应答器及地面电子单元(LEU)培训资料

应答器及地面电子单元（LEU）培训资料2014年9月目录1.CTCS2级系统描述12.应答器及LEU12.1.LEU功能及工作原理12.1.1.报文接收22.1.2.逻辑控制单元22.1.3.功率放大32.2.应答器结构和原理32.2.1.应答器结构32.2.2.应答器机械特性42.2.3.应答器抗杂物理能力42.2.4.应答器运用环境42.2.5.应答器工作原理53.数据83.1.用户数据83.1.1.用户数据表基本要求83.1.2.用户数据表格式和填写说明93.2.报文103.2.1.报文格式103.2.2.报文编制原则124.数据写入184.1.应答器数据写入流程184.1.1.设备数据单说明194.1.2.数据写入204.1.3.读取校核214.2.LEU数据写入流程234.2.1.数据写入244.2.2.读取校核245.LEU亮灯含义265.1.CALE板265.2.CRTE板265.3.SLEB板276.试验车检查重点286.1.应答器安装286.2.默认报文类型判断286.3.默认报文故障分析296.3.1.应答器默认报文296.3.2.LEU默认报文306.3.3.列控中心默认报文307.应答器安装及维护307.1.应答器安装轴、角的定义307.2.安装要求327.3.应答器具体的安装步骤如下：347.4.应答器设备的维护348.结束语35图索引图1-1既有线列控系统地面设备连接示意图1图2-1：LEU工作原理框图2图2-2天线与应答器之间的作用原理图5图2-3应答器原理框图7图3-1：临时限速信息变量含义示意图15图3-2：临时限速信息管辖范围示意图16图3-3：反向运行信息管辖范围示意图16图3-4：应答器数据范围示意图17图3-5：没有直股发车条件接车进路数据范围示意图17图3-6：有直股发车条件接车进路数据范围示意图17图3-7：由CTCS-2向CTCS-1/0转换时数据范围示意图18图3-8：进站口无源应答器反向数据管辖范围18图3-9：区间反向无源应答器数据管辖范围18图4-1应答器文件结构图19图4-2应答器设备数据单19图4-3：应答器写入界面21图4-4LEU文件结构图23图4-5：LEU写入界面24图6-1：默认报文标识示意图28图7-1：应答器坐标轴定义31图7-2：应答器安装旋转角定义31图7-3应答器安装空间要求32图7-4护轮轨情况下的无金属距离33图7-5在轨道中的允许位置范围33表索引表2-1应答器抗杂物A级参数4表3-1：用户信息包结构11表3-2：变量明前缀及含义11表3-3：用户数据包（ETCS-44）与CTCS数据包的嵌套使用13表7-1一般情况下应答器安装无金属距离要求32表7-2应答器安装允许的误差3311.CTCS2级系统描述列列列列列列列列列列列列列列STM列列BTM列列列列列列CTC列TDCS列列列列列列列列列列列列列列列列LEU列列列列列列列列列列列列列列图1-1既有线列控系统地面设备连接示意图1）既有线CTCS-2级列控系统是基于轨道电路+点式应答器传输列车运行许可信息并采用目标距离模式监控列车安全运行的列车运行控制系统（以下简称列控系统）。系统主要由车站列控中心、轨道电路、应答器、车载设备等构成,如图1-1所示。2）车站列控中心根据进路状态、线路参数、临时限速命令等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过有源应答器传送给列车。3）采用ZPW-2000（UM）系列轨道电路，按自动闭塞、站内电码化方式，完成列车占用检测、产生列车运行许可并连续向列车传送。4）采用应答器，设于各进站端、出站端、区间适当位置及特殊地点，向车载设备传输定位信息、进路参数、线路参数、限速信息等。