CTCS3-300T列控车载设备运行可靠性分析 REV1

CTCS3-300T列控车载系统运行可靠性分析Monitoring the performance of CTCS3-300T ATP吴书学摘要：本文首先介绍了CTCS3-300T列车控制系统车载设备的系统结构，然后简述了车载设备运行基础数据的收集，最后阐述了ATP系统运行可靠性的分析和评价。

关键词：车载超速防护系统可靠性分析评价平均无故障运行时间Abstract：System architecture of CTCS-300T ATP is presented at first, collection of ATP performance statistics is introduced secondly, finally is analysis and assessment of ATP performance.Key words：ATP reliability Monitoring Assessment MTBF2009年12月26日，全长1069公里的武汉至广州客运专线投入商业运营。

这是我国第一条投入商业运营的长大干线高速铁路。

武广高铁的列车控制系统采用CTCS3-300T列车超速防护系统，即ATP, Automatic Train Protection。

CTCS3-300T列控车载系统除了主要装备于武广高铁外，2010年7月1日开通的沪宁高铁, 10月26日开通的沪杭高铁，以及2011年6月底开通的京沪高铁，均主要装备有该类型的超速防护系统。

1 CTCS3-300T列控车载设备系统结构CTCS3-300T主要有2种应用等级：CTCS3和CTCS2（CTCS, Chinese Train Control System）, 分别简称C3 和C2。

C2是由轨道电路和应答器传输控车信息，并采用目标距离模式监控列车安全运行。

C3则主要由GSM-R移动通信系统传输来自RBC (Radio Block Centre)的控车信息来监控列车运行。

C2是C3的后备模式，通常情况下由C3控车，列车运行速度可达350km/h, 在C3故障时，或在非RBC控制区域运行时由C2控车，列车运行速度可达300km/h。

每列动车组的两端均装备有CTCS3-300T列控车载设备。

该车载系统具有高度的系统软硬件冗余。

硬件冗余设备为冷备，主用系统故障时，由司机通过拨动冗余开关，倒向备用系统。

如图1所示，黄色部分为冷备设备。

图1 CTCS3-300T ATP系统结构系统各部分主要功能如下:1)ATPCU: Automatic Train Protection Computer Unit，C3控车时实现超速防护的核心模块。

2)SDP (PM): Speed and Distance Processing unit (Profibus Master) ，列车运行速度和走行距离处理单元，同时SDP还是Profibus总线控制器。

3)C2CU: C2 Control Unit，C2控车的核心模块。

4)TSG: Train Signalling Gateway, 列车信号网关，是ATP车载系统各种通信总线和数据链路之间的接口。

TSG收集来自所有车载子系统的诊断数据并存储于诊断数据记录单元DRU（Diagnostic Recording Unit）中。

5)JRU: Juridical Record Unit，法定的记录装置，记录足够分析事故原因与列车运行、车载设备工作以及地-车通信有关的信息，以便发生事故时进行调查。

6)DMI: Driver Machine Interface，人机界面，向司机提供行车控制信息，如允许速度，实际速度，目标距离，目标速度，过隧道、分相等提示信息，以及ATP自身的告警信息等。

7)BTM: Balise Transmission Module，是ATP系统的应答器天线接口，将来自CAU的信号转换为在MVB上传送的数据信息，通过射频发射机为CAU提供能量，检查应答器报文的完整性及正确性，具有自检功能，还可检查CAU是否工作正常。

8)CAU: Compact Antenna Unit，应答器天线装置，由BTM供电并控制。

当CAU通过地面应答器时，向应答器传输能量和同步脉冲，来读取应答器的报文。

9)GCD: General Cryptographic Device，基于储存于GCD中的加密密钥（KMAC）进行加密运算。

保证了在开放式GSM-R网络上传送的数据的正确性和有效性。

10)STU-V: Safe Transmission Unit –Vehicle, 安全传输单元，是车载设备与无线闭塞中心RBC通信的管理器。

11)GSM-R: Global System for Mobile communication-Railway，包括2个车载无线电台，是ATP与铁路综合数字移动通信系统GSM-R的接口设备。

12)VDX: Vital Digital I/O unit，安全开关量输入输出接口。

13)SDU: Speed Distance Unit，从速度传感器和多普勒雷达中读取脉冲。

脉冲计数按照高级协议通过信号MVB总线发送至SDP。

14)DX/DI: Digital I/O Unit，开关量输入输出接口。

15)DR: Doppler Radar，多普勒雷达，其对空转和打滑不敏感，向ATP系统提供列车运行的速度信息。

16)PG: Pulse Generator，速度传感器，安装于列车轮轴上，向ATP系统提供列车运行的速度信息。

17)TCR: Track Code Reader，编码轨道电路信息读取器，用于解析来自轨道电路的控车信息。

18)PUC: PickUP Coil，编码轨道电路接收线圈，接收来自轨道电路的控车信息。

尽管ATP设备在开通运营前已经过严格的工厂静态测试，上线动态测试以及联调联试，但是实验环境毕竟模拟不了所有的现场运营场景，设备开通后在质保期内（通常自设备开通之日起2年）需要密切监视其运行情况，并对发生的故障进行认真分析定位，从硬件及软件等方面对系统作进一步完善。

