TAX07型机车安全信息综合检测装置使用说明.docx

1、TAX07型机车安全信息综合检测装置使用说明TAX07型机车安全信息综合监测装置使用说明书（第一版）株洲南车时代电气股份有限公司安全装备事业部二00八年十二月目 录1 概述 31.1 范围与目标 31.2 规范性引用文件 32 系统说明 42.1 系统特点 42.1.1 应用范围 42.1.2 监测数据的记录与分析处理 42.1.3 系统冗余方式与切换原理（双机） 42.1.4 系统主微处理器 42.1.5 系统通信网络 42.1.6 适应的环境条件 52.1.7 特殊的环境条件 52.1.8 可靠性及可维修性 52.1.9 可测性要求 52.1.10 标准与技术政策 52.1.11 质量保证

2、 62.2 主要功能描述 62.3 主要特点描述 63 系统构成及说明 83.1 装置的组成 83.2 装置的基本原理 8电源单元 9通讯记录单元 13电源滤波板 163.3 各功能单元接口、功能及原理 164 安装指南 184.1 安装技术要求 184.2 装车及对外布线 18装置对外插座分布 18安装布线 19通用电缆接线表 225 常见故障判断及处理 245.1 工作状态检查 246 数据转储及记录数据分析处理 251 概述为解决机车上众多监测装置实时获取列车运行监控记录装置采集的时间、公里标、速度、车号和车次等列车运行信息，综合各功能模块单元的检测信息，统一时间、公里标作为基准进行监测

3、记录，1998年铁道部统一部署全路安装了TAX2型机车安全信息综合监测装置(简称TAX2装置)。TAX2装置的投入运用为DMIS、TMIS系统运行提供了列车运行信息，为轨道动态检测、弓网检测、无线列调语音录音等机车车载监测设备提供了统一的工作平台。但随着列车提速对行车安全提出更高要求和机车信息化应用技术的迅速发展，对于采用单一的RS485、RS232通讯方式、有限的扩充空间、落后的数据下载方式的TAX2装置来讲，无论在技术构成还是在系统结构方面均不能适应当前和发展的需要。TAX07型机车安全信息综合监测装置（简称TAX07装置）应运而生，TAX07装置作为TAX2型的升级产品，它继承了TAX2

4、装置“通过实时获取列车运行监控装置采集的时间、公里标、速度、车次等重要列车运行信息，再综合装置中各功能单元检测的信息，以统一的时间公里表作为基准坐标进行记录”的特点。TAX07型机车安全信息综合监测装置，新增加了双CAN总线，USB，以太网等先进技术，同时保留了原来的RS485总线，可以完全兼容现在现有TAX2装置上的所有插件，并增加了多个预留插件位置，根据实际情况可选配不同的机箱实现单机功能或者双机冗余功能，是TAX2型装置的更新换代的首选设备。1.1 范围与目标本资料包含了TAX07型机车安全信息综合监测装置的系统构成、技术要求、试验方法、安装与验收等方面的内容。适用于安装有LJK-93型

5、、LKJ2000型列车运行监控记录装置的内燃、电力机车和动车组。1.2 规范性引用文件 GB/T 19520 电子设备机械结构国家标准 TB/T 3021-2001 铁道机车车辆电子装置（eqv IEC60571：1998） TB/T 3034-2002 机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值（eqv EN50121-3-2：2000） TB/T 3076-2003 铁路应用机车车辆电气隐患防护的规定标准城 TB/T 3133-2006 铁道机车车辆电子产品的可靠性、可用性、可维修性和安全性(RAMS) Q/TEG 37 产品铭牌2 系统说明2.1 系统特点 2.1.1 应用范围TAX07型机

