李 智

(通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 系統(tǒng)架構(gòu)、特點(diǎn)及功能組成

隨著全國(guó)地鐵線路開(kāi)通里程的迅速增長(zhǎng)，各地運(yùn)營(yíng)公司對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù)要求越來(lái)越高。就列車自動(dòng)控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）自身的功能組成而言，列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）、列車自動(dòng)運(yùn) 行 系 統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線設(shè)備的通信，與列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）、地面聯(lián)鎖系統(tǒng)（Computer Interlocking，CI）及區(qū)域控制器（Zone Controller，ZC）共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，并直接對(duì)列車的超速、車門狀態(tài)、列車退行等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行防護(hù)，車載ATC單盤的穩(wěn)定性直接關(guān)系到系統(tǒng)的可用性及用戶體驗(yàn)。由于車載ATP設(shè)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(chǎn)品的維護(hù)時(shí)效性及準(zhǔn)確性，已經(jīng)成為提高產(chǎn)品可用性的一大問(wèn)題。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

車載ATC綜合測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)待測(cè)設(shè)備的功能及接口特點(diǎn)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上根據(jù)被測(cè)對(duì)象的功能特性，采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，由電源系統(tǒng)、工控機(jī)、驅(qū)采單元、可編程儀表、測(cè)試母板及被測(cè)設(shè)備組成。根據(jù)待測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)及電氣性能，對(duì)ATP/ATO及車地通信設(shè)備（Train to Wayside Communication，TWC）/應(yīng) 答 器 傳 輸 模 塊（Balise Transfer Module，BTM）采取了獨(dú)立機(jī)柜設(shè)計(jì)。

ATP/ATO檢測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ATP/ATO檢測(cè)平臺(tái)Fig.1 ATP/ATO detection platform

TWC/BTM檢測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

為實(shí)現(xiàn)人身及設(shè)備的安全，電源系統(tǒng)使用雙重安全設(shè)計(jì)，由機(jī)箱式AC/DC模塊及空開(kāi)陣列組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)AC 220 V到DC 110 V/DC 24 V的電源轉(zhuǎn)以及電源輸入保護(hù)。

為防止應(yīng)答器天線電離輻射對(duì)人員的傷害，設(shè)計(jì)了電磁屏蔽柜，內(nèi)置可旋轉(zhuǎn)安裝組件，在保證電磁隔離的同時(shí)，自動(dòng)控制天線的扭轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)功放板的功率測(cè)試。

圖2 TWC/BTM檢測(cè)平臺(tái)Fig.2 TWC/BTM detection platform

測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的工控機(jī)運(yùn)行測(cè)試軟件，接收用戶輸入的測(cè)試指令，根據(jù)測(cè)試對(duì)象及測(cè)試內(nèi)容的不同，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面交互、中斷控制、測(cè)試結(jié)果的接收和判斷等測(cè)試功能，以及用戶管理、設(shè)備參數(shù)管理及測(cè)試記錄管理等通用功能。

驅(qū)采單元使用繼電器陣列實(shí)現(xiàn)指令接收與采集節(jié)點(diǎn)的可靠隔離及有效跳轉(zhuǎn)。

為實(shí)現(xiàn)有源器件的電壓、電流及頻率測(cè)量，保障測(cè)試結(jié)果的可信度及提高系統(tǒng)的可用性，采用可編程儀表（可編程萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器），在上位機(jī)軟件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)測(cè)試指令的下達(dá)及測(cè)試數(shù)據(jù)的采集。

測(cè)試母板采用與待測(cè)單盤同平臺(tái)、同型號(hào)硬件設(shè)計(jì)的印制電路板，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試命令與測(cè)試數(shù)據(jù)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(cè)系統(tǒng)功能劃分如表1所示。

以對(duì)GSSAP平臺(tái)輸入板的數(shù)字電平通道測(cè)試的測(cè)試過(guò)程為例，描述針對(duì)該功能的設(shè)計(jì)方案；介紹對(duì)輸入板數(shù)字量輸入通道功能的測(cè)試。最后以實(shí)際送檢的輸入板測(cè)試為例，描述待測(cè)板卡的測(cè)試過(guò)程，并展示其實(shí)際測(cè)試結(jié)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(tái)輸入板測(cè)試方案

2.1 輸入板性能指標(biāo)

GSSAP平臺(tái)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(gè)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(jìn)行抖動(dòng)消除、穩(wěn)定判定和脈沖計(jì)數(shù)后，分別將兩套表決結(jié)果傳輸至對(duì)應(yīng)CPU，兩個(gè)CPU對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行安全處理并將結(jié)果通過(guò)SBP通信送給主控板。

