列车运行自动控制系统.pptx
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1、会计学1列车运行自动控制系统列车运行自动控制系统n n7 应答器系统原理及应用应答器系统原理及应用n n7.1 概述 n n7.2 应答器系统组成 n n7.3 应答器工作原理n n7.4 LEU的工作原理及报文读写工具n n7.5 应答器传输模块 n n7.6 应答器用户数据的形成n n7.7 应答器编号和设置原则 n n7.8 报文应用举例 第1页/共43页7 7 应答器系统原理及应用应答器系统原理及应用应答器系统原理及应用应答器系统原理及应用7 71 1 概述概述概述概述要实现一次模式曲线控制列车运行,其车载设备需由地面设备提供大量信息,如列车运行前方区间空闲状态、列车位置、距目标点的距
2、离、列车运行前方的线路情况(包括道岔限速、曲线限速、坡道限速等),以及列车进正线、侧线信息等。如果这些信息全部依靠轨道电路连续传送,由于轨道电路特性所限,难以完成。而采用连续式轨道信息加点式信息传送方式,即构成点连式列控系统,可以较好地解决这个问题。应答器(Balise)作为高速率、大信息量的点式数据传输设备,可以用于列车安全防护、道口控制、定位停车、车种识别、进路预排、临时限速及其他各种限速、报公里标、电力机车分相自动转换及受电弓自动控制等方面。因此,应答器是一种极具综合利用价值的可以广泛使用的基础信号设备,其运用潜力巨大,可以达到一次投入综合利用与综合服务的目的,从总体经济效益上,投入产出
3、比是相当可观的。第2页/共43页7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 21 1 名词术语名词术语1天线单元:是车载点式传输单元,其主要功能是通过空气间隙传输和或接收信号。2应答器:是使用磁收发器技术的轨旁点式传输单元,其主要功能是通过空气间隙传输和或接收信号。应答器是独立装置。3应答器传输模块:是处理上行链路和下行链路信号与报文的车载模块,它与车载ATCATP总线及天线单元接口。4下行链路:定义为欧洲应答器传输子系统中构成车载数据总线至LEU通信所需的全部功能。5固定数据:定义为与列车交换的数据,且只能通过重新配置来改变,即:正常运行期间数据不能改变。6固定报文:上行链路应答器中
4、具有的固定数据的报文。7磁收发器技术:是在发送器和接收器间的空气间隙中使用磁耦合技术传输数据的一种方法,在欧洲应答器传输子系统中,接口“A”使用磁收发器技术来实现。8远程供电:是通过产生磁场,由车载设备为轨旁应答器提供电源的一种方法。9上行链路:定义为欧洲应答器传输子系统中构成从信号和电源匹配功能,或直接从固定数据应答器,到接口B,通信所需要的全部功能。10默认报文:当LEU无有效数据时,由可变上行链路应答器发送的报文。第3页/共43页7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 22 2 系统构成系统构成2车载设备包括:车载天线、应答器传输模块BTM。(1)车载天线(BTM天线):车载
5、天线是一个双工的收发天线,既要向地面连续发送27095MHz的高频电磁能量,以激活地面应答器,还要接收地面应答器发送的数据报文。机车天线接收到地面载频信号后,经过应答器传输模块的数字解调、报文还原等,由串行通信接口向“车载列控设备”传送。车载天线具有自检和断线检查功能。(2)应答器传输模块BTM:由载频发生器、功率放大器和解码器构成。1)载频发生器与功率放大器用于产生激活地面应答器所需的载频能量并通过车载天线传递给地面应答器。2)解码器用于对地面应答器信息的接收、滤波、数字解调与处理以及相关数据的传输。处理好的数据通过相应的接口在约定的接口协议下传送至相关的设备,如ATP设备,显示设备或无线设
6、备。1地面设备(1)应答器地面设备包括:地面无源应答器和地面电子单元(LEU)连接构成地面有源应答器。(2)地面应答器通过接受应答器车载天线传递的载频能量获得电能量使地面应答器中的信号发生器工作,将事先存储在地面应答器中的数据发送出去。(3)通过连接的地面电子单元(LEU),可实时更新地面应答器中存储的数据,实现地面应答器对变化数据的传输。3传输结构:应答器是一个点式地对车信息传输设备,可应用于CTCS-1一CTCS-4各级列车运行控制系统。当车载应答器天线在有效作用范围内时,地面应答器需发送连续的信息。应答器发送的信息形成一个无缝的报文信息流,该报文由同步码、有效信息以及校验码组成。第4页/
7、共43页 ATP车载设备系统结构EB,SBDMI155Niveau 2STM STBYSRAnnonce Niveau 1Niveau 1Annonce Niveau2Connexion RBC OK050100150200300250350400安全计算机安全计算机BTM速度传感器速度传感器LKJ050150200300250350400050150200300250350400列车接口单列车接口单元元欧洲应答器天线欧洲应答器天线轨道电路轨道电路 传感器传感器继电器接口继电器接口STM第5页/共43页7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 23 3 系统功能系统功能1系统主要设备