6、车安全信息综合监测装置适合已经安装有LKJ-93型或者LKJ2000型列车运行监控记录装置的各种类型的电力机车、内燃机车和动车组。TAX07型机车安全信息综合监测装置作为一个车载信息共享平台，能为机车上众多监测装置提供统一的时间、公里标、速度、车号和车次等列车运行信息。 2.1.2 监测数据的记录与分析处理TAX07型机车安全信息综合监测装置为了能适应目前的长大交路，为监测插件提供了16Mb的记录存储空间，并采用了USB2.0高速转储接口，可以快速的进行文件转储。记录文件可以通过地面分析处理软件重现机车的各种状态，为铁路的现代化管理及事故分析提供依据。 2.1.3 系统冗余方式与切换原理（双机

7、）为提高可靠性，系统采用双机主从热备冗余方式。系统主机通过两个热备冗余的电源及相互独立的通讯记录插件组成。系统内部串行通信网络CAN采用A、B组冗余方式将各CPU模块连接。在正常情况下一组为工作机，另一组为热备机，工作机负责与其他插件进行通讯，而热备机只负责数据的侦听和监测数据的记录。热备机经CAN总线实时接收工作机数据，以保持与工作机同步运行及数据的一致性。工作机故障时，自动退出控制状态，热备机充当工作机进入控制状态。 2.1.4 系统主微处理器系统主CPU采用32位微处理器LPC2294，LPC2294是PHILIPS公司推出的一款功能强大的超低功耗的具有ARM7TDMI内核的32位微控制

8、器。内部嵌入256 KB的高速Flash 存储器和16KB静态RAM。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率（60MHz）下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16 位Thumb 模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。主控制器LPC2294的晶振频率范围为130MHz。本设计选晶振频率为11.0592MHz。内部256KB的高速Flash存储器用于代码和数据的存储。对于FLASH存储器，可通过内置的串行JTAG接口进行在系统编程（ISP In-System Programming），或进行在应用编程（IAP In-Application Pro

9、gramming）。为了便于调试和系统升级，在设计中已预留这些接口电路。 2.1.5 系统通信网络系统采用控制器局域网（CAN）作为系统内部通信网络，所有带CPU的模块通过双CAN总线进行数据交换。CAN标准总线具有独特的物理层规范和数据链路层协议，使通信可在相当高的传输速率下进行（最高通信速率为1Mbit/s），并达到相当远的传输距离（最长传输距离可达10km）。其多主数据传输方式使得系统内数据交换更为有效。CAN总线高强的检错及容错能力及其短帧数据结构使数据传输可靠性进一步提高。通过CAN方式，系统内各模块之间可以进行大量、快速的数据传输，从而提高控制、显示的实时性以及数据记录的准确性。

10、2.1.6 适应的环境条件1） TAX07装置满足TB/T30212001铁道机车车辆电子装置标准要求；2） TAX07装置满足TB/T 2765-2005标准要求，在下列条件下应能正常工作：1 海拔高度：不超过2500m；2 环境温度：装置周围的空气温度为2545，但直接临近电子元件处的空气温度允许在25+70之间变化。TAX07装置允许在4070的环境温度下存放；3 相对湿度：最湿月月平均相对湿度不大于90RH（该月月平均最低温度为25）；4 安装条件：装置应安装在能防止风、沙、雨、雪直接侵袭的车体内。3） 电磁兼容性满足EN5012132欧盟铁路机车车辆电气设备电磁兼容标准要求。 2.1

11、.7 特殊的环境条件当使用条件与上述2.1.6节的规定不符时，应由用户与设备制造商协商决定采取特殊措施。为了验证这些措施的效果，可以按双方商定的方法在实验室或机车上进行试验。 2.1.8 可靠性及可维修性1 系统可靠性指标应达到系统故障率小于210-5/小时。2 系统可维修性：可在15分钟之内更换（拆除和替换）。3 可靠性及可维修性按照IEC 62278标准运行。 2.1.9 可测性要求4 系统接通电源后应对各主要功能电路硬件进行自检，并应对故障情况进行提示。在列车运行过程中进行检测时，不能影响系统的正常工作。 2.1.10 标准与技术政策5 系统满足TB/T3021铁道机车动车电子装置标准第

