工学JT1CZ2000型主体化机车信号车载系统技术报告课件.ppt

JT1-CZ2000型型主体化机车信号车载系统技术报告主体化机车信号车载系统技术报告 技术报告内容：技术报告内容：§1 设备构成§2 主机§3 双路接收线圈§4 带电源接线盒§5 机车信号显示器§6 记录器§7 测试系统的设计§8 系统安全性分析§9 系统可靠性分析§10 结论9/23/202421.设备构成图1-1 JT1-CZ2000主体化机车信号车载系统构成框图 9/23/202432.主机n2.1 硬件结构n2.2 二取二工作原理n2.3 双套热备工作原理n2.4 信号接收处理原理9/23/202442.1硬件结构n四个插槽n与JT1-B(SJ-94)安装使用兼容n可选用单套、双套n满足电磁兼容标准要求9/23/20245 图2-1主机机箱结构9/23/20246图2-2 接收主机结构原理框图 9/23/202472.2二取二工作原理n两路独立接收译码通道n同一接收线圈绕组n独立隔离放大器，独立A/D转换n独立接收译码处理与输出n两个CPU独立输出控制n译码结果比较n并口输出控制n串行口输出控制9/23/20248图2-3 主机板二取二结构框图 9/23/20249并口输出控制nCPU1、CPU2接收前级译码并比较nCPU1控制电路采用原来JT1-A/B电路n控制点灯输出，光电开关n进行反馈检查nCPU2新增安全控制电路 n控制大电流继电器，可关断点灯电源n控制动态控制安全点灯电源n进行反馈检查n任何环节出问题，进入复位自检重启动9/23/202410串口输出控制n采用CAN总线方式输出n接收设备对主机板上两路输出比较来保证安全9/23/202411串口输出控制n采用RS485总线方式n一出一入两路RS485，可全双工，或反馈检测n目前对LKJ-2000计划采用反馈检测方式9/23/202412电路板形式n采用小插板结构n维修更容易n升级更容易9/23/2024132.3双套热备工作原理n采用原来JT1-B切换电路n在主机故障时切换到备机n采用动态信息交换n断线检测功能n不掉码切换：当主机检测到断线后约2秒时切换到备机n前级故障，且断线监测失效，主机掉码后，小于7秒切换到备机(JL：7,YP/UM：4)9/23/2024142.4信号接收处理原理n32位浮点运算DSPn移频、UM71、交流计数、UM2000平行接收n译码输出次序n开机/无码时：UM71、移频、交流计数、UM2000n有输出后，保持原来制式输出9/23/2024152.4信号接收处理原理n译码方式nYP：频域处理，应变时间≯ 2S, 信干比优于1：3nUM71：时域辅以频域，应变时间≯ 2S，其它不变n交流计数：程序移植并优化，抗干扰能力提高nUM2000：参照TVM430指标进行接收n最小短路电流400mAn应变时间n无码到有码/载频切换小于2.6秒，载频不变小于4.1秒n未检测到载频2.6秒或未正确接收信息4.7秒，转无码9/23/2024163.双路接收线圈n提高系统可靠性n保持原接收线圈的电气参数、安装位置不变n与TB/T2859-1997规定的电路接收线圈相同，误差改为不大于7.5%(参见资料三【技术条件】)n考虑一路线圈断路、短路影响n一路线圈断路后，另一路接收幅度变化不超过15%n实现车载系统的闭环自动测试n利用便携式测试仪，向一组线圈发送，从另外一组线圈感应，自动测试整个机车信号车载系统的功能9/23/2024174.机车信号带电源接线盒n接线盒功能n实现系统各设备的配线连接n含有两个安全电源模块n满足电磁兼容标准9/23/2024184.机车信号带电源接线盒n新电源模块的技术改进n效率n输出功率富裕量n过压、过流保护，延时输出n输入与输出完全隔离n减少使用可靠性较低的器件9/23/2024195.