8、及相关工具应答器系统主要设备及相关工具包括:地面无源应答器、地面有源应答器、地面电子单元(LEU)、车载天线、应答器传输模块(BTM)、报文编码工具、应答器无线读写工具等。2各接口功能(1)“A”接口定义;“A”接口为地面应答器与车载天线设备间的通信接口,其接口定义对确保不同应答器设备间互联互通以及信息传输的高效、安全、可靠具有重要的意义。它具有以下功能:车载天线设备向地面应答器提供电磁能量;地面应答器向车载天线设备发送数据报文;无线读写器对地面应答器读写数据报文。(2)“C”接口为LEU与应答器间通信接口。LEU从TCC(列控中心)收消息,这些消息被转换成上行链路欧洲报文并通过接口C传送给应
9、答器,应答器将报文传送给通过列车的车载设备。车载设备发送下行链路报文,由应答器接收,然后通过接口C转给LEU。(3)“S”接口接口“S”为地面电子单元(LEU)与车站列控中心TCC的有线通信接口,LEU根据外部信息变化,向地面有源应答器发送相应数据报文。接口“B”为应答器系统与车载列控设备间的有线通信接口,将解码后的数据传给车载列控设备。接口“D”为车载天线与应答器传输模块间的设备内部接口。第6页/共43页7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 23 3 系统功能系统功能3系统主要用途及工作流程应答器系统的主要用途,是向“列车控制设备”提供可靠的地面固定信息和可变信息。其主要工作流
10、程如下:由编码工具按照欧洲应答器编码标准将用户报文转换成应答器传输报文,并存储到LEU中或应答器无线读写器中。应答器无线读写器向应答器写入报文。列控中心通过接口“S”给LEU提供列车控制信息,LEU将对应的应答器传输报文通过接口“C”发送给有源应答器。当列车经过有源应答器或无源应答器时,在车载天线的电磁能量作用下,将应答器激活,应答器通过接口“A”向车载天线发送数据报文。车载天线通过接口“D”,将接收到的数据信号传送给应答器传输模块BTM,应答器传输模块经过滤波、放大、解调后,对接收到的数据进行解码,还原得到用户报文。应答器传输模块BTM通过接口“B”发送用户报文到车载列控设备。4地面无源应答
11、器功能当列车经过无源应答器上方时,无源应答器接收到车载天线发射的电磁能量后,将其转换成电能,使地面应答器中的电子电路工作,把存储在地面应答器中的1023 位数据报文循环发送出去,直至电能消失(既车载天线已经离去)。通过应答器无线读写器可以向地面无源应答器写人数据报文。通过应答器无线读写器可以对地面无源应答器存储的数据报文进行读出、校核。第7页/共43页7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 23 3 系统功能系统功能5地面有源应答器能功有源应答器通过与地面电子单元(LEU)的连接,可实时改变传送的数据报文。当与LEU通信故障时(接口“C”故障),有源应答器可以自动切换到无源应答器工
12、作模式,发送缺省报文。其他功能和无源应答器相同。无源应答器与有源应答器的区别:(1)二者外观相同,但有源应答器多了连接电缆。(2)发送的信息:1)无源应答器发送自身预存信息;2)有源应答器发送自LEU来的信息,当电缆断线时发送自身预存信息(默认报文)。6地面电子单元(LEU)功能LEU是一种数据实时采集与处理单元,当获得车站进路和相关信息,包括接车进路、发车进路、通过进路、运行方向、股道号等数据变化时,将变化后的数据相对应的数据报文传送给有源应答器。当LEU与列控中心之间出现通信故障时(接口“S”故障),可以向有源应答器发送缺省报文,并给出报警信号。LEU可实时监测与地面有源应答器间的通信状态
13、,一旦LEU与地面有源应答器通信中断,LEU可以向列控中心等设备发送故障信息,并给出报警信号。LEU除根据外部控制条件发送存储的数据报文功能外,还可将地面列控中心等设备传送的数据报文直接向有源应答器发送,以解决数据存储量的限制和临时报文的发送。车站地面列控中心等设备可对地面电子单元(LEU)中存储的数据报文内容进行读取、更新操作。7车载天线功能车载天线是一个双工(即能发送数据也能接受数据)的收发天线,既要向地面连续发送27095MHz的高频电磁能量,以激活地面应答器,还要接收地面应答器发送的数据报文。机车天线接收到地面载频信号后,经过应答器传输模块的数字解调、报文还原等,由串行通信接口向“车载