12、4.1条规定的环境条件要求。6 电磁兼容性满足TB/T3034机车车辆电气设备兼容性试验及其限值标准第7条和第8条要求。 2.1.11 质量保证7 质量保证应依据GB/T190012000质量管理体系相关规定实施。2.2 主要功能描述TAX07型机车安全信息综合监测装置以电源单元和通讯记录单元作为基本配置，双机则以双电源及双通讯记录单元作为基本配置，该基本配置主要有以下功能：2.2.1 通信功能 装置内通讯记录单元通过RS-485串行通信方式或者CAN总线通信方式，从监控装置获取年月日、时分秒、公里标、运行速度、机车号、车次、车种、区段号、车站号、司机号、副司机号、列车编组等信息，并将这些信息

13、通过TAX内部的RS-485和内部的双CAN总线接口周期地传送到装置内各功能单元。各功能单元将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元。2.2.2 记录功能 装置内通讯记录单元以统一时间、公里标作为座标基准，实时记录各检测单元反馈的信息，数据记录格式与LKJ-93A型列车运行监控记录装置的数据记录格式相同。2.2.3 数据转储功能 通讯记录单元记录的信息可以使用专用大容量U盘通过USB接口进行数据转储；也可通过以太网接口与机车TSC1车地无线传输连接后，对TSC1车地程序进行改造后，实现通过LAIS系统车载设备进行无线转储。2.2.4 数据分析处理功能 装置记录的信息输送到地面微机后，利

14、用监控装置运行记录数据处理软件实现地面分析和数据管理。2.3 主要特点描述2.3.1采用统一的硬件规范和软件通讯协议，有利于功能单元的合作开发和新功能的扩展。2.3.2合理采用单元插件式19英寸4U标准机箱结构，既符合开放式工作平台结构的要求，也便于装置的标准化，模块化，有利于装置的检测维护和规范管理。2.3.3采用控制器局域网（CAN）作为系统内部以及与LKJ2000型监控装置的通信方式进行数据交换，CAN总线器件本身带CRC校验功能，具有高强的检错与容错的能力，可以避免RS485总线的死锁情况，大大提高了传输可靠性进一步提高；2.3.4保留了RS485总线，可以在不更改现有机车布线的情况下

15、完全替换TAX2装置。2.3.5增加了以太网接口，可与无线传输相连接，从而进一步实现TAX记录文件的WLAN/GPRS无线转储。2.3.6装置采用了先进的Flash存储技术，容量由原来的1M字节扩充到了16M字节，满足现今长交路、直达列车文件需要的存储空间；2.3.7单机（新增6个预留插件位置）、双机（新增3个预留插件位置）可选，可以满足各类用户的需求；2.3.8 前面板增设有USB接口，可用U盘快速下载文件，也兼容将来的通用转储器；2.3.9 完全兼容TAX2的所有插件，可直接插在机箱中；2.3.10 装置中各功能单元采用电源隔离、通信接口隔离和对外输入/出信号隔离技术，提高了装置的可靠性、

16、安全性和抗干扰能力。2.3.11 系统电磁兼容性满足IEC61000标准三级要求，抗干扰能力强，工作可靠性强。3 系统构成及说明3.1 装置的组成装置采用符合GB3047.2和GB3047.4机械尺寸要求的4U标准机箱及插件单元式结构，机箱面板宽84R。它以电源单元、通讯记录单元作为基本单元配置，其它已开发的功能单元有：TMIS单元、轨道检测单元、弓网检测单元、DMIS单元、无线列调语音录音单元等；另外，预留的4个单元位置用于备用功能单元的扩展。机箱各单元配置见装置前面板布置示意图（图3-1）。双机示意图单机示意图图3-1 TAX07型监测装置前面板布置示意图3.2 装置的基本原理图3-2 T

