FTGS型音频轨道电路

1、第十二讲 FTGS型音频无绝缘轨道电路 FTGS 是西门子公司的遥供无绝缘音频轨道电路的德文缩写，意思是“西门子公司的遥供无绝缘音频轨道电路”。 其中：F-远程供电，G-轨道电路，T-音频，S-西门子公司 主要应用于广州地铁 1 号线、 2 号线以及深圳地铁、南京地铁。 FTGS 型轨道电路用于检测轨道电路的占用状态，并发送 ATP 报文。 一、 FTGS 型轨道电路概述系统概念介绍n1.ATC：列车自动控制（ATC）系统是城市轨道交通信号系统的最重要的组成部分，它实现行车指挥和列车运行自动化，能最大限度地保证列车运行安全，提高运输效率，减轻运营人员的劳动强度，发挥城市轨道交通的通过能力。nA

2、TC系统包括五个原理功能：ATS功能、联锁功能、列车检测功能、ATC功能和PTI功能。nATS功能可自动或由人工控制线路，及向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能由完全位于控制中心内的设备实现。n联锁功能响应来自ATS功能的命令，在随时满足安全准则的前提下，管理进路、道岔和信号的控制。进路、轨道电路、道岔和信号的状态信息提供给ATS和ATC功能。联锁功能由分布在轨旁的设备来实现。n列车检测功能一般由轨道电路完成。nATC功能在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运行的控制。ATC功能有三个ATC子功能：ATC轨旁功能、ATC传输功能和ATC车载功能。ATP/ATO轨旁功能负责列车间隔

3、和报文生成。ATP/ATO传输功能负责生成感应信号，它包括报文和ATC车载设备所需的其他数据。ATP/ATO车载设备负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。nPTI功能是通过多种渠道传输和接收各种数据，在特定的位置传给ATS，向ATS报告列车的识别信息、目的号码和乘务组号和列车位置数据，以优化列车运行。ATP子系统：是保证行车安全、防止错误进路、防止列车进入前方列车占用区段和防止速度码升级的设备。 ATP负责全部的列车运行保护，是列车安全运行的保障。 ATP是ATC的基本环节，属于故障-安全系统，必须符合故障-安全的原则。执行以下安全功能：速度限制的接收和解码、超速防护、

4、车门管理、自动和手动模式的运行、司机控制台接口、车辆方向保证、永久车辆标识。n3. ATO系统：即列车自动驾驶，它代替司机操纵列车驱动、制动设备，自动实现列车的起动、加速、匀速惰行、制动等驾驶功能。n4. ATS子系统：能与ATP子系统、计算机联锁设备或继电联锁设备配套使用，并预留与时钟系统、旅客向导系统和综合监控系统的接口。功能： ATS系统在ATP和ATO系统的支持下，根据运行时刻表完成对列车运行的自动监控，可自动或由人工监督和控制正线（车辆段、试车线除外），及向调度员和外部系统提供信息。n5.FSK 信号：由位模式脉冲把具有一定中心频率的载波信号进行频率调制，即形成FSK信号，上偏频为：

5、中心频率+64Hz，下偏频为：中心频率-64Hz 当区段空闲时，由室内发送设备传来 FSK 信号，通过轨旁单元在轨道电路始端馈入轨道，并由轨道电路终端接收传至室内接收设备，经过信号鉴别判断（幅值计算、调制检验、编码检验） , 当接收器计算出接收的轨道电压的幅值足够高，并且解调器鉴别到发送的编码调制正确时，接收器产生一个“轨道空闲”状态信息，这时轨道继电器吸起表示“轨道空闲”。 FTGS检测轨道空闲的顺序： 幅值计算，检测接收回来的电压； 调制检验，检测接收回来的电压的中心频率是否正确； 编码检验，检测接收回来的电压所带的模式是否正确。 列车占用时，由于列车车轮分路，降低了终端接收电压，以致接收

