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1、默认报文有源应答器发送默认报文的原因分析 张肖 摘要：在中国高速铁路列车控制系统的调试和运行过程中存在有源应答器发送默认报文的故障现象。结合应答器地面设备的组成和原理，结合现场经验对该现象进行原因分析。根据分析方法和经验，可快速排除有源应答器发送默认报文的故障，从而保证列控系统调试进度或运行效率。 关键词：中国列车控制系统；应答器；有源应答器；轨旁电子单元；报文 1、概述 在中国高速铁路和客运专线系统中，列车控制系统是保证列车运行安全和效率的重要系统，应答器是列车控制系统地面设备中的重要组成部分，关系到列车运行安全的控制信息，包括列车进路、临时限速等实时变化的重要信息。这些信息来自列控中心，并
2、通过有源应答器传送给车载设备。当车载设备从有源应答器接收到报文属于默认报文时，可能会引发列车异常制动，从而影响到列车正常。 2、应答器地面设备组成和原理 应答器地面设备主要包括应答器、轨旁电子单元、电缆检测盒、防雷单元和传输电缆组成、具体如图1所示。 列车中根据车站联锁排列的进路、临时限速服务器或CTC/TDCS下达的临时限速命令，生成实时变化的报文发送给LEU；LEU周期接收来自于列控中心的报文，并将其连续不断地向有源应答器发送；有源应答器通过电缆与LEU连接，通过无线接口向车载发送来自于LEU的报文；ECI是电缆检测盒，用于检测应答器传输电缆是否存在开路或短路现象。在实际应用时，LEU存在
3、双机热备冗余的方式，通过切换单元确保正常的LEU将报文发送给有源应答器，具体如图1的虚线部分。 从图1中可以看出，可能会影响有源应答器发送报文的因素如下。 1）通信接口P或Q。 2）通信接口S。 3）LEU。 4）ECI。 5）切换单元。 6）防雷单元。 7）传输通道。 以上任何一个环节设备或通信故障，都可能导致有源应答器发送默认报文的现象。 3、故障分析的方法 3.1报文计数器的概念 应答器以报文的形式发送信息，我国列控系统中，每条应答器报文都是一个50位的帧头、若干信息包以及8位结束包构成，共计830位。其中在报文帧头中包含一个8位的变量M_MCOUNT，定义为报文计数器，有源应答器的M_
4、MCOUNT为255，有源应答器默认报文的M_MCOUNT为252，LEU默认报文的M_MCOUNT为253. 通过对应答器发出的报文进行解析并得到M_MCONUT，即可判断信息传输通道是否存在问题。 报文解析的方法有两种：一种是车载设备通过有源应答器时读取报文，这种方法一般用于发现故障；另外一种是利用报文读取设备，现场读取有源应答器或LEU的报文。在对通道分析时一般采用读取设备，从LEU输出到有源应答器通道的任何一点均可以用读取设备报文。 3.2判断故障点的基本原则 现场查找故障时，可以用报文读取设备连续读取有源应答器的报文，根据其发出报文的特 征对故障点进行初步判断，具体如表1所示。 4、
5、典型分析详述 4.1 LEU 列车中心通过通信接口板与LEU通信，采用RS-422串口总线。通信板接收列控中心主机的应答器用户数据，实时编码成应答器报文后向LEU发送，LEU将该报文连续不断地发送给有源应答器，同时LEU将传输通道和有源应答器的状态反馈给列控中心。列控中心没500ms向LEU发送实时报文，没15s接收LEU反馈的信息。 当列控中心与LEU通信中断时，有源应答器发送的是LEU默认报文；当LEU或传输通道故障时，有源应答器发送自身的默认报文。 1）从指示灯判断LEU的状态 LEU包含电源板、数据处理板、通信接口板、输出板和母版，其中电源板、数据处理板而和通信接口板均有指示灯，根据工
