AzLM型计轴系统产品说明书V20.docx

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AzLM型计轴系统产品说明书V20

AzLM型计轴系统

产品说明书

（V2.0）

北京泰雷兹交通自动化控制系统有限公司

ThalesTransportAutomationControlSystemsCo.,Ltd.,Beijing

2010年9月

1简介

AzLM系统是泰雷兹公司近几年在世界最新计算机技术、通信技术和传感器技术基础上开发的新型计轴系统，其技术和工艺引领世界先进水平。

该系统由室内主机ACE和室外轨旁计轴点ZP30H组成。

轨旁计轴点包括轨道磁头传感器SK30H和电子单元EAK。

室内主机与室外计轴点之间采用ISDN数据通信，且电源与数据可以共线传输。

每台主机最多可以连接32个计轴点、监控32个区段，适用于一般区段和复杂站场。

本文档对AzLM产品及系统组件进行总体描述。

2总体配置

AzLM计轴系统由下列部件组成：

●轨旁检测点（ZP30H）：

由轨道磁头（SK30H）、电子单元（EAK）和密闭安装盒（黄帽子）组成。

●计轴评估器（ACE）：

由具有串行和/或并行I/O口的安全计算机模块组成。

与联锁的接口可配置为串行（以太网）、并行（继电器/光电耦合器）或两种均可。

●检测点与计轴评估器之间的数据传输和供电线路。

图1总体布置图

3原理和程序

3.1安全原则

系统通过下列措施确保安全：

●独立的计算机通道。

●清晰的结构化软件。

●在线硬件检测。

●处理错误的确定反应。

●轨旁设备的安全监控。

●数据传输的安全监控。

●确定的故障检测和揭露时间。

●具有代码保护功能的接口协议、多重传输和其他检验方法的使用。

●明确定义的验证和确认程序。

3.2软件

无论从安全性还是从可靠性来看，ACE软件都具有高度的重要性。

程序使用高级语言C语言编写，选择C语言的原因在于其工具和标准证明其具有高度可用性。

通过采用下列规范，对软件原则建立了严格的要求。

3.2.1故障避免

软件安全遵循EN50128的要求。

该标准定义了一个质量管理体系、安全管理和评估程序以及技术安全文档程序等。

软件测试贯穿系统的整个生命周期。

它包括过程测试、模块测试、集成测试和现场测试等。

3.2.2可测试性

软件的可测试性通过以下措施实现：

●将功能明确分配给软件包。

●分解为模块结构。

●测试表内的功能定义。

●将开发文档细分为几个等级，从需求开始，经过设计文档，直到验证和确认。

3.2.3适应性

通过使用结构化软件和标准接口，软件适用于不同配置和应用。

通过使用界面友好的工具，生成现场特定数据。

通过独立的系统数据装载程序将该数据装入ACE。

3.2.4可移植性

软件使用明确定义的软件接口。

程序与操作系统间的这些接口确保独立于处理器技术，便于移植到未来的处理器中。

3.3基本计数逻辑

ACE对来自同一区段检测点的计数值进行评估，判断数值是否一致。

图2计数布置图

检测点计算经过轨道磁头的车轮数量和方向，并将这些数据传送给ACE。

定义一个标准的计轴参考方向（见图2），其目的是使所有检测点的计数方向与列车的运行方向保持固定的相关性，独立于轨道。

轴数被计入区段1（见图2），当：

●当列车按箭头方向经过ZP1时，或

●列车按箭头相反方向经过ZP2时

轴数被计出区段1，当

●列车按箭头相反方向经过ZP1时，或

●列车按箭头方向经过ZP2时

3.4轨道配置

在轨道区段的每一个端口设置一个检测点。

在轨道区段分界处，需要有1个被两个区段共同使用的检测点。

图3相邻区段

轨道区段的布置可以很复杂，可能的轨道区段配置情况如下所示：

●单区段（无道口和道岔）

●尽头线

●道岔

●复杂道岔布置

●道口

●一组区段

●一组道岔、一个道口和闭塞线路

3.5复零程序

复零的目的是在开通期间或在出现干扰时清除计轴区段。

干扰是指区段内无列车，但计轴器由于干扰显示占用。

