城市軌道交通信號基礎設備AF

1、城市軌道交通信號基礎設備AF-904型數(shù)字軌道電路AF-904型數(shù)字（音頻）軌道電路是美國US&S公司ATC系統(tǒng)的基礎設備之一。AF-904是聯(lián)鎖羅輯處理單元和車載設備之間的通信接口，實現(xiàn)了正線區(qū)段軌道占用檢測以及地對車的ATP數(shù)字信號傳輸雙重功能，智能化程度高。一、AF-904系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)AF-904系統(tǒng)的主要設備包括控制機箱、軌道耦合單元和軌道連接器（S棒），按地點可分為軌旁設備和信號室內(nèi)設備兩部分。1軌旁設備軌旁設備由軌道耦合單元、500MCM連接器（S形電纜）和環(huán)線3部分組成，在軌道之間或沿軌旁安裝。采用的是互耦方式。2.信號室內(nèi)設備控制機箱以微處理器為基礎，測量軌道信號的幅度以檢測

2、列車的存在，發(fā)送和接收ATP信息的移頻信號，以及進行內(nèi)部或本地系統(tǒng)的連續(xù)診斷等?？刂茩C箱裝在TM柜內(nèi)，每個TM柜最多可安裝3個機籠，每個機籠可配置4段非冗余軌道電路。由于每段軌道電路的應用程序存在一個獨立的位于機籠母板上的EPROM中，在定期更換控制板時無需重新設置。這樣，任何一段軌道電路的單盤都相同，使得軌道電路的故障診斷和維護更便捷。每段軌道電路由兩套設備構(gòu)成“熱備用”，備用設備處于“熱備用”狀態(tài)，不需經(jīng)過啟動程序即可轉(zhuǎn)至在線狀態(tài)。二、AF-904系統(tǒng)的工作原理AF-904系統(tǒng)不間斷地向軌道發(fā)送數(shù)字編碼信息，并監(jiān)視其接收器感應到的信號，作為對列車占用的檢測。AF-904系統(tǒng)與聯(lián)鎖系統(tǒng)之間通

3、過RS485接口進行通信。AF-904系統(tǒng)接收來自聯(lián)鎖系統(tǒng)的串行信息（目標速度、目標距離等），再加上本軌道區(qū)段信息（軌道電路ID號、線路速度等），形成復合信息；然后將復合信息用NRZI格式編碼形成報文幀，結(jié)合機籠后面的方向繼電器以FSK調(diào)制方式把報文送至相應的耦合電路，經(jīng)單匝環(huán)線與“S”棒耦合；然后由車載ATP接收、解碼并校驗信息的正確性，驗證完畢執(zhí)行ATP功能，完成數(shù)字車載信號的傳輸功能。NRZI格式為不歸零倒置格式，是適用于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊豁棾Ｓ镁幋a技術(shù)。其邏輯“1”用信號的無變化來表示，邏輯0”是用信號的變化來表示。它打破常“0”和常1”的運行，使+1 .和6601,的比值非常接近1，為

4、信號提取提供了豐富的時鐘信息，防止接收時得不到時鐘校正而誤碼。1. AF-904對列車的檢測利用AF一04信息的標題位（前8位）作為列車檢測的信號，其固定為011111100發(fā)送端借助軌旁耦合單元耦合到鋼軌，接收端由軌道接收器檢測該信號。通過方向繼電器可改變發(fā)送端和接收端的位置。當軌道電路空閑時，被檢測到的信號幅度在門限值以上，該門限值由AF-904接收器電路設置。列車進人軌道電路，所接收到的信號被分路，其幅度降至門限值以下，表示軌道電路被占用。由于其他原因造成的軌道短路、斷路等故障時，也會使接收到的信號低于預定的閥值或是錯誤的軌道ID號。根據(jù)故障一安全原則，上述兩種情況都會使AF-904控制

