摘 要: 根据广州地铁运营公司对地铁 1 号正线西门子联锁系统设备的维护需求，设计一种基于铁路信号集中监测系统的测试方式，给出了设计原理和采用的一些关键技术及其实现的功能。

关键词: 信号集中监测; FTGS-917 型轨道电路; 西门子联锁

 

      广州地铁 1 号线信号系统采用了西门子LZB700 连续式信号控制系统，由于其不具有监测功能，发生故障时没有有效的手段进行分析和判断，故现场迫切需要安装监测设备对信号设备进行实时监测，及时给出预警，从而减少因设备故障对运营造成的影响。

      广州地铁运营公司和铁科院通号所联合，以《铁路信号集中监测系统技术条件》 ( 运基信号［2010］709 号) 、《铁路信号集中监测系统安全要求》 ( 运基信号 ［2011］ 377 号) 等文件为基础，结合广州地铁 1 号线的设备情况，在全国范围内首次设计了一套针对地铁信号设备专用的铁路信号集中监测系统。并针对广州地铁 1 号正线使用的全电子模块化的计算机联锁系统 ( SICAS) 和 FTGS-917 型轨道电路，在采集和处理方式上进行了特殊处理，下面就这几种特殊的设计进行介绍。

 

      室内采用西门子模块化计算机联锁系统，室外配合国产的 ZD6-D 型电动转辙机。

      1． 技术参数。① 监测点为转辙机动作回线;②监测量程 0 ～ 10 A; ③动作时间 0 ～ 40 s; ④测量精度 ±2%; ⑤采样周期 40 ms。

      2． 硬件测试结构。道岔电流测试由电流传感器、衰耗器、智能 AD 采集板等几部分实现。从VKM 分线架将道岔转辙机动作回线延伸出来，穿过可开启的有源电流传感器，经电流传感器的输出到衰耗器汇总后，通过 34 芯电缆连接到监测机柜中的智能 AD 采集板，具体结构如图 1 所示。

      3． 软件处理流程。由于模块化的联锁系统没有提供 1DQJ 的采样位置，也就无法判断道岔动作的起止时间，因此采用了实时在线测试的方法，根据电流的幅度确定道岔动作的起止时间，并对电流幅度判断起始时间所造成的启动阶段漏采集问题，采取了以采样速率为标准的预存储方式，使道岔动作电流曲线完整的记录存储下来。具体流程如图 2所示。

 

      FTGS-917 轨道电路作为 LZB 700M 系统的基础，主要用于进行轨道电路的空闲检测和发送 LZB电码。即一方面给联锁 SICAS 提供空闲、占用信息; 另一方面在轨道占用时，通过轨道发送来自轨旁 ATP 的报文给车载 ATP 设备接收。因此，FTGS-917 轨道电路 ( 轨道空闲检测系统) 可以说是联系联锁 SICAS 和 ATP/ATO 系统的基础设备。

      1． 技术参数。 ① 工作 / 额定频率 9. 5 kHz、10. 5 kHz、 11. 5 kHz、 12. 5 kHz、 13. 5  kHz、14. 5 kHz、15. 5 kHz、16. 5 kHz; ②频率调制 ( 移频键控) ; ③编码位模式 15 bit; ④传输速率，时分比特传输 V_b= 最大 200 b / s，LZB 电码传输 V_b=最大 200 b/s，位错率约为 10^{－ 4}。

      2． 硬件测试结构。对于 FTGS-917 轨道电路测试分为轨道电压测试和轨道频率测试 2 部分，采样点为室内分线架 ( VKM 架) ，通过采用高阻隔离的移频轨道采集单元运算处理后，将运算结果以CAN 通信方式传送给机柜。具体结构如图 3 所示。采用 DSP 数字信号处理技术对 FTGS-917 移频轨道电路的频率进行解调，精确计算出工作频率。

      3． 软件处理流程。根据 FTGS-917 轨道电路按进路方向不同，发送端和接收端轨道电压相互转换的特性，软件中采用对高电压端判断优先的原则来分辨出当前轨道所处的状态。同时将 DSP 对音频轨道电路频率解调的处理结果送给站机进行处理。具体流程如图 4 所示。

      为了能够记录 LOW 终端上站场的操作记录信息，特殊设计了一种利用视频采集卡和转录软件相结合的方法，可以按照设定的时间长度分段存储站场信息，完美地解决了 LOW 终端站场记录的问题，具体结构如图 5 所示。

      上位机软件是以 2010 版铁路信号集中监测站机、服务器、终端软件为基础，将新的采集项目纳入其中 ( 如轨道频率、LOW 显示等) ，并实现了工班、车间、通号维修部之间的联网。

 

      为便于 LOW 终端操作记录的可靠存储和良好回放，特殊设计了采用无损视频分配采集方式，将视频图像采集到监测站机上，并结合专门开发的视频图像压缩存储软件，可以实现按照设定的时间间隔将 LOW 终端站场操作信息分段存储记录在监测站机上，方便现场按照时间分段回放 LOW 终端操作信息，也可以通过网络远程调取现场图像记录信息。

 

      FTGS 轨道电路发送端和接收端电压根据方向电路的不同而改变，变化范围从几百毫伏到几十伏。为此特殊设计了宽范围高灵敏度自动增益调整，以适应这种大范围变化的高精度测量。在 16位 AD 采样芯片的前端采用了 3 级自反馈硬件放大器，后端采用了7 级软件放大器，通过采样将小信号放大，大信号压缩，以达到量程的自动调整功能，使测量结果稳定可靠。

 

      针对 FTGS-917 轨道电路的额定工作频率范围从 9. 5 ～16. 5 kHz ，采用了针对移频键控频率的特殊计算方法，通过 ARM 芯片与 DSP 芯片的配合，将干扰频率滤除把指定轨道的频率测量输出。

 

      铁路信号集中监测系统地铁专用版目前已经在广州地铁 1 号正线折返站西朗正式投入运行，到目前为止运行情况良好，能够满足电务维修的需要，为设备维修提供了可靠的测试依据。1 号线另一端折返站广州东也即将加装这套设备，完全安装上道后，必将对广州地铁 1 号线的信号设备维护提供积极有效的保障和帮助。

 

［1］ 王念旭. DSP 基础与应用系统设计［M］. 北京: 航空航天大学出版社，2001，08.

［2］ 铁道部科技运［2008］36 号 . 客运专线铁路信号产品暂行技术条件 － 信号集中监测系统 . 2008.

［3］ 铁道部运基信号［2010］709 号铁路信号集中监测系统技术条件 . 2010.

［4］ 铁道部运基信号［2011］377 号 . 铁路信号集中监测系统安全要求 . 2011.