计轴复零是一个安全作业程序，它必须在调度和维护人员规章制度中加以明确定义。

该系统支持四种类型的复零方式。

对于通过串行接口接至联锁的计轴系统，用来自联锁的不同命令进行复零，不要求ACE内部定义现场复零特定数据。

对于通过并行接口接至联锁的计轴系统，复零方式在现场特定数据中定义。

通过使用并行I/O板上的光耦输入和钥匙/按钮可以定义一个区段的不同复零方式。

不允许对一个区段同时操作不同的复零程序，应在调度和维护人员规章制度中加以明确定义（例外情况：

在进行预复零的过程中可以使用无条件复零）。

3.5.1无条件复零

执行复零前，调度员必须确保区段内无车。

一旦接收到复零命令，ACE检查无禁止复零的技术条件，例如持续故障等，将使区段立即出清。

采用串行接口的计轴系统不提供无条件复零。

3.5.2条件复零

执行复零前，调度员必须确保区段内无车。

一旦接收到复零命令，ACE检查无禁止复零的技术条件，例如持续故障等。

当区段处于正常占用状态时，只有在最后一个计数动作为离开区段的计数时，才能执行复零使区段出清（有条件复零）。

当区段处于“受干扰”状态时，不考虑最后一个计数动作就可以执行复零使区段出清。

通过这种检查，来减少调度员犯错误时的风险。

3.5.3预复零

执行复零前，一旦接收到复零命令，ACE检查无禁止复零的技术条件，例如持续故障等。

随后一列车必须通过该区段，ACE检查检测点的正确运行，只有当进入和离开该区段的轴数相同时，ACE才会使该区段出清。

3.5.4带确认的预复零

执行复零前，一旦接收到复零命令，ACE检查无禁止复零的技术条件，例如持续故障等。

随后一列车必须通过该区段，要求信号员确认列车正确通过区段，这就意味着信号员必须确保列车已经完全出清该区段，随后向ACE发送一个确认命令。

ACE检查检测点的正确运行，如果能够正确计算进入和离开该区段的轴数，当接收到确认命令时，ACE将使该区段出清。

4轨旁设备

检测点ZP30H的主要特性为：

●双磁头结构，可以进行调整以适应常用轨形。

●极高的计数可靠性。

●不受直流和交流牵引电流以及其谐波干扰的影响。

●不受涡流制动的影响。

●与评估器（ACE）间的容错数据传输。

●简单的安装步骤。

4.1磁头

4.1.1运行原理

磁头包括两套物理上分离的线圈组Sk1和Sk2，安装在同一根钢轨上。

在钢轨外侧的是两个发送线圈，在钢轨附近产生两个不同频率的磁场，约30kHz。

在钢轨内侧的是两个接收线圈，产生两个时间偏移的感应电压，电子单元通过这些感应电压可以判断车轮的出现和行进方向。

出于可靠性的考虑，除了发送/接收磁头内的线圈外，磁头内没有其它电子器件。

接收线圈中的电压和相位都被进行评估，以保证极高的车轮检测可靠性。

使用的频率、接收磁头外壳的形状和材料以及接收/发送磁头相应的线圈调整都是经过精选的，以保证牵引电流和制动的谐波干扰不会影响车轮检测进程。

进一步针对严重的电磁干扰的防护，比如防护短路和轨道制动的磁场，是通过一系列措施来保证的，这包括相位敏感整流、移频键控以及接收/发送磁头使用无铁素体线圈等方法。

图4磁头

4.1.2机械特性

磁头用三个螺栓安装在轨腰上。

各个安装孔的垂直位置取决于钢轨剖面。

可以通过调整发送磁头以使系统适应多种钢轨剖面。

每个Tx/Rx磁头均使用4米长的固定电缆安装，与电子单元连接。

如果需要，可以使用更长的电缆。

4.2电子单元E-Es30H

电子单元E-Es30H为发送磁头提供信号、检测和计算轮轴脉冲、监控磁头、进行自检并向ACE发送包含轴数和监控信息的报文。

计轴、监控和报文生成功能由两个受ACE安全模块监控的独立微控制器执行。

从联锁室到轨旁设备的电源与ACE数据传输共用相同的2芯电缆，也可以使用本地电源。

为了满足长电缆上一定程度的压降，ZP30H能够在大范围的直流输入电压上运行。

功耗大约为9W＋电缆损耗（最高9W）。

ZP30H通常使用不间断电源，其额定电压为60V…120Vdc。

图5EAK30H（包含E-Es30H）

