铁道信号列控系统中应答器的应用和研究.docx
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铁道信号列控系统中应答器的应用和研究
哈尔滨铁道职业技术学院
课程设计
课程题目：
列控系统中应答器设备的应用及研究专业：
铁道信号（城市轨道交通方向）
班级：
一班
指导教师：
***
2013年5月11日星期六
应答器是CTCS-2级列控系统中车地信息传输的主要设备之一。
应答器是一种高速数据传输设备，在CTCS-2级列控系统中采用欧洲标准点式应答器向车载设备传输。
主要包括线路的坡度。
同时对CTCS-2级列控系统车载设备提供线路速度、轨道电路。
临时限速等线路参数信息。
一、应答器的功能
应答器向列控车载设备传送以下信息；
（1）线路基本参数：
如线路坡度、轨道区段长度等参数。
（2）线路速度信息：
如线路最大允许速度、列车最大允许速度等。
（3）临时限速信息：
当由于施工等原因引起的列车运行速度限制时，向列车提供临时限速信息。
（4）车站进路信息:
根据车站接发车进路，向列车提供“线路坡度”、“轨道区段”等线路参数。
（5）道岔信息：
给出前方道岔侧向允许列车运行速度。
（6）特殊定位信息：
如升降弓、进出隧道、鸣笛、列车定位等。
（7）其他信息：
固定障碍物信息：
列车运行目标数据、连接数据等。
二、应答器的分类和用途
应答器部分地面设备包括有源应答器、无源应答器、LEU（地面电子单元）和应答器读写信息。
应答器从用途上可分为有源应答器和无源应答器。
从外形尺寸上分为标准尺寸应答器和缩小尺寸应答器。
既有线提速设备采用缩小尺寸应答器。
有源应答器和无源应答器外观结构相同，无源应答器与外界无物理连接，负责向列车传送地面固定信息，这些信息预先存在应答器内。
有源应答器通过电缆与LEU电缆连接，负责向列车传送实时可变信息，这些信息来自LEU。
电缆断线时发送自身预存信息。
无源应答器在图形中用△表示有缘应答器用▲表示
因此，应答器必须具有以下功能：
接收电能信号，探测、解调远程能量信号；通过接口A1向列控车载设备传送报文；选择启动方式,确定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
；管理操作/编程模式；接收来自接口C的数据；控制I/O接口特性；产生“列车通过”信号。
三、应答器的结构
在既有线提速区段采用了阿尔斯通和西门子两家公司的应答器。
阿尔斯通的有源应答器和无源应答器结构完全相同，通过电缆及插接件与LEU连接，就作为有源应答器使用。
西门子的有源应答器在生产中已经将电缆固定在应答器上。
他们均符合欧洲标准。
1、应答器的机械特性
应答器由壳体（黄盒子）、电路板、灌封材料构成。
壳体由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7kg。
2、应答器的电路板原理框图如图
C接口部分
C接口
工作电源耦合线圈
输入c1过滤保护数据收发
27mhz高频
EMC防护带通滤波数据提取接收滤波器
滤波器（dbpl解码）
A接口
工作电源
应答器
报文存储控制模块
制造信息
存储
当车载天线接近应答器时，应答器的耦合线圈感应到27MHz的磁电源，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，他首先判断由C接口传来的数据。
是否有效。
若有效，则控制模块将发送C接口传来的数据。
若该数据无效或无数据，则使用存储在报文存储器中的数据，将其进行FSK调制后，输出到数据收发模块，经功率放大后由耦合线圈发送。
只要电源存在，控制模块就不间断地发送。
一旦控制模块作出报文选择（选择存储的数据还是C接口传来的数据），在这次上电的工作周期内，无论C接口数据有效与否，应答器都不会改变发送的数据。
当车载天线离开应答器上方后，应答器失去了电源，便停止数据发送。
C接口工作电源仅用于该接口电路部分，不给控制模块和数据收发供电，因此，有源应答器也只有在车载天线出现时才发送数据。
四、应答器的工作原理及工作过程
应答器的工作过程可分为3个步骤；首先，当列车高速通过应答器时，应答器接收车载天线发送的电磁能量，当应答器收到车载天线发送的频率为27.095MHz无线信号时，通过电磁耦合转换电能，建立起功夫、工作电源并开始工作，不间断循环串行，发送1023位传输报文，直至能量消失。
上行数据的中心频率为4.234MHz.