17、AX07型监测装置系统结构框图装置系统结构框图如上图3-2所示。装置内部采取由电源单元集中供电的方式，由电源单元提供+5V、12V 、+15V、+24V、+110V电源给各单元的电路及其相关外部设备（如：传感器、机车标签等）供电。各单元选用任何一种电源均必须采取DC-DC变换器等方式与系统电源隔离，以提高系统电源工作可靠性。通讯记录单元为装置的核心，通过它获取监控装置的运行信息，完成对各功能单元反馈信息的记录及对外数据转储功能。装置中除电源单元外，其余各单元均带有单片微机和通信接口。因此，本装置是一个带有多级串行通信的多计算机系统。下面重点介绍装置的基本配置单元（即电源单元和通讯记录单元）的基

18、本原理，其它功能单元在此只作简单介绍，具体参见各功能单元使用维护说明书。 电源单元电源单元采用单端反激式开关电源技术，其原理框图如下图3-3所示。图3-3 电源原理框图电源输出分成两大组，其中：+5V，3A；12V，0.5A为一组，输出功率27W；另一组+15V，1A；+24V，0.5A输出功率27W。电源单元具有如下保护功能： +5V输出回路过压保护： 6V0.2V 不可自恢复 原边输入欠压保护： 36V5V 可自恢复 原边输入过压保护： 188V5V 可自恢复 原边输入反节保护3.2.1.1 电源变换部分原理说明1）110V电源输入级(EMC滤波电路)本电路主要是减少由电网电压波动对电源内

19、部造成的干扰。同时避免使电源系统产生的EMI噪声传入电网。扼流圈L1,L2与电容C1及C4组成差膜滤波电路，扼流圈L3与C2,C3组成共膜滤波电路，热敏电阻RP1抑制开机瞬间的充电电流，压敏电阻RP2抑制过压能量进入电源系统。 图3-4 EMC滤波电路2） 开关电源的振荡电路PWM控制电路是电源系统的核心部件，他由PWM控制芯片UC2842及外围电路构成，产生频率固定，占空比可调的矩形波，用来驱动外部的功率MOSFET。当UC2842得电，其输出端输出高电平，功率MOSFET被导通，隔离变压器T1、T2的Np绕组存在逐渐变化的电流通过（此时利用的是Np的电感特性），将电能转化为磁能，并存储于磁

20、芯的空隙处（此时次边的整流二极管处于反向偏置而截止，能量不能通过次边释放，因此被存储于变压器中）。当流过Np的电流达到门限值时（通过原边限流电阻检测原边电流，并反馈回芯片UC2842的电流检测引脚），使得UC2842的输出转变为低电平，导致功率MOSFET被关断，Np两端的极性发生反转，次边两端的极性同时发生反转，次边的整流二极管处于正向偏置而导通，变压器存储的能量转化为电能，并通过整流二极管释放能量，负载两端获得工作电压，同时反馈电路得电，检测输出电压，并反馈回芯片UC2842的误差比较器的同向输入端，当误差比较器的输出端达到1V时，其输出端输出高电平（同时这个电平还调节了原边电流检测的门限

21、值），功率MOSFET被导通，系统得以实现周而复始的运行。3） 输入过/欠压保护电路输入过/欠压保护电路由基准电压源TL431及外围电路构成，通过对输入电压的取样，并与基准电压进行比较，其结果控制芯片UC2842的供电电压（网络标号BH） ，实现过欠压保护的功能，能自恢复。输入电压的过压保护:188V5V；输入电压的欠压保护:36V5V。图3-5 过欠压保护电路4）5V过压保护电路5V输出过压保护电路由光电耦合器、5.1V稳压二极管、可控硅及外围电路组成，当输出电压大于6.1V时，过压保护电路动作，其结果可控制芯片UC2842的供电电压（网络标号BH），实现过压保护的功能。不可自恢复。图3-6

