应答器是个什么玩意儿!

2020-09-15 06:03:21


应答器到底是个啥?


面对这个总是被不断提起的问题,作为一个混迹与轨道交通行业多年的信号老炮儿,开始不淡定了。


本文不谈对与错,就扯扯淡,一起看看:应答器到底是个啥玩意儿!


记得,曾经在 地铁的真相 看到过一篇介绍应答器的文章,里面的一句话形容应答器的:我叫一声,你敢答应,就是应答器。


我喜欢这个描述,一个描述恰好包含了应答器的两个工作过程:第一个过程:我叫一声;第二个过程:你答应了。


负责“叫一声”的那个设备叫做 应答器天线,安装在铁路的轨道车辆上;负责“答应”的那个设备就是应答器,安装在轨道旁。


由此看出,应答器是一个轨旁设备。



上图中的;两条钢轨之间的黄色的小盒子就是应答器。




而应答器天线就是车载设备了,上图中的黑色盒子就是应答器天线,俗称BTM天线,BTM又是什么鬼?BTM全称为:Balise Transmission Module,估计你们也懒得翻译,直接上中文——应答器传输模块。看意思,也是属于应答器系统的一个重要部分了。




上图是铁科院的“黑盒子”。



应答器的工作过程是什么?


对于应答器的工作过程,我们还要基于应答器的名字去解释,应答器作为一个应答设备,常态下并不向外释放信号,只有在有列车经过的应答器的时候,它才会向外释放信号,那么应答器怎么知道列车什么时候来?靠的是应答器天线BTM。


多说无益,直接上图。


应答器工作的时,只需要列车经过它的时候,车载BTM天线从应答器上方经过即可。除此之外,不需要任何其他的操作。



应答器对信号的释放有一个范围,只要列车车头经过这个范围,就会收到应答器传输的报文信息。这个范围俗称应答器辐射范围。(具体可以从图四上看出)



应答器的工作原理是什么?


上面说了应答器的工作过程是:列车经过的时候,应答器向列车发送报文信息。


那么应答器是如何实现这一过程的呢?这就谈到了应答器的工作原理。


应答器本身没有任何向外发送信息的功能,而且自身也没有能量源,应答器之所以可以向外发送信息,正是因为车载BTM天线给了它能量。


我们再来看一次车载BTM天线。



应答器系统之所以可以正常工作,正是因为有BTM天线这个能量源。


而BTM天线的工作原理是这样的:列车车载设备上电后,车载BTM系统完成上电自检后,开始正常工作,车载BTM天线,以一个固定的频率27MHz的电磁波源源不断地向外辐射电磁波信号,而安装在地面上的应答器内部装有电容和电感设备,接收到来自车载BTM的电磁波信号后,完成激活,向储存在应答器中的报文发送给列车。


这里有 两个问题 需要大家注意:


第一,BTM天线辐射的能量是应答器能量的唯一来源,也就是说,只要你给我能量,我就给你报文。没有BTM天线的能量,应答器自己永远也不会向外发送报文。这个容易理解了。


第二,同一个应答器在同一历史时刻,只向列车发送一次报文。


这个如何理解呢?简单点说,列车经过一个编号为001的应答器后,并停在这个应答器上方,车载BTM可以继续向应答器辐射能量,但是,对于应答器而言,并不会持续地向列车持续地发送报文,而是在第一次收到BTM辐射的能量的时候,在第一次列车经过应答器的辐射范围的时候,已经向列车发送了一次报文。不会再向这列车第二次发送报文了。


当然,在本列车走后,下一列车经过编号为001的应答器的时候,它还会给下一列车发送一次报文。或者本列车驶出应答器的辐射范围后,再次经过这个应答器,才会再次受到它的报文。


第二条是个关键点,一定要牢记,应答器的报文只发送一次。因为,爱,只有一次。


应答器向列车传输报文信息的原理是:列车经过应答器后BTM天线通过检测CD信号的状态来判断是否接受来自应答器中的报文信息。同时将收到的报文信息,发送给车载设备,用于列车的安全控制。


应答器系统对于车载信号系统而言,属于安全设备。


,现在叫“铁总”,曾针对国有铁路用Y BTM型应答器车载查询器及Y ANT型应答器车载天线给予了五点评审意见:


1、应具有应答器检测、报文解析、报文输出等重要功能。


2、应采用双通道冗余设计,硬件与软件双重译码,且在译码板和通信板的每个通道采用“二取二”方式,保证BTM的安全性和可靠性要求。


3、应具备上电自检和实时诊断功能,具有检测记录接口,并预留记录功能。


4、对于天线异常或故障、电缆短路或断路、BTM功率发送电路出现故障等情况,设备有相应的安全保障措施。


5、应答器定位信号采用开关量方式输出,可为列控车载设备及时提供列车定位信息。


基于以上要求,对于国内正在运行的高铁或者时速200km/h以上的动车组,在装备了车载BTM系统的情况下,均采用了高可靠性的冗余设计,而且一旦系统检测到BTM系统异常,列车会立即采取相应的安全措施,例如实施紧急制动,确保行车安全。


目前,在地铁系信号统里,对于车载BTM系统似乎并没有一个明确的处理方式要求,一些厂家的车载信号设备,当BTM系统故障后,列车甚至没有任何相应的处理机制,列车不会主动采取任何措施,司机也不会知道,而是当列车经过应答器后,通过丢失应答器来进行安全防护。当然,这个设计思路尽管不同于国有铁路的处理方式和要求,但被事实证明也是可行的。


说到应答器的工作原理,辐射是不得不说的一个内容。


在铁路信号行业工作这些年,经常会有人问我:干铁路司机的会不会遭遇辐射。我先不说27兆Hz的信号能量有多大,(大家可以到网上搜搜)我们的同事曾经在实验室模拟列车行车的时候,一般都会用一个大铁盒子把这个大家伙罩起来,避免实验室里的人内遭遇更多的辐射。


所以,只要装备了这种应答器系统的列车理论上都会存在一定电磁波辐射的,国有铁路的动车组和高铁列车基本都有这玩意儿,地铁列车几乎百分之百都有这个东西。


当然,大家也不要谈辐射而色变,手机还有辐射呢,只是多和少的区别而已。



应答器都传些什么信息?


应答器的工作过程、工作原理说完了,那么应答器都向列车传递什么信息呢?


应答器作为重要的地面信号设备可以向列车传输的信息很多了。


我们分为国有铁路和地铁两个方面讨论。


国有铁路里,应答器可以传输以下信息:


地区编号信息、轨道区段信息、道岔信息、线路的坡度、弯道信息、应答器链接信息、列车经过应答器时的运行方向信息、列车等级转换信息、临时限速信息、地理位置信息、调车信息等多种信息。


由此也可以看出,应答器在国有铁路信号系统应用中的重要地位。


在地铁系统里,应答器的信息就要少些了。


由于各厂家的做法也不尽相同,一般分为以下几类:线路及应答器ID等基本信息、用户数据库版本信息、移动授权信息等。


基于应答器里储存的信息,从而通过应答器系统,使得列车从地面设备获取信息。



应答器都有哪些功能?


了解了应答器传输的信息之后,基本不难推测应答器的功能了。


简单说,应答器就两个功能:一、以应答器的绝对位置为基础对列车进行位置校正;二、向列车发送线路信息。



第一个功能最容易理解:因为应答器的另一个名字叫做信标,而信标就是为列车辅助定位、位置信息的校正服务的。


第二功能则包含很多内容了,而且这些功能都是可以定制的,换句话说,你想让应答器给车传输什么信息,他就可以做到。


所以,应答器的两个作用可以结合上面两个功能区理解,下文会结合应答器的种类去具体描述。



应答器都有哪些种类?


第一类:固定应答器



固定应答器的作用比较简答了,主要就是辅助列车定位,辅助列车完成对其走行过程中产生的位置误差进行校正。


固定应答器的特点就是报文固定,一旦报文完成烧写,就固定不变了。


第二类:有源应答器



有源应答器,顾名思义,有信息源头的应答器,可以理解为固定应答器拖了一个尾巴,尾巴的另一端链接在一个叫做LEU的设备上面。



有源应答器的特点就是报文可以通过地面设备进行控制。所以有源应答器也叫可变应答器(VB)英文大概叫Variable Balise。




有源应答器与固定应答器最主要的区别是有源应答器的报文可以通过LEU控制进而发生变化,所以,一个可变应答器可以发出几种不同的报文类型。


而固定应答器的报文一旦烧写进去后就固定了,除非重新烧写,否则报文固定。永远像列车发送同一种报文。


有源应答器除了拥有固定应答器的作用外,另一个重要作用就是向列车传递移动授权信息。【当然这种移动授权传递仅在点式级别下生效,CBTC级别下,任何应答器都不会向CBTC列车传递移动授权信息的,这个会在后续的文章中继续介绍。】