机车信号显示器n传统灯丝灯泡显示器的缺点n功耗大n5W60V灯泡，实测点灯输出165mAn现场灯泡使用不规范n5W、6W、8W都有，质量参差不齐n可靠性低n灯泡高速条件下分析容易断丝n显示信息种类少9/23/2024205.1 双面8色灯LED机车信号显示器n专门为机车信号设计的LED信号灯n可靠性高n功耗低n实测点灯输出最大52mA，最小47mA(与颜色有关)n高速条件下无断丝问题9/23/2024215.2 双面点阵式机车信号显示器n字符或图形方式显示n8×16点阵n点灯线取电源n双CPU比较的安全设计n使用与原来显示器兼容n功耗比灯丝灯泡稍小n实测点灯输出最大152mA，最小81mA(与颜色有关)9/23/202422电路技术原理硬件电路框图9/23/2024236. 机车信号记录器n另外单独介绍9/23/2024247. 机车信号测试系统设计n系统日益复杂，对测试提出了高要求n出厂检测、日常使用维护、故障后维修nJT1-CZ2000研发同时考虑了测试系统设计 9/23/2024257.1 系统测试n系统测试，主要用于现场日常使用维护，也可用于出厂测试n专门的便携式机车信号系统测试仪BT-01/X型n利用接线盒110V电源n通过控制I、II端选取，利用双线圈一发一收，控制选取主机接收，读取点灯输出、串口输出自动检测整个车载系统功能9/23/2024267.2 主机测试n测试主机的各项性能，主要用于主机设备的生产测试、使用中地面维护测试n专门的主机测试台BT-01T/2000型n模拟车上使用环境n向主机提供电源(主路及受控路)n两路接收线圈感应信号nTAX2箱发送信号n测试主机性能n上电自检时间、灵敏度指标、应变时间、双套工作状态、并口输出、串口输出、记录板功能等。

9/23/2024277.3 其它测试设备n环线测试设备TJF-03A型、TJF-03B型n用于日常机车出入库检查n采用数字频率合成技术，精度高n采用多通道独立电源，提高了信号输出功率及可靠性9/23/2024287.3 其它测试设备n便携式信号发码器nTX98-3A通用试机车信号发码器n体积小、功能全n可直接作用于机车接收线圈而不再需布环线n设备安装、测试、检修时使用9/23/2024298. 系统安全性分析n接收主机的安全性n并行接口的安全性n串行接口的安全性n软件的安全性n设备软件的安全性要求n设备软件安全性分析9/23/2024308.1 接收主机的安全性n二取二的安全结构n两路独立的信号接收处理n每路A/D动态控制DSP进行工作，DSP同时监测A/D频率nDSP不断对程序EPROM和数据RAM进行测试n两路独立的输出控制n译码结果比较n两路关断控制和一路安全动态控制受控电源n输出反馈检测(继电器接点、灯位电平输出等)n控制CPU各自独立的动态监督单元n开机自检时，监测DSP输出数据的频率n工作中互相监测控制CPU输出数据的频率9/23/2024318.2 并行接口的安全性n点灯电源的安全性n两路关断控制和一路安全动态控制受控电源n输出的安全性n控制CPU两路反馈检查n所有输出电路故障，可以全部实时检测n所有混线故障(无断线)，可以全部实时检测9/23/2024328.2 并行接口的安全性n所有断线故障n主机板反馈无法发现，需下一级设备确认n点灯信号是关键信号，断线变成灭灯，是安全的n速度等级是关键信号，断线等级降低，是安全的n制式信号、绝缘节信号，部分选择使用，不保证n断线且混线故障n混线在主机一侧，通过反馈可发现，是安全的9/23/2024338.2 并行接口的安全性n断线且混线故障n混线在输出一侧线上，情况较复杂n点灯信号n相当于8中取1码方式，断线混线会产生2路灯线都有信号，后级设备或人可立即发现并确认为无效n速度等级信号SD2，SD3n大多情况SD2与SD3是10或01，断线混线会出现11，后级设备可立即发现9/23/2024348.2 并行接口的安全性n断线且混线故障n如果考虑SD1有断线故障同时又与高电平信号线相混的极端情况出现，则输出会升级，如下表n因此对于后级设备可以采用串行接口传输速度等级信息来解决速度等级、绝缘节、制式信息的严格安全问题。