6、器不再响应，轨道继电器达不到相应的响应值而落下，发出一个“轨道占用”状态信息。 当轨道区段被占用时，发送器将 ATP 报文送入轨道，供车上接收。 为了确保ATP报文的发送和接收，FTGS必须能够根据列车的运行方向进行送端和受端的转换，即发送方向的切换。定义了三个发送方向：G方向（正常）、A方向（与G方向相反）、B方向（一送两受区段，反方向侧向运行） 报文式数字编码从 ATP 轨旁设备向 ATP 车载设备传输，传输速率为 200Bd 。 电码有效长度 136 位，包括车站停车点、下一个轨道电路的制动曲线、运行方向、开门、入口速度、允许速度、紧急停车、限速区段速度、目标速度、目标距离、当前轨道电路

7、识别、下一个轨道电路识别、轨道电路长度、下一个轨道电路的坡度、下一个轨道电路的频率等信息。 为提高对牵引回流的谐波干扰， FTGS 采用 FSK 方式。二、FTGS主要接收标准应用范围：车站和区间电气绝缘的方式主要有：S棒、终端棒（机械绝缘和电气绝缘混合型）、短路棒、8字棒及调制短路棒。牵引回流：双轨条干扰：通过频率调制传输，避免干扰。电缆故障：通过编码传输和混线检测系统（Asii）检测工作/额定频率：载频频率有12个，分配给两种型号的 FTGS ，即 FTGS 46 和 FTGS917 。 FTGS46 的载频频率为 4.75 kHz、5.25 kHz、 5.75 kHz、6.25 kHz

8、; FTGS917 的载频频率为 9.5 kHz、10.5 kHz 、 11.5 kHz、12.5 kHz 、 13.5 kHz、14.5 kHz 、 15.5 kHz、16.5 kHz 。调制：频率调制（频移键控）编码位模式：15 种 bit 位 2.2 6.2 轨道电路由 15 个不同的位模式进行频率调制，偏频64 Hz 。 位模式（bit Pattern）是数码组合，以 15 ms 为一位，用+64 Hz 为“1”，-64 Hz为“0”，构成不同的数码组合，即带有位模式。 接收器把+64 Hz 作为一个位，而-64Hz不作为一个位。 15 种位模式是： 2.2、2.3、2.4、2.5、2

9、.6、3.2、3.3、3.4、3.5 、 4.2、4.3、4.4、5.2、5.3、6.2 。 最少的 4 bit ，最多的 8 bit 。例如，2.2 位模式即每个周期共4 bit，连续2 bit为1，另外2 bit为0，频率为：+64Hz、+64Hz、-64Hz 、-64Hz、+64Hz、+64Hz 其波形如下图所示。 2.2 2.2 位模式位模式 调制信号可以抵抗钢轨牵引回流中谐波电流的干扰。 相邻的轨道区段采用不同的频率和位模式，相邻两个轨道区段之间采用电气绝缘分割。 轨道区段只有收到与本区段相同的频率与位模式的信息才会响应。 FTGS 型轨道电路为兼有选频和数字编码的混合方式，采用选频

10、和数码双重安全措施。 发送端由位模式发送器发送调频信号，接收端接收该信号，由位模式校核器检测调频信号的幅值、预置频率和预置数码，才能给出轨道电路空闲的表示。 传输速度：时分比特位传输 ub 200 bit /s ； LZB 电码传输 ub 200 bit /s；位错率约： 10-4。运营可靠性： MTBT=0.2 个故障年（每个 FTGS 的 MTBF 计算值 4.3 万h，实际值 7 万h）。最大控制距离： 6.5 km （轨旁盒一联锁柜）。电缆有效长度：最大值 1.5 km （根据接线情况）。轨道电路有效长度：30300m （轨道电路见表所列）。环境温度：-30 + 70 。 轨道继电器吸

