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【摘 要】城轨各车型所采用的车载信号系统电气接口电路在电气连接器形式、指令采集方式、电压等级等方面均不相同，现有的单一调试方法已无法满足多样性的接口现状。随着国内外城轨车辆项目、车辆数量与供货商的日益增多，及时研制出通用化、模块化的车载信号系统线路试验装置以满足车辆制造多样化的需求，对城轨建设过程中的车载信号系统调试具有重要意义。
【关键词】地铁；车载信号；系统调试
一、构架设计
车载信号系统设备分为两套分别位于列车两端的司机室台柜中，一套工作一套热备冗余。车载信号系统线路主要布设于两头车，中间车会有部分贯穿线。因此我们设计试验装置为两套分别位于两司机室。列车可分为2节编组到9节编组不等，在调试时使用有线进行试验装置通讯非常不便，列车调试时会存在多列车同调现象，故选用分布式无线通讯。下面以6节编组为例。
图1 车载信号系统线路调试试验设备布置图
根据车辆与车载信号系统设计习惯，DC110V是车辆用的继电器控制电源、控制系统供电电源；部分车载信号系统中使用的DC24V，为车载信号系统内部将DC110V转换后的电源。因此车辆与信号系统相关的DC110V、DC24V继电器，其电源均为车辆DC110V提供。我们通过归纳不同车型的车载信号系统接口电路，其接口电路也不会超出我们所限定的范围。
为了实现本设计的升级能力及可扩展性，本次进行模块化设计，如图2，电气接口转接模块将车辆信号传递给指令指示控制模块与单片机数据采集系统，指令指示控制模块显示车辆传递的信息，ewin7000一体机将单片机数据采集系统传递的信号进行显示、保存后并可通过无线通讯模块传递给其它的车载信号系统线路试验装置。ewin7000一体机根据车辆传递来开关量指令与速度信号，输出开关量指令给车辆。指令指示控制模块可以根据车辆传递的开关量指令与速度信号，输出开关量指令与模拟量指令给车辆。
图2 车载信号系统线路调试试验设备研制框图
二、内部设计
车载信号系统线路调试试验装置包括电气接口转接模块、开关量指令采集电路、模拟量指令控制电路、速度传感器信号采集电路、指令指示控制模块、所有车辆的指令经过信号隔离后传递给单片机数据采集系统、ewin7000一体机、与无线通讯模块。
1、硬件结构设计
开关量指令电路在电压等级上分为DC110V、DC48V与DC24V，指令采集上分为外部指令直接采集与外部指令间接采集。但我们可以归纳为四种电路：基于DC24V供电的输入电路，基于DC24V供电的输出电路，基于DC110V电源供电的输入电路，基于DC110V供电的输出电路。DC48V在车载信号系统中较少存在，本试验装置做到DC24V电路与DC48V公用。
1.1开关量指令电路设计
开关量指令包括车辆主控、列车完整性、信号模式、ATP允许牵引、ATO启动按钮、ATO已激活、紧急制动信号、牵引状态信号、牵引切除信号、制动状态信号、保持制动信号、客室车门开启关闭选择、左右客室门解锁信号、开关门按钮、开关门信号、车门状态信号、发车与折返信号、升降级模式选择、无人折返输出等。接口电路中有DC110V与DC24V两种电源形式。
当电源为车载信号系统提供时（7、8点短接），那么试验装置跳线3、4点，5、6点短接，试验装置提供DC24V电源，LED以绿灯显示，试验装置显示列车指令信号。环路电流8mA，当电源为DC48V时，环路电流16mA，故选用光耦PC817的额定工作范围之内。当电源为城轨车辆提供时（7、11点，8、12点短接），那么试验装置跳线1、2点短接，车辆提供DC110V电源，LED以红灯显示，试验装置显示列车指令信号。如果图中试验装置跳线3、4点与5、6点短接，车辆上7、11点，8、12点短接，会出现车辆电源DC110V与试验装置DC24V串联的现象，试验设备中的DC24V电源为车辆DC110V转换而来，因此需要选择隔离式的DC/DC开关电源。