系统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列车间的相互通信。
车载天线与应答器之间按电感耦合的原理进行工作。
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。
应答器的工作电源是有感应电压获取，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。
不论是有源无源应答器，其工作原理相同。
当列车经过地面应答器上方时，应答器接收到列控车载设备点式信息接收天线发送的电磁能量后，应答器将电磁能量转换为工作电源，启动电子电路工作，把预先存储或LEU传送的1023位应答器传输报文循环发送出去，直至电能消失（车载天线离去）。
通过报文读写工具BEPT可以改写无源应答器的数据报文，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，发送预先存储在应答器中的默认报文。
LEU与应答器通信中断时，有源应答器应有保证行车安全的缺省报文。
在办理通过进路且出站有源应答器通信中断或列车未收到其报文时，若进站应答器预先有临时限速，车载ATP将按45KM/H速度控制列车在区间运行；否则按线路规定速度控车。
五、应答器的设备及数据传输
应答器地面设备包括：
地面无源应答器、地面有源应答器、与地面有源应答器连接的地面电子单元（LEU）。
地面应答器是一种可以发送数据报文的高速数据传输设备。
地面应答器应能提供上行数据链路，实现地对车的数据传输。
地面应答器分地面无源应答器和地面有源应答器两种类型，地面无源应答器只能发送固定的数据报文，地面有源应答器与地面电子单元（LEU）相连接时能发送实时可变的数据报文。
地面电子单元（简称LEU）是一种数据采集与处理单元，当有数据变化时，LEU依据变化后的数据形成报文并送给地面有源应答器进行发送，同时LEU应具有接收外部数据报文，并向地面有源应答器进行发送的功能，即报文透明传输功能。
列车接近地面有源应答器时，LEU发送的数据报文应保持不变。
LEU应能实时监测与地面有源应答器间信息通道的状态，并及时向车站列控中心回送。
当LEU与地面有源应答器通信中断时，不应产生危及行车安全的后果。
当外部控制条件无效或通信故障时，LEU应向有源应答器发送默认报文。
应答器车载设备包括：
车载天线和车载BTM。
BTM除对应答器报文进行解码还原，还包含载频发生器与功率放大器。
车载天线是一个双工的收发天线，向地面发送激活地面应答器的功率载波、接收地面应答器发送的数据报文。
BTM是用于对地面应答器的数据进行处理的模块，对应答器报文进行解码还原，并传送给列控车载计算机。
BTM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。
应答器和车载设备之间的数据传输通过空气中磁场耦合完成。
车载天线向地面发送27.095MHz的连续波，为地面应答器提供产生电源的电磁场。
当车载天线接近应答器时，应答器天线环感应到能量，通过电磁耦合转换成电能，应答器被激活，向车载设备循环发送报文，直至能量消失。
在传输系统中还包含内部的接口A接口，将BTM和应答器连接起来。
A接口可以分为以下几个子接口：
A1接口：
从上行应答器到天线单元传输上行应答器报文的接口；
A2接口：
从天线单元到下行应答器传输下行应答器报文的接口；
A4接口：
通过无线电磁场从天线单元到上行应答器传输应答器所需能量的接口；
A5接口：
是可选的接口，通过无线的方式给固定的上行应答器写入报文的接口。
C接口是LEU与地面有源应答器间的通信接口，它包含由LEU向地面有源应答器传输数据报文的接口“C1”、地面有源应答器回送的被激活的接口“C4”、LEU向地面有源应答器提供偏置电压的接口“C6”，这三种接口信号同在一对电缆芯线中传输。
地面应答器按编组形式设置，组内每个地面应答器均发送一组报文，所有报文的综合定义了该地面应答器组所代表的信息含义。
组内各地面应答器的信息具有关联关系。
下图为应答器设备的数据传输结构框图。
图：
应答器设备的数据传输结构框图
六、应答器的设置
、应答器设置规则
地面应答器设置应同时满足CTCS-2级列控系统和CTCS-3级列控系统的需求，CTCS-3级列控系统与CTCS-2级列控系统共用应答器信息，在同一组应答器中可同时包含CTCS-2级和CTCS-3级列控系统数据。
二、分类及作用
1）区间应答器：
①区间每个闭塞分区入口距调谐单元（BA）或机械绝缘节200±0.5m处设置两个及以上无源应答器构成的应答器组，用于列车定位和向CTCS-2级车载设备发送线路允许速度、线路坡度、轨道区段及特殊区段等线路固定信息。
应答器组内相邻应答器间的距离应为5±0.5m。
②当区间相邻两个应答器组之间的距离大于1500m时，在两个应答器组中间应增加由单个应答器构成的应答器组，用于列车定位。
③车站进站信号机（含反向）外方200±0.5m处设置由单个应答器构成的应答器组，用于列车定位。
2）站内应答器：
①进站信号机（含反向）外方30±0.5m处设置由一个有源应答器和两个无源应答器构成的应答器组。
用于提供列车定位、CTCS-2进路线路参数和临时限速信息。
②车站到发线出站信号机外方20±0.5m处设置由一个有源应答器和一个无源应答器构成的应答器组。
用于列车定位、CTCS-2进路线路参数、临时限速、绝对停车（当出站信号关闭时，应答器组发绝对停车报文，车载设备在完全监控、部分监控、调车监控、机车信号等工作模式下接收到该报文均应触发紧急制动）。
③正线出站信号机外方30±0.5m处设置由两个无源应答器构成的应答器组。
④车站各股道中间设置由单个应答器构成的应答器组，用于列车停车定位。
⑤调车信号机处：
对于调车作业并冒进调车信号后将危及正线运行列车安全的调车信号机（处）设置由1个有源应答器和无源应答器组成的应答器组，提供调车危险信息。
七、应答器的安装和维护
（1）应答器设备与一般信号设备不同，它可以分为写入数据前和写入数据后两个阶段。
写入数据前的应答器，是完全一样的，没有任何差别。
写入数据后的应答器，虽然从外表上每台应答器都一样，但内部数据是各不相同，是具有唯一性的。
因此，对于每一台写入数据后的应答器的安装地点都是固定的，应该严格按照设计图纸的设计位置进行安装。
（2）安装要求
应答器安装点一般情况下应满足除经核准的安装材料的特殊要求外，在应答器周围如表所描述的空间内应避免金属，如图
应答器安装空间要求
一般情况下应答器安装无金属距离要求
序号
名称
参数
1
从应答器中心至钢轨的横向无金属距离（Y方向）
410mm
2
从应答器中心沿着轨道中心的无金属距离（X方向）
315mm
3
应答器下面的无金属距离，从应答器的X基准标记测量
210mm
当应答器安装在护轮轨处时，应答器中心至护轮轨轨基之间的的横向无金属距离为320mm。
延应答器X轴方向，在基准点±300mm的范围内，应在每根护轮轨中断开至少20mm的间距，并安
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