2 ATP运行可靠性分析评价的基础数据ATP运行性能评价的基础数据主要有故障追踪表，ATP运行的时间/里程，以及车载日志等。

2.1 故障追踪表ATP投入运营后发生故障，要及时对故障进行处理，通过上车检查硬件设备，做实验，以及下载分析车载日志，对故障原因分析定位，采取相应的措施如硬件更换、改进，软件升级更新等以提高系统的可靠性。

这些相关的工作还应该做好记录并存档，以方便日后追溯。

故障追踪表正是用于记录上述这些工作的专用报表。

故障追踪表采用Excel表格形式，以方便对故障进一步分析汇总。

故障追踪表每日填报，由铁路局调度中心电务值班调度收集故障信息，由ATP设备供应商现场服务人员和电务段ATP工区提供故障原因分析。

该表的主要内容如下：1)年月日：故障发生的日期。

2)本务车编号：本务车ATP控制整列动车的运行。

3)端号：每列动车两端各装备一套完整的ATP设备，本列注明故障发生在哪一端。

4)系号：动车组每端装备的ATP设备由A系和B系两套设备构成冗余系统。

ATPCU,C2CU,SDP,BTM,CAU需要定位到具体哪一系设备。

5)车次号：列车运行的车次号。

6)时间：故障发生的时间，通常采用24小时制。

7)地点：故障发生的地点，如公里标或车站名。

8)故障报告：故障的具体描述，包括DMI 显示的提示信息，ATP常用制动或紧急制动的施加，司机的应急操作，行车恢复的时间，ATP恢复正常的时间、地点等。

9)列车是否停车：ATP故障是否导致停车，用于计算停车故障件数。

10)硬件故障：故障是否由ATP硬件失效造成的，要结合返修器材维修报告最终确定发生的硬件故障件数，是用来计算平均无硬件故障运行时间的重要参数。

11)ATP 软件版本：质保期内，为解决故障，软件需要进一步更新升级，有些故障与特定的软件版本相关，所以必须明确故障发生时的相应车载软件的版本。

12)初步分析：通过上车检查硬件，做实验，下载分析车载日志，对故障原因作出的初步分析。

13)ATP子系统故障定位：故障发生在ATP 的哪一个子系统。

14)故障一级分类：通常按故障表现的形式进行分类。

15)故障二级分类：通常按造成故障的根本原因进行分类。

ATP子系统故障定位和故障分类是根据初步分析结论对故障的进一步梳理和归纳分析。

16)处理情况:故障处理采取的措施或计划解决问题的方案。

17)ATP故障件数：经过检查硬件设备，试验，分析车载日志确定的ATP故障的根本原因，确系由于ATP自身如硬件故障或软件缺陷等导致的故障的数量。

司机的不当操作，地面设备如联锁，RBC,应答器，轨道电路，道岔以及GSM-R网络故障都会表现在ATP控车上出现异常，但此类故障不计入ATP故障件数。

列车一个单程运行（对应一个车次号）发生多次故障，即使故障原因相同，也按实际发生的故障次数统计。

例如，因车载一个无线电台故障导致列车在5个RBC交界处发生无线通信超时，降级C2的故障，虽然故障原因相同，但ATP故障件数应统计为5。

2.2 ATP运行时间及里程ATP运行时间，通常指列车上线运行时ATP的控车时间。

ATP运行里程，指动车组上线运营，由ATP控车的列车走行的里程。

按实际统计每列动车组的ATP运行时间和里程比较困难，一个较简化的办法是根据列车时刻表来进行计算。

首先根据发车时刻及终到时刻计算出每个车次的运行时间，所有车次运行时间累加结果即为每日ATP的运行时间。

每个车次根据其始发站和终到站的里程可计算出该车次的ATP 运行里程，一日当中所有车次运行里程累加即为每日ATP的运行里程。

有了ATP运行时间/里程的每日数据，即可方便地计算出每月ATP运行时间/里程。

ATP运行时间/里程既是ATP工作时间的重要数据，也反映出高铁交通流量的大小。

2.3 车载日志及通信日志ATP车载日志主要指ATPCU，C2CU, SDP，TSG日志和JRU日志。

故障发生时应及时下载有关日志，以便于对故障原因分析定位。

车载日志应及时上传至公共服务器上，方便有关专业人员下载并进行具体分析。

对于无线超时的故障以及车载联接不上RBC的故障，还应向有关通信段索要基本速率接口数据，PRI（Primary Rate Interface）, Abis接口数据以及Um数据，经过综合分析以确定是ATP自身问题还是GSM-R网络的问题。

以上日志是对ATP故障分析定位的非常重要的原始数据，应妥善保管并存档。

3 ATP运行可靠性的分析评价有了上述的基础数据，就可以对ATP系统运行可靠性进行定性分析和定量评价，定量评价的各项指标可作为在ATP系统质保期结束时签发最终验收证书的重要依据。