图3 开关量指令电路图
图4 DC/DC电源串联图
1.2模拟量指令电路设计
模拟量信号包括0～20mA与0～10V两种，不同车型会选择其中之一。试验装置选用电位器模拟两种模拟信号分别传遞给车辆与单片机。车辆电气环境复杂，选用隔离放大器实现车辆与试验装置的电气隔离，ewin7000一体机可通过单片机显示模拟量状态。
图5 模拟量指令电路图
1.3速度信号采集电路
车载信号系统用速度传感器主要使用的是光电式、光学编码器或霍尔式传感器，线性速度传感器以脉冲输出作为速度信号，因此通过单片机采集传感器脉冲计算车辆速度，并通过ewin7000一体机进行显示。选用高速光电耦合器实现车辆与试验装置的电气隔离。
图6 速度信号采集电路图
1.4单片机数据采集系统
车辆开关量信号现在最多为61路，输入40路，输出21路。本次设计开关量指令电路100路，输入输出各50路。单片机需要采集、控制所有的车辆开关量信号，因此选用多个单片机采集指令。一个主单片机与其他单片机、ewin7000一体机进行通讯，单片机间通过总线连接。使用单片机的2路10位A/D转换端口接收模拟量信号。16位的定时器接收速度传感器发来的脉冲信号。
1.5ewin7000一体机
ewin7000一体机显示车辆发出的开关量指令与速度信号以及指令指示控制模块发出的模拟量信号并将所有的数据进行存储。对显示存储的数据进行参数设置。根据使用者的选择，显示其他车载信号系统线路试验装置的数据。
1.6无线通讯模块
城轨车辆按节编组的数量由2节至9节等多种，客室内部通常存在遮挡物影响无线通讯质量，多个车载信号系统线路试验装置实现正常实时通讯，需要选择大功率的无线通讯装置。本设计选用中功率无线数传模块，发射功率500mW，接收灵敏度：-124dBm，发射工作电流小于550mA，发射功率最高达29dB，接收工作电流30mA，8信道可选，串口速率：1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600/115200Bit/s可选。 1.7电气接口转接模块
城轨车辆的车载信号系统电气接口与物理接口标准不统一，通过电气接口转接模块实现试验装置与车辆的连接。
2、人机界面设计
ewin7000一体机上首界面显示开关量输入状态、开关量输出控制、模拟量输出控制、车速检测。见下图。本软件使用VisualC++6.0开发平台进行开发，可根据现车需要输入相应的线号或注释，实现车载信号系统线路的可视化调试。点击保存历史记录与查看历史记录进行对存储数据的操作。
图7 本地界面
点击查看远程状态后进入图8的界面，远程界面。在此界面可以查看本列车另一端信号试验装置的状态。点击设置线号按钮，会进入图9的界面，进行线号的设置，频速比的设置，设置完成后點击确定按钮结束。
图8远程界面 图9 信号设置界面
点击查看历史记录按钮，可进入下一窗口，查看本地输入、输出状态与远程输入状态。该操作窗口可以调取和删除历史数据。如图10所示。
图10 历史信息查看界面
调节模拟量输出旋钮，可以看到模拟量信号的输出，手动测量输出值，可以看到输出量在0～1V间变化。如图11所示。
图11 模拟量输出指示图
列车运行过程中记录列车速度。如图12所示。
图12 列车速度指示图
结束语
本文主要介绍了城轨车辆信号系统试验装置的开发研究，设计多功能通用试验器，并进行了试验验证.本开发研究提高调试试验方法的自动化水平，是提高电气试验效率、提升调试质量最有效的手段。城轨车辆信号系统试验装置的研究为将来实现分布式数据采集系统的集中管理与控制，实现其调试试验数据共享和调试试验自动化远程控制奠定了基础。
参考文献：
[1]张金，孙延焕.城市轨道交通信号系统分段开通调试[J].现代城市轨道交通，2014，03：85-88.
[2]陈璋，徐顺，陈为.城轨车载信号系统线路调试试验研究[J].软件，2014，05：50-53+56.
