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城市軌道交通數字軌道電路系統可靠性與安全性設計
作者：
時(shí)間：2013-01-11
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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2.2 端設備
信息傳遞的安全性主要依靠端設備的安全設計來(lái)實(shí)現。通訊通道的錯誤、故障的檢測與判定以及故障后的輸出，全部由端設備來(lái)完成。端設備包括ICU通訊模塊以及DTC通訊板、車(chē)載系統的信息接收設備。ICU通訊模塊采用的是三取二結構，以此獲得高可靠性和高安全性。DTC通訊板以及車(chē)載信息接收設備采用的是雙二取二（2-out-2）結構，安全性由單個(gè)設備保證，而可靠性則由雙系統熱備或并行工作實(shí)現。
3 軌道電路系統設計
DTC系統在設計時(shí)必須兼顧安全性、可靠性。安全性由單元設備及通訊協(xié)議、校驗互校機制的設置來(lái)保證，以系統的備份提高可靠性。
3.1 通訊
DTC內部通訊機制采用與區控中心通訊相同的接口方式，由通訊板完成對下層DTC收發(fā)設備的通訊調度，DTC機柜內部采用雙環(huán)通訊網(wǎng)，通訊板及下層設備的通訊接口均為2-out-2結構。采用與區控中心相類(lèi)似的通訊協(xié)議。信道中的數據分兩類(lèi)，ICU發(fā)來(lái)的命令是三重冗余數據，DTC收發(fā)設備上報的數據采用2-out-2方式。這種方式減少了通訊板的設計復雜性，設計錯誤隨之下降。
3.2 雙機系統
DTC系統采用雙機系統結構。故障率比較高的電子設備均為雙重系，結構簡(jiǎn)單、失效率（故障率）較低的傳輸設備則為單一設備。發(fā)送設備如發(fā)送板、功放板采用熱備方式，切換開(kāi)關(guān)為繼電器，當設備出現故障時(shí)，繼電器失磁，轉換到備機輸出，經(jīng)維修恢復正常后，工作在備機狀態(tài)。設備在備機狀態(tài)下同樣具有自檢功能。接收板和通訊板采用并行工作方式，兩個(gè)接收板獨立工作，各自向通訊板報告檢測到的軌道電路狀態(tài)及自身工作情況，通訊板只要收到有一個(gè)軌道電路區段空閑標志，就認為該區段空閑。通訊板只要有一個(gè)工作正常，即可承擔起ICU與DTC的信息交換任務(wù)。這些設備自身都具備自檢功能（功放板的檢測由發(fā)送板完成）。
3.3 校驗、互校機制
在系統設計中，引入了校驗和互校的機制。區控中心發(fā)出命令經(jīng)通訊板傳遞到DTC系統單元設備時(shí)，單元設備要對該命令進(jìn)行檢查，首先對收到的三組數據進(jìn)行三取二處理，然后將結果與預先約定的內容比較，檢查是否一致，若出現命令誤送（合法的碼字，但對象錯誤）或碼錯誤，都能夠及時(shí)發(fā)現。發(fā)送設備向鋼軌傳遞的命令信息，在室內也有一條通路傳送至接收設備，接收設備將經(jīng)軌道傳送來(lái)的信息與此加以比較，以確定軌道區段的空閑/占用，同時(shí)可以判斷發(fā)送端送出的信息是否有錯誤。另外，單元電路內部的2-out-2結構，也存在校驗和互校機制。
3.4 故障輸出
DTC的信息輸出有兩種工作模式，即正常工作模式和測試模式（或稱(chēng)安全模式）。當發(fā)送設備及通訊正常時(shí)，DTC工作在正常工作模式。通訊板或發(fā)送設備出現故障，包括與區控中心的通訊故障出現時(shí)，立即轉入測試模式。測試模式只對軌道電路內部檢測、調試起作用，不帶任何控車(chē)信息，車(chē)載設備接收到此命令，將立即停車(chē)。當接收設備故障時(shí)，給出的軌道區段標志為占用狀態(tài)。
4 單元電路設計
構建一個(gè)安全可靠的系統，單元設備的設計尤為關(guān)鍵，將直接影響系統的性能。
4.1 設計原則
1． 故障安全原則
當設備故障時(shí)，其輸出必須不危及行車(chē)安全。設備結構大多采用2-out-2方式。DTC通訊板、發(fā)送板、接收板均采用此種結構，輸出之前需要相互比較或檢查監督，當任一出現故障時(shí)，均停止工作，輸出倒向安全側。
2． 易故障模塊分離原則
將易故障的模塊分離設計，有利于故障設備的維修，從而提高系統的可用性。根據以往的經(jīng)驗，有些模塊故障率比較高，例如功放，為了提高發(fā)送設備的可靠性，將功放獨立設計成板，并針對功放的弱點(diǎn)強化設計，降低了功放的故障率。另一方面為發(fā)送設備的故障維修節省了時(shí)間，單位時(shí)間內可用性也得以提高。
3．模塊通用化設計原則
將功能相同（或相近）的部分設計成通用模塊，減少了系統設計的復雜性，提高了系統的穩定性。通訊板、發(fā)送板和接收板均使用微處理器，而且都采用2-out-2結構，在設計中將2-out-2結構的CPU 板分離出來(lái)單獨設計，并且采用相同的微處理器。這種方法雖然功能方面不一定是最優(yōu)的設計，但整體上系統得到了簡(jiǎn)單化，減少了設計的出錯可能。另外，各種帶通訊功能的單元板的接口模塊也是統一設計的。
4.2 元器件選擇
通過(guò)對元器件的選擇達到優(yōu)化電路設計、降低設備的復雜度和故障率之目的。一般說(shuō)來(lái)，大規模集成電路的故障率都比較低，而且數字電路比模擬電路的穩定性要好的多。因此盡量采用大規模集成電路，減少集成電路的數量；盡量采用數字信號處理方式，減少模擬集成電路芯片的使用。芯片、元件降額使用可以提高穩定性和延長(cháng)使用壽命。
4.3 防沖擊設計提高可用性
在實(shí)際運用中，牽引電流是影響DTC工作穩定性的重要因素之一，除了在一些參數方面進(jìn)行細致選擇外，在電路設計中根據部件的承受能力分級設計防沖擊電路，弱化甚至消除大信號對系統的破壞，使系統穩定可靠工作。同時(shí)由于沖擊和列車(chē)的牽引控制電路產(chǎn)生的高頻干擾的存在，在信號頻帶范圍內，有一定量的噪聲干擾，除增加DTC信號能量以提高信噪比外，采用數字信號處理方式可提高系統的抗干擾能力。
5 總結
DTC系統是個(gè)全新的系統，它是在已有的國內信號技術(shù)特別是軌道電路技術(shù)成功應用經(jīng)驗的基礎上，結合數字化技術(shù)、通訊技術(shù)以及微電子技術(shù)自主研制的，在研制過(guò)程中，對其安全性和可靠性采取了一定的措施，并考慮了設備的綜合成本因素，力求達到最合理的性?xún)r(jià)比，最終的結果還有待于在實(shí)際運用中進(jìn)一步檢驗。
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