14、列控设备”传送。车载天线具有自检和断线检查功能。第8页/共43页7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 23 3 系统功能系统功能BTM应答器车载查询器(传输模块)(84TE)BTM应答器车载查询器(63TE)车载应答器传输模块第9页/共43页车载天线7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 23 3 系统功能系统功能ANT应答器车载天线第10页/共43页7 72 2 应答器系统组成应答器系统组成7 72 23 3 系统功能系统功能FB无源应答器TB有源应答器LEU型地面电子单元第11页/共43页点式应答器设备点式应答器设备第12页/共43页7 72 2 应答器系统组成应
15、答器系统组成7 72 23 3 系统功能系统功能应答器报文读写器应答器报文管理系统应答器报文生成软件第13页/共43页7 7 3 3 应答器工作原理应答器工作原理应答器系统是一种采用电磁感应原理构成的高速点式数据传输设备,用于在特定地点实现地面与机车间的相互通信。安装于两根钢轨中心枕木上的地面应答器不要求外加电源,平时处于休眠状态,仅靠瞬时接收车载天线的功率而工作,并能在接收到车载天线功率的同时向车载天线发送大量的编码信息。安装于机车底部的车载天线不断向地面发送功率并在机车通过地面应答器时接收来自应答器的编码信息。7 73 31 1 电磁感应的基本原电磁感应的基本原理理 1天线的估算机车天线与
16、地面应答器(天线),是应答器系统的关键部件。它的主要功能是:能量频率与信息载频相互耦合与传递,在全双工(能同时进行发送和接收数据)通讯中,同时会有三个频率在工作。第14页/共43页7 7 3 3 应答器工作原理应答器工作原理7 73 31 1 电磁感应的基本原电磁感应的基本原理理 新研制的天线技术条件是:天线辐射扇面大于150度,耦合效率高(约6-10),体积小,垂直作用距离大于500mm,水平作用距离大于900。在小于30MHz的系统中,电场起次要作用,而近距离的磁场将起主导作用。1天线的估算第15页/共43页7 7 3 3 应答器工作原理应答器工作原理7 73 31 1 电磁感应的基本原电
17、磁感应的基本原理理 1天线的估算对无源应答器来说,系统的供电必须从感应电压获得,在应答器线圈中,应答器最小动作(临界工作)磁场强度Hwn,应由下列公式求出:在频率、线圈结构确定的条件下,根据上2式可计算出应答器临界动作的最小磁场强度,再借助于耦合系数,最后可求出机车天线应辐射的磁场强度,进而求出天线发射功率。第16页/共43页7 7 3 3 应答器工作原理应答器工作原理7 73 31 1 电磁感应的基本原电磁感应的基本原理理 2传输速率的选取当机车与应答器相互作用时,能读取尽可能多的数据是主要目的。要实现这一目的不仅与数据传输速率有关,还与作用距离有关,是二者的乘积。公式如下:收码总量M作用时
18、间传输速率当数据传输速率选取较低时,数据传输慢,但是通道带宽可取较窄,能提高抗干扰能力,并且应答器可以设计达到较远的传输距离。当数据传输速率选取较高时,数据传输快,但是系统需要增加带宽,使应答器系统的作用距离变近。这是因为应答器线圈与谐振电容共同组成串联谐振回路,品质因数Q是一个重要指标,Q高谐振回路的电流就高,作用距离就远。当传输速率选取较高时,所需要的带宽Bw。就要增加,而Q必须降低,Q与Bw。成反比。公式如下:Bw=f/Q带宽Bw决定了Q的取值范围,也决定了调制载波的边频分量,如果Q选取过高,调制波的边带因带宽不够可能大大衰减,以致缩短了作用距离。从另一方面讲传输速率高,载频就要高,无源
19、应答器耗能增加,负载电阻减小,从上节最小动作磁场强度Hmin的公式也可得出结论,负载电阻及R2减小,应答器动作磁场强度就要加大(作用距离变近)。第17页/共43页7 7 3 3 应答器工作原理应答器工作原理7 73 31 1 电磁感应的基本原电磁感应的基本原理理 2传输速率的选取信息量的制定是根据机车驶过地面作用点时,接收到的码元总位数决定的。接收到的码元总位数多少又取决于作用时间与传输速率的乘积。以列车时速300kmh为例计算,列车每lms走行833mm。欧洲型应答器(传输速率为565kbt s,最大信息量为1023bit)最大作用时间为54ms(最大作用距离为450mm,T45083 35
20、4ms,电路启动时间忽略不计)。收码总量M54ms565kbit s3051bit;可重复接收到的帧数为3051bit1023bit298(帧)。我国设计天线的水平作用距离至少为900mm(实际大于1m),仍以上述列车时速300kmh为例计算,作用时间为108ms(T90083 3108ms,电路启动时间忽略不计);收码总量M108ms400kbit s=4320bit;可重复接收到的帧数为4320bit1280bit3375(帧),大于完整3帧,已满足计算机译码要求。若取传输速率为512kbit s,则收码总量可大于完整4帧。如果在满足计算机译码要求(帧数冗余)的条件下,传输速率由512kb
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