11、合、释放延迟：t吸=0.6s，t落= 0.35s 。供电：工作电压交流 230V ( +10 %20 %) , 50 Hz+1Hz 功耗：标准配置 65V.A ; 道岔配置 75V.A ; 中央馈电 75V.A ; 交分道岔 85V.A 。轨道道碴电阻：最小 RB=1.5.km 。额定分路灵敏度： RA =0.5 。远控：电缆（四芯星绞电缆），一组芯线发送， 另一组芯线接收。三、FTGS 型轨道电路的组成 FTGS 型轨道电路由室内设备和室外设备两部分组成，如下图所示。室内设备主要是发送器和接收器，室外设备为藕合单元和 S 棒。 FTGS的所有电子组件都安装在控制站的机械室内。组匣安装在轨道电

12、路组合架上，每个组合架分为A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N 共 13 层。 其中： A 层为电源层及熔断器层； B 层为电缆补偿电阻设置层； C 层为信息输入、输出及方向转换层； DN 层为轨道电路标准层。 每层为一个轨道电路组匣，一个轨道电路只需一个组匣，即1个轨道电路架可安装 10 套 FTGS 轨道电路。1室内设备 发送器和接收器集中安装在控制室内，从控制室到轨道区段的最大距离可达6km。 发送器、接收器和轨道继电器组件设计成即插即用单元。 在轨道上不需安装任何电子组件，只在轨旁盒内安装免维修的调谐单元，以获得高可靠性、高可用性。 在组匣上有大量的运行状态指示灯，能迅速

13、定位故障并立即替换故障功能单元，易于维修。 室外设备有电气绝缘节和轨旁盒。 (1）电气绝缘节 电气绝缘节由短路线（S 棒）和轨旁盒内的调谐单元组成，是划分 FTGS 轨道区段的重要设备。 FTGS 型轨道电路除了道岔绝缘为机械绝缘节外，其他都采用电气绝缘节。 2室外设备 (2) 轨旁盒 轨旁盒是用以连接电气绝缘节与室内设备的中间设备。 每个轨旁盒内一般可分为两部分，对称布置。 一部分作为一个区段的发送端时，另一部分则作为相邻区段的接收端。每部分由一个调谐单元和一个转换单元组成，调谐单元接电气绝缘节，转换单元接室内设备。 每个轨旁盒用一根电缆与室内设备连接，有 4 根电缆与电气绝缘节相连，另有一

14、根地线。 轨旁盒有两种结构，一种是S棒结构，另一种是双轨条牵引回流区段的终端棒结构，分别如下图所示。 3 . FTGS 型轨道电路组匣 FTGS 型轨道电路组匣有一送一受型和一送二受型（用于道岔区段）两种结构，它们的插件排列分别如下图所示。 一送一受型组匣由 8 块电路板组成，自左而右是：放大滤波板、发送板、接收器 1 板、解调板、接收器 2 板、继电器板、代码板、报文转接板。 一送二受型组匣比一送一受型组匣多一块接收器 1板。 电路板中放大滤波板、发送板构成发送器，其他构成接收器。四、FTGS 型轨道电路原理 FTGS 型轨道电路系统结构如图 3 -40 所示。1. 发送器板 发送器板的功能

15、是形成发送频率，并以频移键控（FSK)的方法进行数码调制。其电路框图如图 3-41 所示。由石英晶体振荡器和可编程计数器组成，产生 9.516.5 kHz 范围内的音频频率并由位模式调制。 轨道电路频率由石英晶体振荡器（16.3336 MHz）选通可编程计数器而生成，计数器的分频比由输入与编码插头相连接的 PROM 预设。 8 个频率只需 1 种标准组件，轨道电路的载频由相应的编码插头（525533-A30-A1A8）对应9.5 16.5 kHz 确定，另一个编码插头（525533-A30- A22 A40 对应 2.2 6.2 位 15 种模式用来设定位模式。 位模式由并行转换为串行，轨道电