輸入板性能指標(biāo)如下：

采用RISC16位處理器，處理能力最大可到40 MIPS；

同時(shí)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(shí)，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(shí)有效，低電平A-B ≤-200 mV時(shí)有效；

獨(dú)立供電，額定隔離電壓≥500 V；

內(nèi)部通信速率2 Mbit/s。

2.2 輸入板功能定義

以北京地鐵8號(hào)線為例，根據(jù)與車輛的接口要求，ATP需采集安全輸入（如鑰匙、門狀態(tài)、完整性等）、非安全輸入（開(kāi)關(guān)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(duì)輸出量進(jìn)行回采，回采的信號(hào)有安全輸出信號(hào)有（緊急制動(dòng)、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(cè)試項(xiàng)定義

根據(jù)輸入板的性能指標(biāo)及功能要求，設(shè)置如下測(cè)試項(xiàng)。

1）輸入板電源功能測(cè)試項(xiàng)。

a.第一路24 V上電測(cè)試；

b.第二路24 V上電測(cè)試。

2）底層通信功能測(cè)試。

3）固件版本檢測(cè)。

4）脈沖輸入通道（1～6）功能測(cè)試。

5）數(shù)字量輸入通道（1～24）測(cè)試。

6）斷線檢測(cè)功能測(cè)試。

7）差分脈沖測(cè)試。

8）故障測(cè)試。

2.4 數(shù)字量輸入通道功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)輸入板的實(shí)際功能要求，結(jié)合上述測(cè)試需求，輸入板的數(shù)字量通道測(cè)試模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 功能結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Function block diagram

上位機(jī)軟件根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目向功能測(cè)試板輸入測(cè)試指令，由功能測(cè)試板的控制模塊完成為對(duì)待測(cè)通道的選擇和相對(duì)應(yīng)輸入信息的轉(zhuǎn)換，形成激勵(lì)信號(hào)發(fā)送給待測(cè)板卡。核心電路板根據(jù)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行濾波及輸入顯示，將輸入結(jié)果返回給功能測(cè)試板，同時(shí)將輸入與實(shí)際回采進(jìn)行判定，向上位機(jī)反饋，由上位機(jī)進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的匯總和顯示。

2.5 待測(cè)參數(shù)的判定過(guò)程

檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)待測(cè)輸入板的數(shù)字量輸入通道依次進(jìn)行測(cè)試，分別對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行100次電平輸入回采判斷。對(duì)該功能模塊設(shè)計(jì)的參數(shù)通過(guò)閾值為100%。

3 GSSAP平臺(tái)輸入板測(cè)試過(guò)程

3.1 人員操作

維護(hù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)返回的待測(cè)板卡，經(jīng)過(guò)登記及外觀檢查后進(jìn)行測(cè)試。在維護(hù)人員使用獨(dú)立的賬戶登錄后，進(jìn)入測(cè)試信息輸入界面。

板卡編號(hào)由維護(hù)人員使用掃碼槍或手動(dòng)輸入，系統(tǒng)根據(jù)條碼信息判斷待測(cè)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(hù)人員確認(rèn)后，點(diǎn)擊 “開(kāi)始測(cè)試”按鈕，開(kāi)始測(cè)試。測(cè)試完成后，彈出PDF版的測(cè)試報(bào)告，供用戶查看、打印。

3.2 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)本次測(cè)試項(xiàng)目的執(zhí)行結(jié)果，測(cè)試人員可通過(guò)上位機(jī)的測(cè)試記錄管理選項(xiàng)查看本次測(cè)試結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)某輸入板進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)后的測(cè)試記錄如圖5所示。

圖5 測(cè)試記錄Fig.5 Test record

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)一套車載板卡測(cè)試系統(tǒng)，完成對(duì)FZL300型車載設(shè)備的測(cè)試。目前該測(cè)試系統(tǒng)成功用于北京地鐵8號(hào)線車載維護(hù)人員的日常維護(hù)作業(yè)之中。其中被該測(cè)試系統(tǒng)判定為測(cè)試通過(guò)的板卡均能正常上線運(yùn)營(yíng)，未產(chǎn)生硬件故障。

測(cè)試系統(tǒng)的軟件功能分配合理，硬件結(jié)構(gòu)清晰可維護(hù)，通過(guò)較小的硬件修改，即可適配不同制式、不同項(xiàng)目的車載板卡的維護(hù)要求。

隨著公司產(chǎn)品的快速推廣，可預(yù)計(jì)本測(cè)試系統(tǒng)將會(huì)在使用FZL300型車載設(shè)備的其他城市軌道交通系統(tǒng)的車載維護(hù)工作發(fā)揮更重要的作用。