5、板關(guān)掉其直流輸出，向聯(lián)鎖單元傳遞“占用”信息，否則傳遞“空閑”信息，從而完成列車檢測功能。第三節(jié) DTC921型數(shù)字軌道電路上海軌道交通3號線采用法國ALSTOM的DTC921數(shù)字無絕緣軌道電路，以頻率劃分各段軌道電路，其工作頻率為：9. 5 kHz，11.1 kHz，12.7 kHz，14.3 kHz，15.9 kHz，17.5 kHz, 19.1 kHz, 20.7 kHz。調(diào)制方式MSK（最小移頻鍵控），頻偏士100Hz，調(diào)制速率400 bit/s，具有調(diào)制效率高、傳輸信息量大等特點。軌道電路分路靈敏度0. 5，軌道電路長度20一400 m。 ATP信息采用與軌道電路同樣的頻率，調(diào)制方式

6、MSK，調(diào)制速率500 bit/s。一、DTC921型軌道電路的構(gòu)成DTC921型軌道電路由室內(nèi)處理單元、室外調(diào)諧單元、S棒、連接電纜以及鋼軌構(gòu)成。如圖3一54所示。處理單元設于車站信號機械室內(nèi)，用于發(fā)送、接收及處理信號；兩個調(diào)諧單元諧振于本段軌道電路工作頻率;S棒和調(diào)諧單元共同把發(fā)送信號耦合到鋼軌上。處理單元具有與ATC,VPI（計算機聯(lián)鎖）設備的接口，ATC設備提供軌道電路發(fā)送給列車的SA-CEM報文信息（機車信號），另外還提供維護用的接口。二、處理單元工作原理處理單元的主要功能原理如圖3一55所示。處理單元由發(fā)送接收板、比較板以及調(diào)制解調(diào)板組成。電路中的門限2高于門限1，以保證開關(guān)K置“

7、a”值大于置“b”值（類同軌道繼電器返還系數(shù)）。本段軌道空閑時，調(diào)制解調(diào)板產(chǎn)生400 bit/s的軌道電路調(diào)制數(shù)據(jù)（簡稱軌道數(shù)據(jù)），以分配給本段的載頻，用MSK調(diào)制方式發(fā)送至鋼軌。接收部分的數(shù)據(jù)比較器將解調(diào)后得到的軌道數(shù)據(jù)與調(diào)制電路的軌道數(shù)據(jù)比較，如果一致就表示軌道數(shù)據(jù)收悉；電平比較器檢測接收信號的電平，如果接收信號電平高于門限1，而解調(diào)后的數(shù)據(jù)又與本軌道數(shù)據(jù)一致，則與門輸出“1”，開關(guān)K置“a”，繼續(xù)向軌道發(fā)送軌道數(shù)據(jù)，并向VPI發(fā)送軌道電路空閑信號（24 V）。如果軌道被列車占用，列車輪軸分路軌道信號，信號接收電平低于門限1，則與門輸出0;開關(guān)K置“b”;調(diào)制數(shù)據(jù)改為500 bit/s的S

8、ACEM報文，經(jīng)由鋼軌發(fā)送給列車，用于列車自動控制。當列車出清本軌道電路時，電平比較器得到高于門限1的電平，但是開關(guān)K置b”，所收數(shù)據(jù)與軌道數(shù)據(jù)比較不一致，不能立即發(fā)送空閑信號。當電平高于門限2的電平時，觸發(fā)計時器，計時結(jié)束后進行接點轉(zhuǎn)換，開關(guān)K置“a”。解調(diào)器收到軌道數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)比較一致后并滿足電平要求后，向VPI發(fā)送空閑信號。所以，列車出清軌道后要經(jīng)過一定的延時才可以發(fā)送空閑信號。三、S棒及調(diào)諧單元工作原理S棒與調(diào)諧單元、鋼軌以及連接電纜并聯(lián)諧振于所處軌道的載頻，用于選頻及濾波調(diào)諧單元中含有可調(diào)電感，用以調(diào)整諧振頻率在載頻中心頻率，見圖3一56。一個調(diào)諧單元由兩個對稱部分組成，分別用于前個