22、 5V过压保护电路5）反馈电路反馈回路由光电耦合器、电压基准源TL431及外围电路组成，实现隔离反馈功能，从而使输出电压的稳定性能满足设计需求。 图3-7 5V反馈电路6）均流控制电路由于两块电源插件采用热备冗余技术，就必须具备具备均流功能。使用二极管VJ1-VJ5实现防串扰及自动均流功能。 通讯记录单元通讯记录单元以ARM LPC2294芯片为核心器件，由TPS73HD318PWP电源芯片、TPS3305-18D电源监视芯片、TE28F128J3D75存储器、FM1808铁电非易失性存储器、PCA82C250T CAN驱动器、ADM2486BRW RS485通讯控制器、ISP1362BD U

23、SB控制器、RTL8019AS 以太网控制器等电路组成，由48芯插头并通过机箱内母板印制线与各单元相联系，通过机箱后背板专用插座与监控装置通信。其原理框图如图3-8所示。图3-8 通讯记录单元原理框图3.2.2.1 CPU及其特性通讯记录板的CPU芯片U1采用philips ARM LPC2294芯片，这款芯片具有以下特性： 32位ARM7TDMI-S微控制器 16K字节静态RAM 256K 字节片内 Flash 程序存储器 32位数据总线 片内 Boot 装载程序实现 ISP 4个互连的CAN接口，带有先进的验收滤波器 多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速I C接口（40

24、0 kHz）和2个SPI接口； 通过片内PLL可实现最大为60MHz 的 CPU操作频率； 多达112 个通用 I/O 口（可承受 5V 电压），12 个独立外部中断引脚； 片内晶振频率范围：130 MHz 双电源：CPU操作电压范围：1.651.95 V(1.8 V 8.3%) ；I/O操作电压范围：3.03.6 V(3.3 V 10%) 3.2.2.2 电源及电源监视电路 板上电源分别有5V、1.8V、3.3V，电源芯片U2采用TI的TPS73HD318PWP，提供两路输出电压，一路为3.3V，一路为1.8V,每路的最大输出电流为750mA。另外该芯片提供的宽度为200ms的低电平复位脉冲

25、还可以用来作为LPC2294的上电复位信号。电压监视电路采用TI的TPS3305，它能实现对两路电源的监视，同时也可以接手工复位开关。3.2.2.2 数据存储电路U25（TE28F128J3D75）为3.3V供电的EPROM存储器，共16M字节的存储容量，用于存放通讯记录板所形成的文件。U49（FM1808）为3.3V供电的铁电非易失性存储器，具有存储速度快、擦写次数多，以及功耗低的特点，掉电数据可保持10年，可用于保存关键数据。 3.2.2.2 CAN与RS485通讯接口电路通讯记录板提供了以下通讯接口; 1路RS485：用于兼容老TAX2装置与监控装置的通讯。用于从监控获取年月日、时分秒、

26、公里标、运行速度、机车号、车次、车种、区段号、车站号、司机号、副司机号、列车编组等信息； 1路RS485：用于兼容原TAX2装置的内部总线；负责将从监控获取的信息通过RS485方式以每隔50ms周期发布给TAX装置内各功能单元，各功能单元将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元进行记录。为了增强TAX07装置的对外扩展能力，通讯记录板增加了4路CAN通讯接口： 2路CAN（CANA/CANB）：用于和监控装置进行通讯，获取年月日、时分秒、公里标、运行速度、机车号、车次、车种、区段号、车站号、司机号、副司机号、列车编组等信息；其中CANA、CANB互为冗余，提高通讯可靠性。 2路CAN（

