為到站停車(chē)無(wú)法自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)，車(chē)載MMI上沒(méi)有開(kāi)門(mén)使能信號(hào)，地面設(shè)備沒(méi)有報(bào)文。

目前對(duì)設(shè)備的檢查只能通過(guò)廠(chǎng)家提供的診斷接口進(jìn)行，在沒(méi)有確實(shí)數(shù)據(jù)參考的情況下，很難對(duì)故障進(jìn)行分析和排查，而且有的故障是偶發(fā)的，比如ATO設(shè)備板件老化、繼電器觸點(diǎn)接觸不良、PTI天線(xiàn)虛接或松動(dòng)、PTI地面設(shè)備板件老化等，要查出是哪個(gè)系統(tǒng)、哪個(gè)模塊出了問(wèn)題就更有難度。

2 解調(diào)設(shè)計(jì)

如圖2所示，信號(hào)系統(tǒng)至屏蔽門(mén)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)過(guò)程，是從信號(hào)系統(tǒng)ATO發(fā)出指令到PTI天線(xiàn)發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號(hào)，通過(guò)地面無(wú)線(xiàn)接收裝置解碼，并輸送給屏蔽門(mén)系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)關(guān)門(mén)命令。因此，可以通過(guò)X3－3接線(xiàn)端子讀取PTI天線(xiàn)的原始信號(hào)進(jìn)行解調(diào)監(jiān)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)K12繼電器電信號(hào)狀態(tài)來(lái)進(jìn)行故障排查。

圖2中，在采集點(diǎn)部位設(shè)計(jì)高阻抗隔離電路，通過(guò)單片機(jī)捕捉采集信號(hào)，并記錄在CF卡等存儲(chǔ)裝置中，通過(guò)記錄回放，分析列車(chē)進(jìn)站后屏蔽門(mén)開(kāi)關(guān)異常是否與車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)有關(guān)，可以檢查電路老化問(wèn)題。還可以通過(guò)PTI解調(diào)碼記錄進(jìn)行報(bào)文分析，縮小聯(lián)動(dòng)故障排查范圍，提高故障排查的能力。

圖2 信號(hào)系統(tǒng)至屏蔽門(mén)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)框圖

2．1 原始信號(hào)的分析

在試車(chē)線(xiàn)及夜間正線(xiàn)調(diào)試作業(yè)時(shí)，邏輯分析儀實(shí)時(shí)采集車(chē)載PTI分線(xiàn)架上的數(shù)據(jù)情況，對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，波形頻率分為822～830kHz、874～880kHz 2個(gè)范圍。表1為2路獨(dú)立通道的數(shù)據(jù)采集情況。

表1 2路獨(dú)立通道的數(shù)據(jù)采集情況

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)有明顯的移頻鍵控信號(hào)特性，波形變化如圖3所示。

圖3 原始波形類(lèi)舉圖

導(dǎo)入Matlab軟件進(jìn)行分析，可將2種頻率段數(shù)據(jù)用0和1進(jìn)行替代，發(fā)現(xiàn)有明顯的幀頭、幀尾、校驗(yàn)位等數(shù)據(jù)幀特性。根據(jù)移頻鍵控解調(diào)原理，利用鎖相環(huán)和濾波電路限制輸入波形，其他干擾信號(hào)無(wú)法通過(guò)解調(diào)，以此來(lái)判斷車(chē)載信號(hào)計(jì)算機(jī)是否發(fā)出PTI報(bào)文。

2．2 解調(diào)電路

只對(duì)車(chē)載PTI天線(xiàn)產(chǎn)生的±12V的FSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)部分電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 PTI解調(diào)原理圖

已知輸入信號(hào)PTI1和PTI2的差分信號(hào)頻率fi＝ （850±2）kHz，經(jīng)過(guò)高阻抗的隔離差分放大電路，將信號(hào)設(shè)備和設(shè)計(jì)電路進(jìn)行隔離。首先將調(diào)制信號(hào)送入鎖相環(huán)內(nèi)部限幅器，然后與壓控振蕩器輸出的850kHz進(jìn)行相位比較，設(shè)此時(shí)輸入電壓信號(hào)Ui（t）的角頻率為Wi，瞬時(shí)相位Ei（t），壓控振蕩器的輸出信號(hào)Uo（t）的頻率為Wo，瞬時(shí)相位Eo（t），環(huán)路的參考輸出頻率即基準(zhǔn)頻率為Wr，鑒相器應(yīng)該滿(mǎn)足下列條件：

1．鎖相環(huán)路處于 “鎖定”狀態(tài)時(shí)，Wi＝Wo＝Wr，鑒相器無(wú)輸出電壓。

2．鎖相環(huán)路處于 “失鎖”狀態(tài)時(shí)，Wi＝Wr＋Ei（t）／dt，Wo＝Wr＋Eo（t）／dt。

滿(mǎn)足條件后輸出信號(hào)經(jīng)環(huán)路濾波放大，并驅(qū)動(dòng)施密特觸發(fā)器，最終輸出解調(diào)后的方波。

3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

開(kāi)發(fā)一套PTI天線(xiàn)報(bào)文解調(diào)監(jiān)測(cè)裝置，設(shè)計(jì)電路能夠穩(wěn)定解調(diào)出報(bào)文并存儲(chǔ)，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室、試車(chē)線(xiàn)和正線(xiàn)調(diào)試測(cè)試。同時(shí)采集PTI原始信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，如表2所示。

邏輯分析儀實(shí)時(shí)捕捉原始信號(hào)和解調(diào)信號(hào)，原始信號(hào)最小周期1．210μs、最大周期1．139μs，對(duì)應(yīng)頻率為826．4kHz和877．9kHz，與資料數(shù)據(jù)823．5kHz和875kHz吻合，且解調(diào)電平對(duì)應(yīng)低、高電平也符合理論要求。

在試車(chē)線(xiàn)上通過(guò)斷開(kāi)相關(guān)流程連接線(xiàn)，模擬了幾類(lèi)常見(jiàn)故障狀態(tài)，對(duì)照?qǐng)?bào)文進(jìn)行驗(yàn)證，如表3所示。

對(duì)于偶發(fā)性故障，通過(guò)運(yùn)營(yíng)維保檢修時(shí)對(duì)報(bào)文進(jìn)行趨勢(shì)分析，可提前預(yù)防設(shè)備老化或松動(dòng)的隱患故障。

表3 模擬常見(jiàn)故障驗(yàn)證表

表2 PTI原始信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)對(duì)比情況

4 結(jié)論

信號(hào)系統(tǒng)車(chē)載PTI天線(xiàn)解調(diào)設(shè)計(jì)可以排查車(chē)門(mén)－屏蔽門(mén)聯(lián)動(dòng)故障，為此自行開(kāi)發(fā)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證了利用鎖相環(huán)技術(shù)去解調(diào)城軌信號(hào)系統(tǒng)中PTI車(chē)載天線(xiàn)信號(hào)是可行的，可以快速判斷信號(hào)系統(tǒng)中故障范圍，而且對(duì)發(fā)現(xiàn)故障隱患有一定的幫助，提高運(yùn)營(yíng)維保能力，保證運(yùn)營(yíng)安全。

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