5传输路径

对于轨旁设备和ACE之间的通讯线路，系统使用标准的通信电缆—双绞线或星形四芯组。

数据传输安全由报文中的特殊安全码来保证。

其使用协议同样适合多路数字传输系统的传输，协议遵循EN50159-1。

5.1可选组件

5.1.1电源数据耦合单元

可以使用具有独立熔丝和附加过压防护的电源数据耦合单元PDCU（Power/DataCouplingUnit）。

PDCU可以实现以下功能：

●隔离轨旁电缆。

●将电源耦合到数据线上，包括ZP电源的熔丝。

●过压防护。

也可以向轨旁设备提供本地电源，在这种情况下，有必要单独设置ZP电源熔丝。

5.1.2隔离变压器PCM

如果电缆网络的感应电压超过了规定限制，可能要求使用隔离变压器，将电缆分隔为更小的隔离区段。

可以使用适于ISDN传输和铁路应用的PCM变压器，如果使用这种变压器，检测点必须单独供电。

5.1.3转换器ISDN/V.24

如果使用铜质电缆以外的其他传输系统连接ACE和检测点，则可以使用一个ISDN/V.24转换器，将ISDN信号转换为一个V.24信号，反之亦然。

5.1.4磁头适配器

磁头适配器适用于某些特殊应用，例如隧道内，它可以扩大磁头和EAK之间的距离，取决于所使用的电缆型号，可以实现延长25米的距离。

6室内设备

6.1计轴评估器ACE

组成ACE的基本室内设备包括：

●安全计算机模块

●电源

●串行I/O

●并行I/O

ACE可以安装在开放式机架和封闭式机柜中。

6.1.1安全计算机模块

安全计算机模块是一个2取2计算机系统。

通过计算机通道间交换信息实现基于软件比较的安全处理。

交换信息后，计算机执行一个裁决程序，确定两个计算机通道是否一致，如果不一致，则执行一个安全反应。

这种机制也用于计算机同步功能。

为了降低故障揭露时间，RAM、ROM和CPU测试在后台模式下运行，并和上文一样比较结果。

6.1.2电源模块

每个CPU通道都有自己的DC/DC转换器，提供5V和12V电源。

6.1.3串行I/O

轨旁设备发出的数据通过串行I/O模块接收。

这些模块是预处理板，它们将来自检测点的串行数据转换成安全模块的I/O总线数据。

预处理器与安全模块之间使用工业标准的CAN总线。

每个串行I/O板被分配给两个检测点，占用ACE的一个I/O槽。

故障引起的检测点丢失会导致区段进入干扰状态，干扰仅限于与该检测点相关的区段。

6.1.4并行I/O

轨道占用信息由安全模块通过并行I/O预处理器模块输出，它使用与串行I/O相同的CAN总线。

串行I/O和并行I/O模块是兼容的，按照要求的组合方式插入到评估器子架上的I/O槽中。

每个并行I/O模块占用一个I/O槽。

6.1.4.1轨道占用的安全输出

每个并行I/O模块为每个区段输出两个继电器接点（双断），安全模块对这些接点进行内部检查。

当两个接点闭合时，轨道出清。

使用的继电器具有加强接点，遵循EN50205。

为了增加接点的数量，可以最多使用4个并行I/O模块来输出一个区段空闲指示，那么轨道区段数将减少。

6.1.4.2轨道区段复零的安全输入

每个并行I/O模块有1个或者2个安全光耦输入以及1个前面板上的钥匙和按钮组成的安全输入，用于输入复零命令。

当出现一个0.5秒到6.0秒之间的输入时，启动复零。

在现场特定数据中，可以对3个输入各定义一个复零程序，输入的使用同样可以被屏蔽。

6.1.4.3非安全输出

在每个并行I/O模块上，有两个可用的非安全输出。

输出信息在现场特定数据中定义：

●复零命令的确认与拒绝。

●用来区别区段占用和干扰的信息。

●复零命令是否被区段接受。

6.1.5与联锁模块的串行接口

在安全模块的计算机板上安装有一个以太网数据接口。

数据通信是安全的，由适用于单通道安全数据通信的协议来进行安全保护。

该接口是冗余的，确保高可用性。

6.1.6诊断接口

系统提供一个以太网接口和一个串行接口，用于对ACE和所连接检测点的诊断。

