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多通道应答器数据传输电缆在铁路上的应用、成功案例以及对铁路行车安全的贡献

江苏通鼎光电    周江
 
摘要:本文主要介绍了多通道应答器数据传输电缆在铁路上的应用、成功案例以及对铁路行车安全的贡献。
关键词:多通道  应答器数据传输电缆  应用 安全 贡献
0 引言
        国家《中长期铁路网规划》确定的发展目标是要建立“四纵四横”和环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区三大城际客运系统。规划到2020年,新建时速超过200km的客运专线1.2万km,因此,我国的高速铁路将得到长足发展。高速铁路对列车的安全性及舒适性提出了更高的要求,在铁路电缆设备方面,应答器数据传输电缆其特点是传输信号容量大,传输频带宽,传输信号距离长。应答器系统是以单片微机为基础,采用数字技术完成数据的发送,接收及处理,并将处理后的信息传送给机车接受设备或车载ATP, 用于车次号传递或列车运行控制,可实现列车与地面的点对点应答。现有技术中的应答器数据传输电缆一根电缆只能连接一个LEU,使用示意图见图1。

        随着铁路的飞速发展,站间距离的扩大,站台内需要管理的动车也会增多,对于现有的应答器数据传输电缆来说,如需管理10辆动车,就必须敷设10根应答器数据传输电缆,这不但工程量大,成本增加,还容易造成敷设环境混乱。为了克服现有技术的不足,因此,现在许多电缆制造厂家都在大力开发一种能一缆代替多缆的“多通道应答器数据传输电缆”。
应答器的工作原理
        车载设备通过车载天线向地面发送功率微波,当列车经过应答器时,该功率微波为应答器的接收天线接收,应答器内部电路以此为能源开始工作并向列车发送其内部存储的数据,车载设备接收该数据作为列车控制的基础数据之一。
2  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。
5、  设备自检及事件记录,并向外部设备上传。
2.1  LEU工作原理图如图2所示。
 
2.2  报文接收
        微处理器通过通信接口周期性从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,便从报文存储中选择出相应的默认报文,并传送到时逻辑控制单元。
        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,从而保证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。
2.3  逻辑单元控制
        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。
2.4  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。
多通道应答器数据传输电缆的制造工艺
        目前,虽然有少数铁路电缆制造厂家都在研发该产品,但由于多通道应答器数据传输电缆目前没有行业标准,因此,要研制该电缆十分困难。多通道应答器数据传输电缆制造工艺流程包括拉丝挤塑绝缘单线生产、四线组或对线组绞合、星绞四线组或对绞组屏蔽、成缆、金属护套、铠装、外护套共7道工序,每一道工序生产过程工艺复杂,特别是绝缘单线及星绞或对绞组屏蔽工序制造过程要求更为严格,导体直径及绝缘外径的大小直接影响着电缆的阻抗、衰减等指标。要实现多通道应答器数据传输电缆与多个应答器连接使用,其关键问题是要保证多通道应答器数据传输电缆内部各通道间的串扰信号没有对信号传输与解码产生明显影响,要防止电缆通信回路免受缆芯中各线组的相互干扰及外来干扰源的影响,因此,星绞或对绞组屏蔽的设计至关重要。
多通道应答器数据传输电缆在铁路上的应用、成功案例
        多通道应答器数据传输电缆主要用于站台内管理动车用,可用于应答器与LEU的连接,传输多条轨道上LEU的报文数据及电能。多通道应答器数据传输电缆的诞生,解决了现有技术中应答器数据传输电缆只能传输单点数据信息、施工困难、造成环境混乱等技术难题,实现了传输多点数据信息一缆可达,减少电缆数量,降低工程造价等功能。如今,北京动车段已大量对“多通道应答器数据传输电缆”投入使用,多通道应答器数据传输电缆对管理多辆动车及施工维护过程起着举足轻重的作用。随着客运专线的陆续开工,多通道应答器数据传输电缆的市场需求将会更加旺盛。
多通道应答器数据传输电缆对行车安全的贡献
        多通道应答器数据传输电缆由于缆芯中对各线组进行了单独屏蔽,因此,大幅度提高了电缆组间的抗干扰能力及外界电磁场的抗干扰能力。此外,多通道应答器数据传输电缆具有绝缘电阻高,特性阻抗公差小,线路衰减小等优点,与普通应答器数据传输电缆相比,一根电缆不仅连接的应答器数量多,而且电缆内的备用线对可与监测设备连接,监控应答器的运行情况,列车的安全运行得到有力的保障。
6   结束语
        江苏通鼎光电科技有限公司是专业生产铁路信号类电缆的企业,具有先进的生产设备、检测设备及技术研发能力,2010年开发的多通道应答器数据传输电缆已在北京动车段投入使用,用户反应良好。
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