9、軌道電路的接收和后一個軌道電路的發(fā)送。fx是左邊軌道電路的載頻頻率,fy是右邊軌道電路的載頻頻率。采用的是注入式自耦方式。圖3-57是S棒工作原理圖。S棒由兩個半環(huán)構(gòu)成，假設右半環(huán)用于向左方向發(fā)送信號，那么下一個S棒的左半環(huán)則用于接收信號，這兩個半環(huán)與它們所連接的調(diào)諧單元諧振于本軌道的載頻。此外，S形的設計可以使發(fā)送具有方向性。發(fā)送信號由S、S-輸人（這里只考慮正半周），S端電流經(jīng)過C到B，再分成兩路Isx、ldx，其中Isx去向本軌道電路的接收端。經(jīng)C到D方向的電流在流經(jīng)AA和DE時分別產(chǎn)生互感及自感電流與1,.抵消，致使發(fā)送電流只向左發(fā)送。在發(fā)送方，S棒兩端外側(cè)1 m處的軌面電壓比值U1/

10、U2認應大于2.5，在接收端的比值認U2/U1應大于2.2。S形的設計可以消除軌道電路的“死區(qū)段”，即當列車輪軸在A點附近分路時，保證相鄰兩個軌道電路都處于占用狀態(tài)，而不能出現(xiàn)都空閑的“死區(qū)段”現(xiàn)象。在電氣絕緣（S棒）中有一段區(qū)域是信號電平模糊區(qū)段，由于信號電平低，而且又是兩個頻率的切換點，所以模糊區(qū)段中，車載設備所收到的信息是不可靠的。DTC921型軌道電路是采取如下措施來解決此問題的。當列車通過此模糊區(qū)段（根據(jù)道床及分路條件，最長5 m）時，列車將忽略所接收到的信息，所以頻率的轉(zhuǎn)換不會影響車載設備的工作。這種處理方式是采用一種“傳輸間隙”的方式來處理的，是通過在進路地圖內(nèi)定義“傳輸間隙”奇

11、點來實現(xiàn)的（奇點是位置信息，例如道岔位置，信號機位置）。當列車接近圖3-58 PK1奇點，在時間t1時，車載ATP將在當前接收報文的末端停止接收信息。然后在電氣絕緣節(jié)區(qū)域內(nèi)的PK2及時間t2時切換接收頻率，并搜尋適當區(qū)域（PK3及t3）內(nèi)的報文，重新啟動接收處理報文信息。PK;的位置以及所要切換的頻率信息在列車運行到模糊區(qū)段前已經(jīng)提前存在于SALEM報文中的安全不變量發(fā)送給車載設備，車載設備在到達PK，后立即完成上述一系列動作。四、軌道電路頻率劃分及方向性由于此軌道電路沒有絕緣節(jié)，為了避免干擾，頻率的配置按照一定的規(guī)律安排，見圖3-59。此軌道電路提供8個頻率，F(xiàn)7 , F9和Fll依次用于下

12、行線，F(xiàn)8, F10和F12依次用于上行線。F13和F14用于特殊地區(qū)。各個頻率以400 bit/s的速率調(diào)制不同的軌道數(shù)據(jù)（例如C19,C22等）。每個頻率分配3種軌道數(shù)據(jù)，例如F7分配的是C19、C20、C21。軌道數(shù)據(jù)其實就是一系列二進制碼（例如C19是7589,C20是7623,C21是8AB9）。按照這種組合經(jīng)過8個軌道電路才會出現(xiàn)頻率相同軌道數(shù)據(jù)也相同情況，例如F9/C25由于信號的自然衰耗，在最不利條件下，這兩段軌道電路也互不影響。當軌道電路空閑時，各個載頻調(diào)制軌道數(shù)據(jù)。一旦被占用，則軌道電路調(diào)制500 bit/s的SALEM報文。無論軌道數(shù)據(jù)還是SACEM報文都迎著列車的方向發(fā)送。VPI向軌道電路發(fā)送DOT命令（倒換方向命令），用于列車反向行駛。通過處理單元中的繼電器可以倒換發(fā)送方向。五、道岔區(qū)段的應用由于道岔區(qū)段的存在，SACEM信號在側(cè)股采用環(huán)線發(fā)送的方式。環(huán)線的發(fā)送頻率不同于直股（直股機車信號載頻與本軌道載頻相同），信號通過LIU（環(huán)線調(diào)諧單元）發(fā)送給環(huán)線。與直股不同的是環(huán)線發(fā)送是時時發(fā)送（不間斷發(fā)送），直股