串行接口的诊断是通过手提式PC，使用特殊诊断软件来完成的。

以太网接口被预留给远程诊断，不是用来连接SSI的那个以太网接口。

6.2机柜

ACE有可供使用的机柜。

在泰雷兹的固态联锁系统中，ACE可以和其他兼容模块一起安装在一个机柜中。

在其他联锁中，可以使用以下特性的机柜：

高度：

2000mm

宽度：

600mm

深度：

600mm

容量（举例）：

8×ACE-2-10

2×ACE-2-42

等等

电缆入口：

机柜底部

6.3配置

ACE配置可以细分为硬件配置和数据准备。

成本效率、用户友好的硬件配置标准在下列章节中描述。

6.3.12取2ACE

为满足应用容量的要求，ACE可能包括一到三个子架。

6.3.1.1基本设备

图6基本设备

●单个19英寸子架

●安全模块（2取2）

●10个I/O槽，可用于：

串行I/O板

或并行I/O板（到联锁的继电器接口）

6.3.1.2扩展设备

基本设备可以通过使用额外的I/O子架扩充为配有26个或42个I/O槽的一个双子架或三子架设备，每个子架具有16个I/O槽。

6.3.2数据准备

数据准备的基础是所需检测点的配置。

它基于轨道布局、信号机位置、重叠和平交道口等。

需要准备包含下列数据的表格：

●ACE监控区段的名称和要素数量。

●检测点的名称和地址。

●区段相关联的检测点。

校验后，数据储存在ACE的CF存储卡中。

7诊断

通过一个安装有专用软件的标准PC进行诊断，每个CPU板上的一个诊断接口可用于查询ACE的内部状态，将CPU中提取出来的信息分类，并在一个可读的表格中显示。

不管是对于ACE还是轨旁设备，该表格均适于进行故障查找。

诊断的第二种方式就是使用LED，它表明了ACE和轨旁设备的重要功能是否正常运行。

8可靠性

通过下列方式确保硬件可靠性：

●使用工业标准的微处理器。

●全部设备的工厂老化测试。

●符合ISO9001要求的质量管理。

从检测点到ACE的容错数据传输能够显著地降低由于电缆上电磁干扰造成的计轴器干扰的可能性。

与螺丝端子相比，在笼子上使用压线端子更能够提高连接的可靠性。

轨旁和室内设备不需要经常维护，每年进行一次设备检查就能够确保可靠和安全性能。

计数可靠性非常高，在德国和国外客货混运干线上使用的泰雷兹计轴器有着多年的经验，它表明计轴器的期望误计率远远高于UIC的要求。

实践证明，可靠性数字可以达到每区段每年0.05个干扰。

这个预测排除了特定运行环境下的安全相关反应和由于非标准轮对和设备造成的计数错误，例如可在轨道维护车辆上发现的错误等。

ACE2取2并行接口的值：

MTBFf=8.9年

（一个区段的功能故障）

MTBFs=14.6年

（系统故障）

9维修时间

通过下列方式保持较短的维修时间：

●计算机中使用少量的板卡。

●模块化系统思想。

●PC支持的内部ACE故障、通信恶化和轨旁设备故障的详细诊断。

MRT=0.5h

10技术数据

10.1系统

遵循EN50129最高的安全完整性水平（SIL4）

风险率2取2：

8.977e-11

风险率定义为当区段有车占用，而ACE显示空闲的情况。

遵循EN50128的软件

列车最高速度：

380km/h，

可选：

440km/h

计轴和SSI间的数据传输：

●容错

●遵循EN50159-1（封闭网络）

检测点和ACE间的数据传输：

●容错（可配置的中断容许时间）

●遵循EN50159-1（封闭网络）

检测点和ACE间的通信使用2芯电缆，可以通过共用这2芯电缆向检测点供电。

电源和ACE至检测点的最大距离：

●受100v中央电源电压和电线直径限制：

4.2km（电线直径0.9mm）

●受通信连接限制：

典型为8km（电线直径0.9mm）

10.2计轴评估器

可以使用下列ACE配置：

●2取2安全计算机。

●连接1…32个检测点、监控1…32个轨道区段。

●与固态联锁模块的串行接口（例如泰雷兹ESTWL90-5）。

●与其他联锁或闭塞设备的并行继电器/光电耦合器接口。