6、作时指示灯的状态可基本判断LEU的状态，具体如表2所示。 2）从LEU记录的数据分析通道状态 每台LEU可以为4个有源应答器发送报文，LEU在运行过程中，会在内存中记录各种事件，比如每一条输出的报文编号和对应应答器的过车信息，这些信息用于对LEU工作历史状态的分析和追溯，图2表示某LEU前3个通道的历史数据。以输出通道1为例，001表示1通道，05956表示当前发送的报文代号，32872表示实时发送的报文代号，在01:43:19的“X”表示有车通过该通道的有源应答器。另外“X”也可能代表通道存在开路或短路情况的发生。 从图2中可以看出，该LEU第1通道和第2通道的状态正常，而第3通道从13:2
7、6:12到13:26:45的时间内连续出现X，在40s内出现多次列车通过是不可能的，这说明该LEU的第三个通道可能存在短路或开路故障。 4.2防雷单元 根据工程设计和系统应用的要求，LEU的每个输出通道必须配置防雷单元，用于防护LEU设备，防雷单元电气简图如图3所示。 防雷模块的标称电压为24V，当引入室内的干线电缆钢带和铝护套接地不良、电缆屏蔽在分线盘处接地不良或防雷单元接地不良时，外界干扰信号无法有效快速泄入防雷地，就叠加在防雷单元输入端上。当叠加信号的电压大于防雷单元的标称电压时，防雷单元立刻动作，瞬态二极管D导通，此时该通道被瞬时短路，有源应答器发送自身的默认报文。由于干扰信号的不确定
8、性，所以该故障也会偶然发生，没有规律。 4.3应答器 应答器通道传输的信号为低压电信号，且为平衡线传输方式。应答器的C接口输入电路具有抗浪涌冲击功能，采用了2个串联的TVS管，对达到一定电平的浪涌干扰予以短路释放，以保护后续电子电路不被浪涌干扰破坏。 如果在该通道上施加较长时间的高电压，而没有将应答器与电缆脱离，这种高电压信号对应答器C接口将会造成不可修复的破坏，例如短路、开路或阻抗变化，这几种故障都会被ECI检测出来，从而导致有源应答器发送自身的默认报文。 以图4为例，对一种应答器C接口电路的故障模型进行分析，在输入端口用2支TVS管防护，当输入电压、电流和时间超过器限制时，TVS管的故障模
9、型有两种状态，开路状态和短路状态。 如果2个TVS管均呈短路状态时，传输通道被故障的应答器短路，该应答器将不能接收来自LEU的数据，当车载天线经过时，应答器发送默认报文。 如果其中一个TVS管呈开路状态时，不会影响应答器的数据传输功能，但是，该应答器将不再具有抗冲击的能力。如果通道上出现浪涌干扰时，应答器C接口内部电路可能会被损坏。 4.4ECI ECI即电缆检测盒，用于检测信号传输通道的状态，包括电缆开路、电路短路、防雷单元故障、应答器C接口故障、传输通道的阻抗变化，1个ECI可同时检测4个信息传输通道的状态，并将故障状态反馈给LEU，同时记录在内存中。 当ECI检测到一个通道故障时，会周期
10、地向该传输通道发出短路信号，该短路信号被LEU捕获到并反馈给列控中心。由于需要定期检测通道是否恢复正常，所以短路信号中间要加入恢复的时间，具体如图5所示。 当传输通道故障发生1s后，ECI进入动作状态，短路传输通道9s，恢复传输通道2s，短路8s，恢复2s，如此往复循环，直到通道恢复正常。所以当ECI动作时，通道被完全短路，有源应答器发送自身存储的默认报文，只有在通道恢复2s的期间，有源应答器才有可能正常发送报文。 现场应用过程 ，曾经出现过以下案例：由于外部高压大电流的冲击，使应答器C接口下降，所以ECI判断该通道为短路，而实际上未发生完全的短路。在这种情况下，ECI频繁动作，机车通过该应答器时，就会时而接收到正常报文，时而接收到默认报文，更换应答器后该故障排除。 5、结语 通过以上分析，说明了应答器发送默认报文的几个主要原因，结合应答器地面设备的组成和原理，结合故障案例和现场经验，提出了几种具体的故障分析排除方法，从而保证列控系统调试进度或运行效率，具有一定实际操作指导性。