5）列控车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路参数、临时限速信息及有关动车组信息生成控制速度和目标距离模式曲线，监控列车安全运行。2.应答器及LEU2.1.LEU功能及工作原理LEU是故障安全型设备，为信号系统与应答器之间提供接口，主要有以下功能：1）接收外部发送的应答器报文并连续向应答器转发。2）当输入通道故障或LEU内部有故障时，向应答器发送预先存储的默认报文。3）当有车载天线经过有源应答器上方时，LEU不转换新的报文。4）一台LEU可以同时向4台有源应答器发送4种不同的报文。25）设备自检及事件记录，并向外部设备上传。LEU工作原理如图2-1所示。通信接口微处理器程序存储报文存储检测记录逻辑控制DBPL编码8k正弦波生成功率放大功率放大合成输出DBPL编码8k正弦波生成功率放大功率放大合成输出DBPL编码8k正弦波生成功率放大功率放大合成输出DBPL编码8k正弦波生成功率放大功率放大合成输出电源通道1通道2输出1输出2输出3输出4图2-1：LEU工作原理框图2.1.1.报文接收微处理器通过通信接口周期性地从TCC接收报文，并把报文传送到逻辑控制单元，由逻辑控制单元把周期性的报文输入变为连续的报文输出。如果由于通道故障或LEU内部故障，微处理器无法接收到正确的报文，此时，便从报文存储器中选择出相应的默认报文，并传送到逻辑控制单元。在采用透明传输模式时，报文存储器只存储LEU的默认报文，即对每一路输出只存储一条默认报文。输入通道和接口单元是双套同时工作的，即使有一路通道或接口电路发生故障，也不会影响LEU与TCC之间的通信。安全通信协议保证了通信的可靠性，除采用常见的编码、帧结构定义和CRC校验外，其最大的特点是引入时间戳概念，从而确保了通信信息的正确性、实时性、完整性以及信息顺序的正确性。2.1.2.逻辑控制单元微处理器收到报文后，把报文转储在逻辑控制单元中，逻辑控制单元相当于发送缓冲器，以564.48kbps的速率把这个1023位的报文循环地输出。逻辑控制单元中采用了现场可编程门阵列FPGA，因此最大程度上减少了元件数量、缩小了体积、提高了可靠性和抗干扰能力。逻辑控制单元除输出报文数据外，还产生C6接口所需要的8.82kHz方波。32.1.3.功率放大由于C接口定义的报文数据C1和接口供电信号C6在频率上相差很大，需要分别进行功率放大。将经过放大后的C1和C6信号偶合到一个变压器内，从而实现了在一对传输线上传送两种信号。2.2.应答器结构和原理2.2.1.应答器结构应答器的主要用途是向车载ATP控制设备提供可靠的地面固定信息和可变信息。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。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（即车载天线已经离去）。通过报文读写工具BEPT可以向改写无源应答器的数据报文。通过BEPT可以对无源应答器存储的数据报文进行读出、校核。有源应答器通过与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作模式，发送缺省报文。阿尔斯通的有源应答器和无源应答器完全相同，通过电缆及插接件与LEU连接，就做为有源应答器使用；下面主要描述阿尔斯通应答器。42.2.2.应答器机械特性应答器由壳体（黄盒子）、电路板、灌封材料构成。壳体是玻璃纤维类材料热压而成；电路板厚度为3.2mm，安装在壳体内，它包含了用于发送和接收的电磁感应耦合线圈。应答器外部尺寸：长480mm宽350mm高70mm重量：约7公斤2.2.3.应答器抗杂物理能力欧洲标准中，对应答器定义了2个等级的抗杂物能力，A级和B级，A级更为严格，其指标如表2-1所示。