下列电源可用（必须为不间断电源）：

60V+20%-10%

48V+20%-10%

24V+20%-10%

10.2.1环境条件

ACE的环境温度：

-25°C----+55°C，遵循EN50125-3，该范围包括等级T1。

湿度：

100%相对湿度，无冷凝，遵循EN50125-3等级T1

防水防尘：

ACE：

遵循IEC529，为IP20

机柜，顶部电缆入口：

遵循IEC529，为IP40

机柜，底部电缆入口：

遵循IEC529，为IP42

带衬垫的机柜：

遵循IEC529，为IP52

振动：

（EN50125-3）

垂直：

2.3m/s²

横向：

2.3m/s²

纵向：

2.3m/s²

冲击：

（EN50125-3）

正常：

20/11m/s²/ms

最大：

20/11m/s²/ms

10.2.2电磁兼容

供电电缆发射：

（150kHz-30MHz）遵循EN50121-4标准A

子架发射：

（30MHz-1000MHz）遵循EN50121-4标准A

电镀静电放电：

6kV接触放电

8kV空气放电

遵循EN50121-4标准A

电磁域（AM）：

（80MHz-1000MHz）10V/m

遵循EN50121-4标准A

电磁域（PM）：

（895MHz-905MHz）20V/m

遵循EN50121-4标准A

脉冲：

2kV，遵循EN50121-4标准A

浪涌（供电）：

1kVsym./2kVasym.遵循EN50121-4标准A

浪涌（其它接口）：

2kV，遵循EN50121-4标准A

射频传导骚扰：

（150kHz-80MHz）10V，遵循EN50121-4标准A

10.3检测点

检测点可用于多种钢轨剖面，例如：

●R50,R65,S34,S41,S49,S54,S64,UIC54,UIC54E,UIC60,圆头钢轨

●可以提供其他钢轨剖面的安装指导

适用于全部下列规格的常用干线钢轨：

●轮径：

≥330mm

●轮宽：

130…150mm

●轮缘高度：

26…38mm

●轮缘宽度：

20…33mm

●可以提供其他车轮的兼容信息

额定电源电压：

60V…120VDC中央供电

24VDC本地供电

10.3.1环境条件

温度范围：

-40℃…+70℃（安装盒内温度），遵循EN50125-3标准，该范围包括等级T1和T2

湿度：

100%相对湿度，遵循EN50125-3标准等级T1和T2

防水防尘：

电子盒：

遵循IEC529，为IP55

磁头：

遵循IEC529，为IP67

振动：

（EN50125-3）

电子盒：

垂直：

10m/s²

横向：

10m/s²

纵向：

10m/s²

磁头：

垂直：

280m/s²

横向：

140m/s²

纵向：

50m/s²

冲击：

（EN50125-3）

电子盒：

正常：

50/11m/s²/ms

最大：

100/8m/s²/ms

磁头：

正常：

420/6m/s²/ms

最大：

2500/1m/s²/ms

10.3.2电磁兼容

供电电缆发射：

（150kHz-30MHz）10V，遵循EN50121-4标准A

安装盒发射：

（30MHz-1000MHz）10V，遵循EN50121-4标准B

静电放电：

8kV，遵循EN50121-4标准A

电磁域（AM）：

（80MHz-1000MHz）20V/m，遵循EN50121-4标准A

电磁域（PM）：

（895MHz-905MHz,1.89GHz10MHz）20V/m，遵循EN50121-4标准A

脉冲：

2kV，遵循EN50121-4标准A

浪涌（供电）：

2kV，遵循EN50121-4标准A

射频传导骚扰：

（150kHz-80MHz）10V，遵循EN50121-4标准A

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