27、CANC/CAND）：用作TAX07装置的内部总线；负责将从监控获取的信息通过RS485方式以每隔50ms周期发布给TAX装置内各功能单元，各功能单元将经过分析判断且要求记录的信息返回给通讯记录单元进行记录。其中CANC、CAND互为冗余，以提高通讯可靠性。 与功能单元的通信: RS-485通信方式 波特率 28.8Kbps 与功能单元的通信: CAN通信方式 波特率 500Kbps 与监控装置的通信: RS-485通信方式 波特率 9600bps 与监控装置的通信: CAN通信方式 波特率 500KbpsRS485通讯电路采用自带电气隔离的ADM2486芯片，其额定隔离电压高达2500V，支

28、持最高速度20Mbps，同时兼容3V/5V工作电压。比较这种使用于3.3V和5V电源并存的情况，性能稳定，且节省电路板空间。CAN通讯接口芯片采用较为成熟的PCA82C250T，隔离电源采用TI的DCR010505。5V信号与3.3V信号的转换采用门电路74AHC1G08DBV来实现。来自CPU(LPC2294)的串行数据经过光耦隔离，再经CAN总线驱动器82C250，由其差分端CANH、CANL送到物理总线上。3.2.2.2 USB通讯接口 为了提供高速便捷的文件下载方式，通讯记录板提供了USB接口，用于通过优盘转储文件。USB电路采用的接口芯片是Philips公司的ISP1362，它符合U

29、SB2.0协议，具有两个USB接口，内部有三个USB控制器主机控制器、设备控制器，以及OTG控制器。其中Port2固定用作下行口，Port1可灵活配置为下行口、上行口、OTG口，便于将来进行功能扩展，如上传程序等。3.2.2.2 以太网接口通讯记录板提供了1路以太网接口，可通过以太网方式与LAIS无线数传装置连接，TAX07装置的大容量数据可经由WLAN无线局域网方式远程下载到地面服务器。通讯记录板所采用的以太网控制器是RealTek的RTL8019AS芯片（U43），信号经由隔离变压器U50（HR601627）滤波信号变成平衡信号传输，防止电涌，以减少共模干扰，提高传输效率。面板上以太网接头

30、采用的国际通用的M12插座。 电源滤波板 由于机车上使用的大功率设备较多，特别是一些大的感性负载启停时会给机车的供电系统造成严重干扰，使得机车电压有较大幅度的涨落；机车上电机的启停，机车头灯开启时的拉弧，还会使机车电源窜入很高的尖脉冲干扰。为了保护监测装置的电源，特设计此滤波电路。 电源滤波板由Lc电路构成。其电路原理如图3-5所示： 图3-5 110V电源输入滤波电路电源滤波板有4个接线端子，分别为VIN+,VIN-,VOUT+,VOUT-，Vin-为机车+110V电源的输入端。+110V经过5A保险管F1，顺向二极管V1（2BF5E）送入L1和C1C3组成的低通滤波电路进行滤波，使带有毛剌

31、和不稳的机车电源变得比较平滑稳定后经VOUT+和VOUT-两端子输出送入装置电源输入端，从原理图上可知，VIN-,VOUT-实际上是相连的。这里V1起顺向作用，以免输入电压极性接反时烧毁元器件，V2是在关断Vin时给L1提供一个电流泄放回路，以免L1两端产生瞬间高压。3.3 各功能单元接口、功能及原理装置中轨道检测单元、弓网检测单元、TMIS单元、DMIS单元、语音录音单元和预留的4个备用单元48芯插头中的DBZ8DBZ14共12个引脚作为专用引脚用于对外引线，各引脚定义因单元不同而不同；其余引脚采用标准定义，各单元完全一致，具体定义参见表1中的有关说明。表 各检测单元电源及通讯线芯插头引脚标准定义表:引 脚 号定 义 标 志含 义引 脚 号定 义 标 志含 义DBZ2110V地110V电源“地”DBZ4+110V110V电源“+”D6CANBH内部CANA总线高Z6CANBL内部CANA总线低D16CANAH内部CANB总线