[3]朱贵钦.关于地铁信号系统施工的思路构建[J].现代工业经济和信息化，2014，11：26-28.
[4]李若洁.地铁车辆CBTC系统车载信号常见故障探析[J].中国新技术新产品，2014，15：15-16.
【关键词】地铁；车载信号；系统调试
一、构架设计
车载信号系统设备分为两套分别位于列车两端的司机室台柜中，一套工作一套热备冗余。车载信号系统线路主要布设于两头车，中间车会有部分贯穿线。因此我们设计试验装置为两套分别位于两司机室。列车可分为2节编组到9节编组不等，在调试时使用有线进行试验装置通讯非常不便，列车调试时会存在多列车同调现象，故选用分布式无线通讯。下面以6节编组为例。
图1 车载信号系统线路调试试验设备布置图
根据车辆与车载信号系统设计习惯，DC110V是车辆用的继电器控制电源、控制系统供电电源；部分车载信号系统中使用的DC24V，为车载信号系统内部将DC110V转换后的电源。因此车辆与信号系统相关的DC110V、DC24V继电器，其电源均为车辆DC110V提供。我们通过归纳不同车型的车载信号系统接口电路，其接口电路也不会超出我们所限定的范围。
为了实现本设计的升级能力及可扩展性，本次进行模块化设计，如图2，电气接口转接模块将车辆信号传递给指令指示控制模块与单片机数据采集系统，指令指示控制模块显示车辆传递的信息，ewin7000一体机将单片机数据采集系统传递的信号进行显示、保存后并可通过无线通讯模块传递给其它的车载信号系统线路试验装置。ewin7000一体机根据车辆传递来开关量指令与速度信号，输出开关量指令给车辆。指令指示控制模块可以根据车辆传递的开关量指令与速度信号，输出开关量指令与模拟量指令给车辆。
图2 车载信号系统线路调试试验设备研制框图
二、内部设计
车载信号系统线路调试试验装置包括电气接口转接模块、开关量指令采集电路、模拟量指令控制电路、速度传感器信号采集电路、指令指示控制模块、所有车辆的指令经过信号隔离后传递给单片机数据采集系统、ewin7000一体机、与无线通讯模块。
1、硬件结构设计
开关量指令电路在电压等级上分为DC110V、DC48V与DC24V，指令采集上分为外部指令直接采集与外部指令间接采集。但我们可以归纳为四种电路：基于DC24V供电的输入电路，基于DC24V供电的输出电路，基于DC110V电源供电的输入电路，基于DC110V供电的输出电路。DC48V在车载信号系统中较少存在，本试验装置做到DC24V电路与DC48V公用。
1.1开关量指令电路设计
开关量指令包括车辆主控、列车完整性、信号模式、ATP允许牵引、ATO启动按钮、ATO已激活、紧急制动信号、牵引状态信号、牵引切除信号、制动状态信号、保持制动信号、客室车门开启关闭选择、左右客室门解锁信号、开关门按钮、开关门信号、车门状态信号、发车与折返信号、升降级模式选择、无人折返输出等。接口电路中有DC110V与DC24V两种电源形式。
当电源为车载信号系统提供时（7、8点短接），那么试验装置跳线3、4点，5、6点短接，试验装置提供DC24V电源，LED以绿灯显示，试验装置显示列车指令信号。环路电流8mA，当电源为DC48V时，环路电流16mA，故选用光耦PC817的额定工作范围之内。当电源为城轨车辆提供时（7、11点，8、12点短接），那么试验装置跳线1、2点短接，车辆提供DC110V电源，LED以红灯显示，试验装置显示列车指令信号。如果图中试验装置跳线3、4点与5、6点短接，车辆上7、11点，8、12点短接，会出现车辆电源DC110V与试验装置DC24V串联的现象，试验设备中的DC24V电源为车辆DC110V转换而来，因此需要选择隔离式的DC/DC开关电源。
图3 开关量指令电路图
图4 DC/DC电源串联图
1.2模拟量指令电路设计
模拟量信号包括0～20mA与0～10V两种，不同车型会选择其中之一。试验装置选用电位器模拟两种模拟信号分别传遞给车辆与单片机。车辆电气环境复杂，选用隔离放大器实现车辆与试验装置的电气隔离，ewin7000一体机可通过单片机显示模拟量状态。