16、路的载频由相位的位模式进行频移键控调制。时分多路输出信号通过放大和滤波器板传送至轨旁馈入点。 发光二极管 L2、L3 指示键移频率，L2在高频时点亮，L3 低频时点亮。 发送器上还有附加电路，用来产生评估接收器、解调器信号的扫描脉冲， L8指示附加电路是否工作正常。 L1指示发送板放大器的输出电压。 电缆芯线短路监督系统的校验继电器也安装在发送器板上。 频率和位模式编码通过 L25080-9320 型编码插头来实现。 525533-A30-A 型插头用来在发送器板上设置载频和位模式。 频率 插头型号 9.5 kHz 525533-A30-A1 10.5 kHz 525533-A30-A2 11

17、.5 kHz 525533-A30-A3 12.5 kHz 525533-A30-A4 13.5 kHz 525533-A30-A5 14.5 kHz 525533-A3O-A6 15.5 kHz 525533-A30-A7 16.5 kHz 525533-A30-A8 位模式 插头型号 2.2 525533-A30-A22 2.3 525533-A30-A23 2.4 525533-A30-A24 2.5 525533-A30-A25 2.6 525533-A30-A26 3.2 525533-A30-A27 3.3 525533-A30-A28 3.4 525533-A30-A29 3.5

18、 525533-A30-A30 4.2 525533-A30-A31 4.3 525533-A30-A32 4.4 525533-A30-A33 5.2 525533-A30-A34 5.3 525533-A30-A35 6.2 525533-A30-A36 2滤波器和放大器板 滤波器和放大器板的作用是： 带通滤波，滤除高次谐波，使功放电路输出的方波信号转换为正弦波。 选频功率放大，把发送器送来的调制音频提升到要求的电平，放大至 30W 左右。并通过一个选择滤波器送到轨道上的馈入接点。 对应不同频率有不同的放大滤波板。 滤波器和放大器板框图如图3 42所示。 发送器输出的音频信号通过由 MOS

19、 管组成的带输出变压器的功率推挽放大电路，被放大至所需电平，并通过带通滤波器发送至轨旁馈入点。 由于带通滤波器的选择频率不同，所以对应每个频率有一块不同类型的电路板。 频率 板型号 9.5 kHz 525533-B40-B1 10.5 kHz 525533-B40-B2 11.5 kHz 525533-B40-B3 12.5 kHz 525533-B40-B4 13.5 kHz 525533-B40-B5 14.5 kHz 525533-B40-B6 15.5 kHz 525533-B40-B7 16.5 kHz 525533-B40-B8 L4 指示滤波器输出的工作状态。 接收器1板的作用是

20、鉴别由轨面输入的音频信号的电压幅值，主要用于评定轨道电压的放大系数。 如果轨道电路空闲，就把脉冲传递给解调器板，将音频信号传递给接收器2 板，同时把经放大和调频的振荡信号送给解调器。 来自轨面的音频信号经升压变压器升压至一定幅值，再经输入滤波器滤波。输入滤波器为无源带通滤波器，具有陡峭边缘的等幅发送特征，滤波器的输入变压器和输出变压器用来进行阻抗匹配。 3接收器 1 板接收器 1 板原理框图如图3 -43 所示。 鉴幅器电路设置接收门限电压，当输入电压高于门限电压时，向后续电路提供区段空闲的条件；当输入电压低于门限电压时，即向后续电路提供轨道区段被占用的条件。 鉴幅器输出的电压经放大、整流后分

21、路送至解调器板和接收器 2 板。 从故障一安全出发，输入放大器设计为双通道，两个通道结构完全一样。 它对应每个运行方向以及轨道电路的长度和电气节的类型设定了响应值，使得对应每个频率有相应的接收器 1板。 频率 板型号 9.5 kHz 525533-B33-B1 10.5 kHz 525533-B33-B2 11.5 kHz 525533-B33-B3 12.5 kHz 525533-B33-B4 13.5 kHz 525533-B33-B5 14.5 kHz 525533-B33-B6 15.5 kHz 525533-B33-B7 16.5 kHz 525533-B33-B8 解调器板由接收器