9/23/2024358.2 并行接口的安全性灯光显示信息名称速度等级灯光显示信息名称速度等级LL31 1 0UUS、UUUUS1 0 1L21 0 1UU0 0 1L0 0 1HUHB1 0 1LULU3*1 1 0HU11 1 0LU0 0 1HU0 0 1ULU21 0 1HH1 0 0U0 1 0无码1 0 0U30 0 1B无码0 0 1U2S、U2U2S1 0 1   U20 0 1  9/23/2024368.3 串行口的安全性n串口安全性：n信息源的安全性n容易有问题n传输通道的安全性n多种校验解决，问题一般不大9/23/2024378.3 串行口的安全性n信息源的安全性nCAN总线传输n主机板上A、B两路，地址不同，信息一致，后级设备接收比较，可保证安全nRS485总线传输n主机板上A发、B收反馈检测，如果不一致B复位(并造成A也复位)，后级设备同时检测并口，并接收串口，可保证安全n或A发、B发，后级设备接收比较，可保证安全9/23/2024388.3 串行口的安全性n传输通道的安全性nCAN总线传输n非破坏性帧仲裁结构，CRC校验方式nRS485总线传输n多机RS485通信信息帧结构，累加和及CRC两种校验方式9/23/2024398.4 软件的安全性n8.4.1 设备软件安全性要求 nIEC61508:  Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems nEN50128:  Railway Applications: Software for Railway Control and Protection SystemsnEN50129:  Railway Applications: Safety related electronic systems for signalling9/23/2024408.4.1 设备软件安全性要求n需求和详细设计阶段 n需求分析nJT1-A/B为基础n新功能要求n安全要求n结构化设计n小的可管理的模块n系统的程序结构，描述信息传递行为n标准设计方法n不使用或限制使用某些语言结构n减少中断的使用n尽可能使用JT1-A/B中的软件模块或部件 9/23/2024418.4.1 设备软件安全性要求n结构设计阶段 n设计程序的自检功能n程序出错后现场数据的保留功能n程序出错后不考虑恢复 9/23/2024428.4.1 设备软件安全性要求n开发工具和编程语言阶段 n使用C语言与汇编语言n不使用其中容易出问题的语言结构n使用TI公司经过验证的CCS开发软件包n发给现场的程序被存档，以便于维护支持 9/23/2024438.4.1 设备软件安全性要求n验证与更改阶段n测试所有的可能的分支组合n充分利用已有的、自己开发的测试工具n测试极限参数情况的响应n检测程序控制流，是否简单合理n对程序响应时间进行限制检测 9/23/2024448.4 软件的安全性n8.4.2 设备软件安全性分析n信号接收处理程序n信号接收处理程序测试 n输出控制程序 n控制程序的测试9/23/2024458.4.2 设备软件安全性分析n信号接收处理程序在设计方面n程序结构上n主程序为无条件顺序执行结构n主程序对程序及数据存储器自检测n主程序对流程时间进行检测n子程序对存储单元进行越界检查n程序出问题处理上n直接进入死循环，不再尝试功能恢复 9/23/2024468.4.2 设备软件安全性分析n信号接收处理程序测试n高级语言，主要进行功能测试n初期：(软件)n利用通机测试台进行测试n记录设备记录问题回放，分析、改进n中期：(软件、硬件)n现场测试、高低温测试、电磁兼容测试n记录设备记录问题回放，分析、改进n后期：(系统)n测试组，专门开发的VXI自动测试，测试结果见资料四n记录设备记录问题回放，分析、改进9/23/2024478.4.2 