图5 模拟量指令电路图
1.3速度信号采集电路
车载信号系统用速度传感器主要使用的是光电式、光学编码器或霍尔式传感器，线性速度传感器以脉冲输出作为速度信号，因此通过单片机采集传感器脉冲计算车辆速度，并通过ewin7000一体机进行显示。选用高速光电耦合器实现车辆与试验装置的电气隔离。
图6 速度信号采集电路图
1.4单片机数据采集系统
车辆开关量信号现在最多为61路，输入40路，输出21路。本次设计开关量指令电路100路，输入输出各50路。单片机需要采集、控制所有的车辆开关量信号，因此选用多个单片机采集指令。一个主单片机与其他单片机、ewin7000一体机进行通讯，单片机间通过总线连接。使用单片机的2路10位A/D转换端口接收模拟量信号。16位的定时器接收速度传感器发来的脉冲信号。
1.5ewin7000一体机
ewin7000一体机显示车辆发出的开关量指令与速度信号以及指令指示控制模块发出的模拟量信号并将所有的数据进行存储。对显示存储的数据进行参数设置。根据使用者的选择，显示其他车载信号系统线路试验装置的数据。
1.6无线通讯模块
城轨车辆按节编组的数量由2节至9节等多种，客室内部通常存在遮挡物影响无线通讯质量，多个车载信号系统线路试验装置实现正常实时通讯，需要选择大功率的无线通讯装置。本设计选用中功率无线数传模块，发射功率500mW，接收灵敏度：-124dBm，发射工作电流小于550mA，发射功率最高达29dB，接收工作电流30mA，8信道可选，串口速率：1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600/115200Bit/s可选。 1.7电气接口转接模块
城轨车辆的车载信号系统电气接口与物理接口标准不统一，通过电气接口转接模块实现试验装置与车辆的连接。
2、人机界面设计
ewin7000一体机上首界面显示开关量输入状态、开关量输出控制、模拟量输出控制、车速检测。见下图。本软件使用VisualC++6.0开发平台进行开发，可根据现车需要输入相应的线号或注释，实现车载信号系统线路的可视化调试。点击保存历史记录与查看历史记录进行对存储数据的操作。
图7 本地界面
点击查看远程状态后进入图8的界面，远程界面。在此界面可以查看本列车另一端信号试验装置的状态。点击设置线号按钮，会进入图9的界面，进行线号的设置，频速比的设置，设置完成后點击确定按钮结束。
图8远程界面 图9 信号设置界面
点击查看历史记录按钮，可进入下一窗口，查看本地输入、输出状态与远程输入状态。该操作窗口可以调取和删除历史数据。如图10所示。
图10 历史信息查看界面
调节模拟量输出旋钮，可以看到模拟量信号的输出，手动测量输出值，可以看到输出量在0～1V间变化。如图11所示。
图11 模拟量输出指示图
列车运行过程中记录列车速度。如图12所示。
图12 列车速度指示图
结束语
本文主要介绍了城轨车辆信号系统试验装置的开发研究，设计多功能通用试验器，并进行了试验验证.本开发研究提高调试试验方法的自动化水平，是提高电气试验效率、提升调试质量最有效的手段。城轨车辆信号系统试验装置的研究为将来实现分布式数据采集系统的集中管理与控制，实现其调试试验数据共享和调试试验自动化远程控制奠定了基础。
参考文献：
[1]张金，孙延焕.城市轨道交通信号系统分段开通调试[J].现代城市轨道交通，2014，03：85-88.
[2]陈璋，徐顺，陈为.城轨车载信号系统线路调试试验研究[J].软件，2014，05：50-53+56.
[3]朱贵钦.关于地铁信号系统施工的思路构建[J].现代工业经济和信息化，2014，11：26-28.
[4]李若洁.地铁车辆CBTC系统车载信号常见故障探析[J].中国新技术新产品，2014，15：15-16.