22、 1 板驱动，用来检测所接收到的音频信号的电压位模式，对音频信号进行解调。 当轨道电路被占用时，解调板的驱动被切断。由于解调器不记录信号频率，它只判别信号是上边频还是下边频，所以对总共 8 个频率和 15 个位模式只需一种标准型解调器组件。其电路框图如图 3-44 所示。4. 解调器板 内部位模式由连接到 PROM 输入的编码插头决定，解调后的位模式与电路预置的内部位模式进行比较，若一致，表示接收到符合本区段的位模式的信号，比较器置高电平；如果不一致，置低电平。 发光二极管指示比较结果。 在轨道电路中增加了位模式判别，比单一判别接收到信号的幅值，大大提高了可靠性和抗干扰能力。 解调器全部为双通

23、道设计，调器的双通道工作是一致的，但结构却相反，通道的区别为：信号逻辑相反，计数器相反， PROM 编程相反，输入信号在相反方向的条件下触发，触发电路在工作中逻辑相反。 接收器 2 板对接收器 1 的输出信号（此信号经鉴幅）和解调器和判别结果（位模式检查）进行逻辑“与”运算，再经放大送到继电器板。其电路框图如图 3-45 所示，为了提高安全性，电路板为双通道设计，每个通道电路结构相同，包括时钟脉冲放大器、动态与操作电路、输出电路。5接收器 2 板 “与”运算需要扫描脉冲，在发送器板上生成，时钟脉冲放大器则将该脉冲放大并形成信号，并且将 5V 转换为 12V 。 当接收器 1 对接收信号的电压幅

24、值判别结果为接收电压幅值高于规定值，以及解调器板对内外位模式比较结果为一致时，在时钟脉冲的查询下，“与”门电路向后续继电器电路输出脉冲。 在接收器 1 判别结果为接收电压幅值低于规定值，以及解调器对内外位模式比较结果为不一致时，“与”门电路无脉冲输出。 输出电路由脉冲扩展器、放大器、输出变压器整流器组成，向继电器板提供电压， LED 1.L7 和 II.L7提供输出电压指示。 一送二受道岔轨道电路，有两个接收器 1 板和两个解调板，每个接收器 1 与解调器“与”运算后，再进行两个受的“与”运算。 继电器板接收接收器 2 板的脉冲输出，用继电器状态给出轨道电路的表示，空闲还是占用，它把“轨道空闲

25、”和“轨道占用”的信号传递给联锁设备和轨旁 ATP 。 轨道继电器是 FTGS 与联锁设备之间的接口。 6继电器板 继电器板由 2 个 K50 型缓吸（350 ms）继电器所组成。与接收器 2 板一样，继电器板也是双通道，每个通道有一个轨道继电器（GF1/ K11或 GF2/ K12）。两个通道具有相同的结构并且在联锁设备中检查其同步性。 继电器板有两组继电器接点，观察继电器板上继电器接点的吸起或落下，可判断相应轨道电路处于空闲或占用状态。 7代码板 代码板只有几根跳线，代码板上的每一个位模式对应一个频率，根据不同的位模式插件制成对应不同频率的代码板。 在用于道岔轨道电路或中央馈电轨道电路时，

26、使用第二块或第三块接收器 1板而不使用代码板。 8报文转换板 报文转报板完成 ATP 报文的传送。 当列车占用本轨道区段时， FTGS 的位模式报文无效， ATP 报文被激活，发送板执行一个报文转换信号进行开关切换，再通过光藕合器将 ATP 报文从报文转换板传送至发送板，开始发送 ATP 报文。 9. 方向转换板 需要时设方向转换板，根据进路的方向实现发送端和接收端的转换，使轨道电路报文始终迎着列车运行方向发送。 方向转换板面板如图 3-46 所示，上有三个表示灯分别表示轨道电路的三个方向，自上而下为 G、A、B ，通过板内的跳线帽可以人工改变轨道电路的方向，跳线帽示意同如图 3-47 所示。 图 3-47中 S7、S8