表2-1应答器抗杂物A级参数材料规格应答器的顶层（mm）A级水清澈的200含0.1%的NaCl（重量）100雪新鲜的，0℃300潮湿的，含20%的水份300冰无孔100道碴石头100沙子干燥的20潮湿的Wet20泥浆不含盐50含盐，0.5%的NaCl（重量）50铁矿石赤铁矿(Fe2O3)20磁铁矿(Fe3O4)20铁尘制动产生的铁粉10煤尘含8%的硫磺10油和油脂502.2.4.应答器运用环境●运行温度范围：-40℃到+70℃●冷却：自然对流●储存：-40℃到+70℃，在最后的检查和测试之后小于5年●震动：符合EN50125-3（表5）5●抗震：根据标准EN60068-2-75，符合摆锤打桩机冲击试验，根据标准的表格2，最高级别是20J●抵抗行人踩踏以2000N的最大力在安装的应答器上行走的可能性●湿度范围：根据EN60721-3-4表格1，为等级4K3●压力范围：根据EN60721-3-4表格1，为等级4K3●风：根据标准EN60721-3-4表2（50m/s）等级为4Z5●防护等级：根据标准EN60529，为IP68●太阳辐射：根据EN60721-3-4表1分类，为4K3●生物：根据EN60721-3-4表3分类，为4B2●机械：根据EN60721-3-4表5分类，为4S4●MTBF：λ=2,869.10-6/h/+40℃●使用年限：大于20年●安全：根据EN50129，为SIL4（电气系统）2.2.5.应答器工作原理一、电磁感应的基本原理车载天线与应答器之间是按电感耦合的原理进行工作的，如图2-2所示，当能量频率≤30MHz时，磁场起着主导作用，电场起着次要作用。图2-2天线与应答器之间的作用原理图为便于分析，将矩形线圈按面积等效成圆型线圈计算。如果被测线圈沿X轴方向运动，那么场强H随着距离X的增加不断减弱。当被测线圈沿线圈X轴方向移动距离超过圆半径R时,场强急剧下降，为60dB/每10倍距离；当移动距离超过圆半径3R时,场强的衰减变得比较平缓约为20dB/每10倍距离。6当天线与应答器线圈垂直作用时，安装高度Y方向的场强曲线(H)可用下式计算:3222)(2YRYNIH式中N=线圈匝数；R:圆半径；Y=Y轴偏离线圈中心的距离。二．应答器的工作电源应答器的电源是由感应电压获取，在应答器线圈中，应答器最小动作磁场强度Hmin，由下列公式求出：NARRCLCRRLHLL02222222222min1式中:R2=输入电阻，RL=线圈电阻，N=1匝；A=面积；μ0=1。上述两个公式是应答器设计的基础，在频率、线圈结构一定的条件下，可计算出应答器临界动作的最小磁场强度，进而得出天线发射功率。三．应答器工作方式及功能●接收电能信号：探测、解调远程能量信号●上行链路信号产生，该功能是应答器通过接口A1向车传载传送报文●启动时的方式选择，是发送自身存储的报文还是发送接口C来的报文●串音防护：对上行链路的限制●操作/编程模式的管理●接收来自接口C的数据●I/O接口特性的控制●产生“列车通过”信号四．无线编程此功能允许对应答器进行无线编程和维护。执行这个过程不需要任何电缆的插拔，这就保证了安全等级。无线编程具有下列功能：●应答器报文的读写编写的报文长度可以是1023或341位（分别有830和210位用户位）。报文可以改写。7●应答器制造商数据的读出。包括制造商认证、序列号、制造日期等数据电路板原理框图耦合线圈过流保护27M高频接收滤波器数据收发A接口工作电源应答器控制模块报文存储制造数据存储C接口工作电源数据提取（DBPL解码）EMC防护带通滤波器A接口部分C接口部分输入C6C1图2-3应答器原理框图电路板原理框图2-3如所示，其工作过程如下：当车载天线接近应答器时，应答器的耦合线圈感应到27MHz的磁场，能量接收电路将其转化为电能，从而建立起应答器工作所需要的电源，此时，应答器开始工作。应答器控制模块是整个电路的控制核心，当电源建立后，它首先判断由C接口来的数据是否有效，若该数