上图就是工程人员正在使用专业设备对应答器报文进行烧写。


需要注意的是,线路上所有的有源应答器,最终都要连接到一个叫做LEU的设备上,那么LEU是什么?LEU叫做轨旁电子单元。


LEU长这样,看下图:



上图为北京和利时公司生产的LKY•LEU型列控地面电子单元。



上图为北京交大思诺公司生产的LEU-S型地面电子单元正面。


上面两个LEU的长得不一样,但是作用和功能是一样的,都是用于改变轨旁有源应答器的报文的。


一般来说,一个LEU最多可以控制4个有源应答器。所以一条线路中一般也会有多个LEU设备。


控制地面应答器的LEU设备的最终要受控于其他的地面设备。


在国有铁路中,LEU要受控于TCC(列控中心)通过列控中心控制LEU进而控制应答器报文,控制列车运行,应答器可以向列车发送临时限速信息和线路信息等等。


在地铁线路中,LEU受控于地面车站联锁设备,联锁设备通过进路开放与否信息,来控制LEU进行报文变化,从而通过应答器控制列车运行。


关于应答器的分类按照报文是否可以变化,基本就是以上两种分类了。



但如果  按照功能分类  应答器还可以有多种不同的分类(但都无外乎以上两类):


填充应答器:



填充应答器是有源应答器的一种,他的作用是与信号机的主信号应答器配合使用,用于复视信号机状态,提前将信号机前的应答器的信息发送给列车(报文的内容是一样的,只是起到了提前注入的作用)所以,填充应答器又叫注入应答器,它的主要作用是提高后备级别下的列车的运行效率。(具体原理就不展开说了,想了解的欢迎留言交流。)


应答器有源环线:



Y•TL型有源环线是一种特殊的有源应答器,属于应答器系统中传输可变报文信息的关键高速数据传输设备;用于接收来自地面电子单元的可变信号数据,并将其循环无缝正确地传输至车载接收设备的设备。


有源环线又叫环线应答器或者应答器环线,是国内首个拥有完全自主知识产权的适用于应答器系统的有源环线。


在应答器工作原理中已经说过了,应答器对列车的报文传输只有一次,而这个大长家伙的诞生改变的这个现状,也就说只要列车的BTM天线在这个有源环线的辐射范围内,这个应答器的报文就可以周期地向列车发送。


只要列车停在它上面,就可以随时感知它报文的变化。只要列车停在有源环线范围内,他就会周期性的向列车发送它的报文。


所以一些信号厂商,如北京交控科技公司将这种特殊的应答器用于站台的红灯防护,使列车在后备级别下也拥有良好的站台安全防护功能。



上图是应用于北京地铁亦庄线的站台有源环线


休眠唤醒应答器:


休眠唤醒应答器是一种特殊的用于地铁无人驾驶线路的应答器,一般布置在无人驾驶地铁线路的车辆场/段。在国有铁路中,暂时没发现有应用的案例。


休眠唤醒应答器比较特殊,形状与其他常见的应答器也有所区别。



感谢网友供图


BTM系统对于休眠唤醒应答器的处理方式,一般按照有源环线的方式进行处理。


这种应答器的作用是唤醒正在休眠的列车。在一些无人驾驶的地铁线路中可以看到这种应答器。


不管应答器是何种类,最终目的和功能都是向列车车载设备传递一定的信息,来实现特定的功能,从这一点上来说,所有的应答器的功能都是完成信息的传递。


至于如何传递、传递哪些信息都是可以人为定制的,学习应答器系统核心思想在于了解应答器系统的设计思想和工作原理,在地铁信号系统中,任何信息的传递都是为了实现某一功能,而这种传递思想和设计的思路总是万变不离其宗。



总  结


关于应答器的介绍就这些了,希望大家从中有所收获。能力一般、水平有限,文中疏漏之处恳请批评指正。另外,大家有其他关于应答器的相关问题,可以随时留言交流。



真相只有一个!

更多地铁技术知识   长按识别二维码  添加真相君微信好友

↓↓↓ 点击底部 阅读原文 与全国地铁行业精英在线交流


Copyright © 北京宠物狗狗联盟 @2021