设备软件安全性分析n输出控制程序n程序分成两个状态n开机部分：实现自检，建立通信，互测频率，测试输出控制部分电路n正常工作部分：所有程序在定时中断中进行n程序特点：顺序过程，出错则复位重启9/23/2024488.4.2 设备软件安全性分析n输出控制程序测试n程序经过严格测试n程序为汇编语言编写，代码只有8K，数据只有256字节，为顺序执行代码，所有程序分支都被测试n进行现场试验、高低温试验、电磁兼容试验，出现问题后导向安全n研制人员对电路板上所有器件进行了单故障分析和测试，结果见资料四9/23/2024499. 系统可靠性分析nJT1-A/B经过长时间、大量应用的考验，可靠性能够满足实际使用需要n可靠性常规理论计算有局限性n计算结果偏大，前提是设计没有任何问题n从JT1-A/B使用看，影响可靠性主要因素n恶劣环境：温度、振动、电磁n电路设计合理性：输入、输出电路n采用与JT1-A/B对比分析的方法9/23/2024509.1 提高可靠性的改进措施n可靠性设计着眼点不同nJT1-A/B主要考虑接收主机可靠性，而JT1-CZ2000着眼于提高车载设备系统可靠性9/23/2024519.1 提高可靠性的改进措施n根据经验采取措施，解决薄弱环节n采用双路接收线圈，整个系统前级输入电路为双路n改变电源电路的设计，增加防护电磁干扰的器件n电源为双路110V到50V的DC/DC变换器n采用LED显示器，显示有冗余，功耗低，不易断丝n改进信号输入电路，采用隔离放大器，减少漂移n采用先进器件，提高集成度，降低功耗n全面改善电磁兼容，并通过电磁兼容测试。

9/23/2024529.2 与JT1-A/B相比的可靠性分析nCPU的规模和数量增加，对可靠性影响不大nJT1-A/B使用经验上看，与输入输出无关的集成电路故障率与系统故障率相比很低n原来容易出现问题的环节得到很好改进，使可靠性有较大提高n新系统现场不同环境下近一年的试验表明系统的可靠性得到较好的提高 9/23/20245310. 结论nJT1-CZ2000型主体化机车信号车载系统设备采用了完善的系统容错、冗余设计方案，在技术上采用多项措施，满足铁路信号故障-安全原则；在利用JT1-A/B型通用式机车信号的成熟技术基础上，采用多项先进技术，系统化的设计，具有较高的可靠性、可用性、可维护性JT1-CZ2000型主体化机车信号车载系统已具备作为主体化机车信号应用的条件 9/23/20245410.结论(续)nJT1-CZ2000型主体化机车信号具有如下主要技术特点： n采用“二取二”的容错安全结构，提高设备的安全性；n采用32位浮点高速DSP运算，频域处理和时域处理相结合技术，提高接收设备可靠工作的干信比；各制式信号并行接收处理，提高了信息接收速度；n已具备UM2000数字编码信息的功能，对将来既有线UM-71系列轨道电路向数字化升级时可提供方便条件； 9/23/20245510.结论(续)n采用主机内双套热备、双套电源、双路接收线圈接收等冗余技术，提高了系统设计的可靠性；n采用JT1-A、B机车信号中的成熟电路，更改了容易发生故障的电路设计，提高了系统工作的可靠性；n配套研制了点阵式LED显示器，或者配套使用LED8色灯显示器，可靠性高，功耗低；n充分改进电源系统，采用带有动态控制点灯电源的故障安全电源，进一步提高系统的安全性；n具有与主机一体化机车信号记录器，记录器采用CF卡，转储方便，可记录接收线圈的信号波形，数据记录及分析功能为故障查找及维护管理创造了良好条件；9/23/20245610.结论(续)§在传统的并行输出基础上，预留了串行输出，可支持大信息量及双向传输§可用车上便携式机车信号测试仪对机车信号主机设备进行自动闭环测试；§系统符合电磁兼容有关标准要求。

9/23/202457 谢谢！9/23/202458。